“现代测试技术实验”教学实验大纲.docVIP

研究生教学实验指导书 现代流体测试技术 综合实验 北京航空航天大学 能源与动力工程学院 2005年10月 “信号合成与分解实验” 教学实验指导书 教学实验编号： 041701-1 （可不填） 教学实验名称： 信号合成与分解实验 （中文） Synthesis and Analysis of Signal（英文） 学分/学时：1学分/16学时 适用专业：发动机、工程热物理、宇航、气动、汽车专业 本实验内容包括以下四个部分： 测带通滤波器频率特性实验 将信号发生器的乒乓开关打到上方，通过旋钮改变频率，使其在80～120Hz范围内变化，在输出端测出其相对应的电压，填入表1。 表1 F（Hz） 80 90 96 98 99 99.5 99.8 99.9 100 100.1 100.5 101 103 105 110 120 V（V） 信号分解实验 信号合成实验 观察合理的频率结构，正确的幅值比例和正确的初始相位关系在合成波形中的重要作用 实验原理如下： 对某一个非正弦周期信号，其周期为T，频率为，则可以分解为无穷项谐波之和，即 （1） 上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率的整数倍。如果是一个锯齿波，其波形如图1-1所示。其数学表达式为： (2) 对进行谐波分析可知： 所以 (3) 图 1-1 锯齿波 即锯齿波可以分解为基波的一次、二次…n次…无穷多项谐波之和。其幅值分别为基波幅值的。且各次谐波之间初始相位角差为零。（基波幅值为） 反过来，用上述这些谐波可以合成一个锯齿波。 同理，只要选择符合要求的不同频率成分和相应的幅值比例及相位关系的谐波，便可近似地合成相应的方波，三角波等非正弦周期波形。 三、实验使用的仪器设备及实验装置 1. XPF－Ⅱ谐波分析实验仪一台 2. 双踪示波器一台 数字电压表一台 信号发生器一台 四、具体实验步骤 波形分解 接通交流220V电源，拨动电源开关，指示灯亮 用示波器从点观察锯齿波图形，从点观察方波图形 检查信号频率是否为100HZ左右 用插头线连接与B两点（即把锯齿波信号送入各带通滤波器） 缓慢调节电位器，确定BPF－1的中心频率使之为与信号频率相同，即100HZ（通过示波器点应观察到100HZ的正弦波）左右，精测出频率（不得用频率计） 调节观察方法有两种 方法一：用示波器测量，读出处的幅值，调节使幅值最大（请思考这是什么道理？） 方法二：用双线示波器观察比较锯齿波与基波的波形，使之同相位。 用上述方法一，调节，，…依次确定BPF-2，BPF-3，…BPF-7中心频率分别为2,3,…7 验证各高次谐波与基波之间的初始相位差是否为零，方法有二 方法一：李沙育图形法。把处基波送入示波器的X输入，再分别把2,3…7次的高次谐波送入y输入，观察李沙育图形。（正确图形见附录） 方法二：观察两波叠加后的波形，把基波分别与二、三、…七次谐波进行叠加，在输出点观察叠加结果（正确图形见附录） 注意：用此法之前必须将各高次谐波的幅值调节为基波幅值的，当各次谐波与基波之间的初始相位差不为零时，需再次微调，，… 用示波器分别从，2,3…7处测量并记录幅值（可预先调节锯齿波的幅值，使处的基波成分为，以便于计算，分析比较各谐波之间的比例关系） 把插头的一端从，改接到（即把方波送入各带通滤波器），改接前应先调整对称电位器，使方波对称。 观察并测量各谐波成分幅值，并与锯齿波分解的结果进行对照（比较谐波成分及其幅值和相位） 波形合成 根据合成波形的种类预先计算结果（见课前预习要求）分别确定出谐波成分及各次谐波与基波之间的初相位差和幅值比例关系 保持，，，…不变（即保持各高次谐波与基波之间初始相位差为零）根据预先计算确定各高次谐波的符号，波动倒相器开关（或正、或负） 按计算好的幅值比例关系，分别调节各次谐波幅值（，，…） 根据计算好的频率结构，有选择的依次接通，，…，由输出点即可用示波器分别观察到合成的近似波形（锯齿波、方波、三角波等均可以合成） 观察幅值、相位及频率结构在波形合成中的作用 分别改变频率结构（即分别打开开关…和…，观察频率结构正确与否，对波形失真影响的情况） 分别改变，和，观察幅值正确与否，对波形失真的影响 3. 分别改变，和，观察相位正确与否，对波形失真的影响 五、实验准备及预习要求 将要合成的几种典型的非正弦周期信号（如锯齿波、方波、三角波）进行付氏级数展开，确定出所含谐波分量及各高次谐波与基波之间的初始相位差和幅值比例关系（要求此项工作在课前完成）。 参考测试技术信号处理教材中心章节： （1） 信号的分类；信号的