– 大容量数据波形的滚动、压缩、搜索极值、微分 、积分、消除趋势项；
• 波形编辑：
– 不合理点剔除或置零、波形裁剪、基线调整、去 除直流；
• 波形滤波：
– 低通、高统、带通、带阻、梳状滤波
• 多路波形：
– 多路信号的比较、合成。
4 频域分析
• 频谱(FFT)分析 • FFT栅栏效应 • 时间分辨率和频率分辨率 • 频谱混叠 • 采样频率的选取 • 频谱泄漏 • 频谱泄漏的几种常用校正方法 • 截断误差 • FFT自谱的几种形式 • FFT补零
信号采样系统基本原理（一）
信号采样系统（一）
1. 测量系统的基本构成 2. 采样定理 3. 时域分析 4. 频域分析
1 动测态量图系解统傅的立基叶本变构换成
因为专业 所以安全
拾振器（振动传感器）
按实现原理分类：
磁电式振动传感器(941b、891b)
电容式振动传感器
压电式振动传感器
力平衡式振动传感器
采样频率的选取
• 首先必须满足采样定理，对于不感兴趣的较高频率，可以使用抗混滤 波器滤除；
• 若重点为时域波形，则应尽量提高采样频率SF，使时间间隔△t较小 ，SF≈20～50倍fs之间，可以提高时域波形的分辨能力，使波形细腻
；
• 若重点为频谱分析，则应尽量降低采样频率SF，使频率间隔△f较小 ，SF≈2.56～25.6倍fs之间。
注：频率在FFT谱上位置不同时，产生泄漏的规律也不同，从而有矫正在 FFT谱上某一位置，精确其幅值、频率、相位的算法。
➢ 矩形窗主瓣窄，旁瓣大，频率识别精度最高，幅值识别精度最低，如果 仅要求精确读出主瓣频率，而不考虑幅值精度，则可选用矩形窗，例如 测量物体的自振频率等；
➢ 布莱克曼窗主瓣宽，旁瓣小，频率识别精度最低，但幅值识别精度最高 ；
➢ 如果分析窄带信号，且有较强的干扰噪声，则应选用旁瓣幅度小的窗函 数，如汉宁窗、三角窗等；
➢ 对于随时间按指数衰减的函数，可采用指数窗来提高信噪比。
截断误差
• 产生：
– 由于FFT分析仅能对有限长度的信号进行分析，信 号两端相当于截断，引起截断误差
• 形式：
– 在频谱主峰的两端出现旁瓣；
• 校正方法：
数据传输：
以太网 USB RS485期加工处理、数据分析、 控制采集仪等。
2 采样定理
采样定理
– 采样频率 SF 必须大于信号频率fs的2倍，即 – SF>2fs,通常取2.56倍以上。
卷积定理
时域卷积定理 频域卷积定理
3 时域分析
• 波形分析：
傅立叶变换（FFT）
动态图解傅立叶变换
FFT栅栏效应
• 透过栅栏观赏风景,只能看到频谱的一部分,而其它频率点 看不见,因此很可能使一部分有用的频率成分被漏掉,此种 现象被称为栅栏效应。
时间分辨率和频率分辨率
时间间隔 t 1 SF
频率间隔 f SF
N
SF为采样频率， N为FFT计算的数据点数 矛盾－－若要减小△t则必须增大SF，若要减小△f 则必须减小SF 离散频谱: N点采样数据 x(n) n=1,2,3,…，N FFT频谱序列 f(n) n=1,2,3,…,N/2+1 f(1) 0 Hz ; f(i) (i-1)△f Hz ; f(i+1) i△f Hz ; f(N/2+1) SF/2 Hz
– 加窗处理
FFT自谱的几种形式
• 1幅值谱Peak：
• 此方式反映信号 各谐波分量的单峰幅值。 • 2幅值谱Rms： • 此方式反映信号 各谐波分量的有效值幅值。12 Peak • 3 功率谱：
• 此方式反映信号 各谐波分量的能量，(Rms)2。 4功率谱密度：
此方式反映信号 各谐波分量的能量分布情况， (Rms)2/△f。
FFT补零操作
• FFT补零可以提高FFT的频率分辨率（不是对原始信号的分 辨能力提高），但是补零得到的不是我们需要的频谱。
• 问题：1 引进其他干扰分量；2 幅度误差大。
注：补零只是对已经截断得到的频谱进行细化而更加逼近，逼近的是已经截断而得到的频 谱。而分辨力是由于频谱截断这个过程造成的，所以补零对于频谱分辨力是没有用的。
频谱泄漏
• 频谱泄漏：当实际信号的频率处于f(i)和f(i+1)之间时，则会产生频
率泄漏现象，导致误差。
•
频率误差：最大
1 2
f
实际频谱
• 幅值误差：谱峰的幅值减小，泄漏到附近的谱峰上，最大误差为
36.3%
• 特殊情形：整周期采样，无泄漏。
频谱泄漏的几种常用校正方法
（1） 减小△f的方法，2种途径：减小SF，或者增大N （2）加窗处理，如平顶窗等，仅能校正幅值，不能校正频率 （3）平滑处理，能有效校正最大谱峰处的幅值，不能校正频率
频谱混叠
• 当采样频率不满足采样定理，产生混叠现象
f 为实际信号频率 f ’ 为混叠信号频率
例：f=100Hz信号，SF=160Hz采样，得到的数字信号为60Hz。
重要提示： 信号混叠的避免不能通过采样后的数字滤波来消除，而必须在 AD采样前使用硬件的抗混滤波器滤除信号中大于SF/2的频率成 分。
…
按被测纲量分类：
加速度传感器（电容式）
（最适合测试范围10~几百Hz）
速度传感器（电容式+积分器） （最适合测试范围1~50Hz）
位移传感器（电涡流位移传感器）（最适合测试范围0.05~10Hz）
数据采集仪
采集的信号类型:
数据采集仪的接收信号一般是电压信号，如果传感器输出是电荷信 号，比如压电式振动传感器，则需要二次仪表进行信号变换，转换成电 压信号。也有的需要进行对传感器输出信号进行滤波、放大、变换时， 都需要二次仪表。