测试技术期末大作业

动态测试信号采集仿真与实例分析

姓名：苏冠明

学号：02010220

指导老师：贾民平

东南大学机械工程学院

2013年6月12日

动态测试信号采集仿真与实例分析

摘要：

本次研究是利用实际的动态测量数据结合信号的处理分析，运用数学软件得出信号的频谱，了解信号分析的实际应用方法。

过程主要分为三个过程，信号仿真、采集与分析处理，基于计算机的声信号采集与分析

，机械运行数据分析与处理。第一个过程是对已经连接好的轴系统进行信号采集，运用计算机记录数据，得出时域以及频域信号的图像；第二个过程是采集三个不同人所说的同一句话，进行ASCII码转换并加入噪声干扰进行分析；第三个过程，利用实验台在不对中不平衡的情况下数据采集，频域分析，并与一过程进行比较。

主要得出的结果是：得出系统的固有频率，分析出频谱图形不稳时对应的解决方法以及故障分析。

创新应用有：在原有的测试技术信号处理中的傅里叶变换，计算方法的一些知识。

核心在于matlab的运用，运用matlab，进行编程并以图的方式进行表达时域和频域下的信号图形。

关键词：信号时域分析频域分析Matlab

1 设计题一：信号仿真、采集与分析处理

1.1 题目：

信号采集过程中一般需要考虑以下几个参数：信号频率、采样频率、采样长度等，不同参数的数值设定对于信号采集的效果会产生直接影响，为了掌握信号采集过程中这些参数对

采集过程及其效果产生的影响，可以通过Matlab 或 C 语言对信号采集与分析处理的过程进

行仿真分析，具体要求如下：

利用 Matlab 或 C 语言产生信号，

)()2sin()2sin()2sin()(333222111t n t f a t f a t f a t x ++++++=φπφπφπ

其中：f1=50Hz 、 f2=200Hz 、f3=1000Hz ；

n(t) 为白噪声，均值为零，方差为 0.7；

幅值、相位任意设定；

对上述等式进行 DFFT 处理。

讨论：

1）通过设置不同的采样频率，画出时域波形和傅里叶变换后的频谱图，讨论在采样点 数一定的情况下，如 1024 点，采样频率对信号时域复现、频域分析的影响；

2）采样频率、采样长度（采样点数）与频率分辨率的关系；

3）通过设置不同幅值的信号与噪声，讨论噪声对信号时域分析和频域分析的影响；

1.2分析：

令)()2sin()2sin()2sin()(333222111t n t f a t f a t f a t x ++++++=φπφπφπ

其中f1=40Hz 、 f2=400Hz 、f3=2000Hz ；

n(t) 为白噪声，均值为零，方差为 0.7；

最后再确定各参数，得到如下)(t x :

)()2sin()2sin()2sin()(333222111t n t f a t f a t f a t x ++++++=φπφπφπ

x(t)=1*sin(2*pi*50*t+30)+3*sin(2*pi*200*t+45)+5*sin(2*pi*1000*t+60)+white_noise 首先研究这个信号的时域状态：

在Matlab 中输入：

plot(x);

number=1024;

y=fft(x,number)/number;

n=0:length(y)-1;

f=fs*n/length(y);

figure(2)

plot(f,abs(y));

可以得到采样频率为2000Hz如下的时域响应

以及接下来用拉普拉斯变换后我们可以看到此信号的频域响应：

图（1）

采样频率分别取4000Hz，,6000Hz采样点数分别取1024点和512点得图像如下：

图（2）

图（3）

图（2）图（3）是在4000Hz采样频率下取1024点和512点的时域频域图形

图（4）

图（5）

图（4）图（5）为采样频率为6000Hz下，取1024点和512点的图形

1.3 讨论

(1) 在采样点数一定的情况下，如1024 点，采样频率对信号时域复现、频域分析的影响

从图（2），图（4）可以看出，采样点数一定时（1024点），6000HZ的频谱比4000HZ 的峰值频率带更加窄，可以更清晰的看出峰值频率，并且两个峰值频率的混叠情况比低频率的少。但是时域信号比较复杂，采样频率变化后肉眼很难进行区分，故此处难以分析，略去。

(2) 采样频率、采样长度（采样点数）与频率分辨率的关系

采样频率越高，频率分辨率越高。

采样越短，采样点数越多，频率分辨率越高。

(3) 噪声对信号时域分析和频域分析的影响

将噪声方差改为1后，提取频域信号如下：

图（6）

512采样点2000Hz

图（7）

1024采样点2000HZ

比较分析上面几图：

图（7）对比图（1），图（7）频域中还是能看清主要的频率，但其他干扰信号的频率复制明显增大了。

2、设计题二：基于计算机的声信号采集与分析

2.1 题目

现代计算机具有对声音、视频进行采样的功能，把模拟信号转换为数字信号。通过计算机上的麦克风及声卡与AD，录制各人在不同环境噪声、不同发声状态下讲话“机械工程测试与控制技术”语句（不少于 3 次，最好是他人的声音），利用软件转换语音数据文件为ASCII码，然后进行频谱分析，画出时域、频域图形。

讨论：

1）该设置至少为多少的采样频率？采样长度多长为合适？

2）不同人员讲话声音的时域、频域有什么区别？根据你的分析，该怎样区分不同人员的讲话声音？

3）要使他人不易识别你的讲话声音，该怎么处理？

2.2 分析

在Matlab中输入：

clear;

fs=5000;

[x,fs]=mp3read('D:\My Documents\Desktop\a.mp3');

lengthx=length(x);

t=(0:lengthx-1)/fs;

subplot(211);

plot(t,x);

title('a声音时域波形');

xlabel('时间/s');

ylabel('幅值');

num=lengthx;

y=fft(x,num);

n=0:length(y)-1;

f=fs*n/lengthx;

subplot(212);