北航传感器技术与测试系统实验一——信号的时域分析及处理

北京航空航天大学

传感器技术与测试系统实验报告

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目录

一、实验内容 (2)

1.利用matlab软件进行基本信号的时域和频域分析 (2)

1.利用labview软件进行信号分析和处理 (2)

2.利用labview软件进行信号的输出和采样 (2)

3.利用labview软件完成动态称重仿真 (3)

二、实验预期 (3)

1.利用matlab软件进行基本信号的时域和频域分析 (3)

4.利用labview软件进行信号分析和处理 (3)

5.利用labview软件进行信号的输出和采样 (3)

2.利用labview软件完成动态称重仿真 (3)

三、实现方法 (3)

6.利用matlab软件进行基本信号的时域和频域分析 (3)

7.利用labview软件进行信号分析和处理 (4)

8.利用labview软件进行信号的输出和采样 (4)

9.利用labview软件完成动态称重仿真 (6)

四、实验数据及问题分析 (7)

1.利用matlab软件进行基本信号的时域和频域分析 (7)

10.利用labview软件进行信号分析和处理 (12)

11.利用labview软件进行信号的输出和采样 (14)

2.利用labview软件完成动态称重仿真 (14)

五、实验总结 (16)

六、分工 (16)

实验一信号的时域分析及处理

一、实验内容

1.利用matlab软件进行基本信号的时域和频域分析；

（1）产生不同的周期信号，包括正弦信号、方波信号、锯齿波，在时域分析这些波形的特征（幅值、频率）；

（2）在matlab中产生随进噪声信号；

（3）对产生信号进行Fourier变换，从频率域分析信号的特征，并说明方波和锯齿波信号的信号带宽；

（4）产生复合信号

a）产生由3个不同频率幅值的正弦信号叠加的信号，从图形上判断信号的特征；

b）产生由正弦信号和随机信号叠加的混合信号，从图形上判断信号的特征；

c）产生正弦信号和方波叠加的信号，从图形上判断信号的特征；

（5）对（4）中的3中复合信号进行FFT计算，从图形上判断信号的特征；

（6）应用不同窗函数对（4）中信号进行采样，其中包括矩形窗、Hamming窗、Hanning窗。比较不同的窗函数采样得到的结果。

2.利用labview软件进行信号分析和处理；

（1）设置开始和停止按钮；

（2）有计算机模拟产生规则的信号；

（3）对待测信号进行分析处理

a）进行FFT变换，并显示信号频谱；

b）对待测信号加窗，显示加窗后信号；

c）选择滤波器，显示滤波后信号；

d）对滤波后信号进行FFT变换，显示信号频谱。

3.利用labview软件进行信号的输出和采样；

（1）以顺序结构连接数据采集卡操作程序框图；

（2）产生正弦信号，通过数据采集卡输出，用示波器观察输出波形是否与产生波形一致；

（3）将输出信号采集回来，或者采集信号发生器的信号，并显示。

4.利用labview软件完成动态称重仿真。

步骤：截取数据段、对数据滤波、模型参数辨识、求取重量。

二、实验预期

1.利用matlab软件进行基本信号的时域和频域分析

（1）熟悉使用matlab软件，用其产生实验要求的信号并作FFT变换后观察现象，分析其幅值、频率等特性，应该得到相同的结果；

（2）运用窗函数采集信号并作FFT变换，比较不同窗产生的结果应发现加矩形窗的信号进行FFT变换后具有主瓣窄，旁瓣大，频率识别精度最高，幅值识别

精度低的特点，而汉宁窗和海明窗具有主瓣加宽并降低，旁瓣则显著减小频

率分辨力下降。

2.利用labview软件进行信号分析和处理

在labview中做好相应的程序框图后，点击运行，应出现所希望出现的原始正弦波稳定的正弦波形，加噪声信号后的波形出现波动，滤波后信号波形恢复单一稳

定，加窗后波形将信号截断，滤波前信号频谱有较多的旁瓣，而滤波后信号频谱旁

瓣较少。

3.利用labview软件进行信号的输出和采样

选定为正弦信号，通过数据采集卡采集后在示波器显示出相应的正弦波，在将采集的信号由labview采集回来，并应显示出与产生的正弦波完全相同的波形。

4.利用labview软件完成动态称重仿真

动态称重过程中的信号如下图所示，信号处理过程中选取合适的数据段。进行滤波

处理后调用matlab脚本内程序从而得到相应的重量。

时间t/s

三、实现方法

1.利用matlab软件进行基本信号的时域和频域分析

调用matlab中的sin函数、randn函数等来产生相应的信号或者叠加信号，用fft函数实现产生信号的FFT变换，并利用plot函数将生成的函数作图。

2.利用labview软件进行信号分析和处理

利用labview软件做出相应的程序框图，其中由函数发生器来产生信号，用示波器来显示信号波形，用条件结构实现窗函数与滤波器的选择功能，用数值输入控件输入幅值频率等数据，用文本下拉列表控件实现窗函数与滤波器的选择。流程图如下：

3.利用labview软件进行信号的输出和采样

数据采集卡使用操作过程分三步：初始化、数据输入输出、释放设备。在Labview 中用不同的模块完成以上三步：

（1）初始化模块用来完成板卡PCI-9111DG的初始化，获得板卡的相关信息，获得板卡设备句柄、打开设备等。如下图所示。