《工程测试实验指导书》讲义

工程测试实验指导书 实验一典型信号频谱分析 实验目的 在理论学习的基础上,通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征,并能够从信号频谱中读 取所需的信息 2.了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。 实验原理 1.典型信号及其频谱分析的作用 正弦波、方波、三角波和白噪声信号是实际工程测试中常见的典型信号,这些信号时域、频域 之间的关系很明确,并且都具有一定的特性,通过对这些典型信号的频谱进行分析,对掌握信号 的特性,熟悉信号的分析方法大有益处,并且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参 照资料。本次实验利用DRⅥ快速可重组虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分 2.频谱分析的方法及设备 信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。对信号作频谱分析的设备主要是频 谱分析仪,它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来,其工作方式有模拟式和数字式二种。 模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础,从信号中选出各个频率成分的量值:数字式频谱分析仪 以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础,实现信号的时-频关系转换分析 傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具,它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间 具有一定关系的正弦信号之和,并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅 信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f),从而帮助人们从另一个 角度来了解信号的特征。时域信号x(t)的傅氏变换为 ()=f x(t)e 式中X(f为信号的频域表示,x(t)为信号的时域表示,f为频率 3周期信号的频谱分析 周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号,满足条件 x(t=x(t+nT) 从数学分析已知,任何周期函数在满足狄利克利( Dirich let)条件下,可以展开成正交函数 线性组合的无穷级数,如正交函数集是三角函数集(simo0o)或复指数函数集(e 则可展开成为傅里叶级数,通常有实数形式表达式: x(x)=a0+a1 c0s aot+b,sin aot+a2 cos ao!+b, sin ao+ =a0+2a, cos naot+bn sin noot

工程测试实验指导书 实验一 典型信号频谱分析 一. 实验目的 1. 在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读 取所需的信息。 2. 了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。 二. 实验原理 1. 典型信号及其频谱分析的作用 正弦波、方波、三角波和白噪声信号是实际工程测试中常见的典型信号，这些信号时域、频域 之间的关系很明确，并且都具有一定的特性，通过对这些典型信号的频谱进行分析，对掌握信号 的特性，熟悉信号的分析方法大有益处，并且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参 照资料。本次实验利用 DRVI 快速可重组虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分 析。 2. 频谱分析的方法及设备 信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。对信号作频谱分析的设备主要是频 谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。 模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪 以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时-频关系转换分析。 傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间 具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅 值。 信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号 x(t)变换为频域信号 X(f)，从而帮助人们从另一个 角度来了解信号的特征。时域信号 x(t)的傅氏变换为： 式中 X(f)为信号的频域表示，x(t)为信号的时域表示，f 为频率。 3. 周期信号的频谱分析 周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件： x ( t ) = x ( t + nT ) 从数学分析已知，任何周期函数在满足狄利克利（Dirichlet）条件下，可以展开成正交函数 线性组合的无穷级数，如正交函数集是三角函数集（sinnω0t,cosnω0t）或复指数函数集（ ）， 则可展开成为傅里叶级数，通常有实数形式表达式：

直流分量幅值为 712 x(t)cos naoto x(t)cos 2rnfotdt 各余弦分量幅值为: b=2x( x(t)sin 2 nnfotdt 各正弦分量幅值为: TJ-5/2 利用三角函数的和差化积公式,周期信号的三角函数展开式还可写如下形式 x(x)=4+∑AC0s(na-纵) 直流分量幅值为:AO=a0 各频率分量幅值为4=2+2 各频率分量的相位为: 式中,T周期,T=2x/o0:00-基波圆频率;f-基波频率;n=0,1, anb,A=,为信号 的傅立叶系数,表示信号在频率f处的成分大小。 工程上习惯将计算结果用图形方式表示,以血n为横坐标,"’"为纵坐标画图,则称为时频 虚频谱图;以血为横坐标,A22为纵坐标画图,则称为幅值一相位谱,以血为横坐标, An2为纵坐标画图,则称为功率谱,如图1.1所示

直流分量幅值为： 各余弦分量幅值为： 各正弦分量幅值为： 利用三角函数的和差化积公式，周期信号的三角函数展开式还可写如下形式： 直流分量幅值为： A0 = a0 各频率分量幅值为： 各频率分量的相位为： 式中，T-周期，T=2π/ω0；ω0-基波圆频率；f0-基波频率；n=0,±1, ……。 为信号 的傅立叶系数，表示信号在频率 fn 处的成分大小。 工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以 fn 为横坐标， 为纵坐标画图，则称为时频 －虚频谱图；以 fn 为横坐标， 为纵坐标画图，则称为幅值－相位谱；以 fn 为横坐标， An2 为纵坐标画图，则称为功率谱，如图 1.1 所示

信号波形 信号虚频谱(b 信号幅值谱(4) 信号功率谱(42) 25 12500 1250 信号实频谱(an) 信号相位谱(n) 0 0 Hz)12500 (Hz)1250 Hz)1250 图1.1周期信号的频谱表示方法 频谱是构成信号的各频率分量的集合,它完整地表示了信号的频率结构,即信号由哪些谐波组 成,各谐波分量的幅值大小及初始相位,从而揭示了信号的频率信息 4.非周期信号的频谱分析 非周期信号是在时间上不会重复出现的信号,一般为时域有限信号,具有收敛可积条件,其能 量为有限值。这种信号的频域分析手段是傅立叶变换。其表达式为 X(ojeda 或 X(a)= x(t)e adt x()=x()2nd 与周期信号相似,非周期信号也可以分解为许多不同频率分量的谐波和,所不同的是,由于非 周期信号的周期2→∞,基频a0→da ,它包含了从零到无穷大的所有频率分量,各频率 分量的幅值为(a)da2z,这是无穷小量,所以频谱不能再用幅值表示,而必须用幅值密度 函数描述。 非周期信号x(1)的傅立叶变换X(f是复数,所以有:

图 1.1 周期信号的频谱表示方法 频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组 成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，从而揭示了信号的频率信息。 4. 非周期信号的频谱分析 非周期信号是在时间上不会重复出现的信号，一般为时域有限信号，具有收敛可积条件，其能 量为有限值。这种信号的频域分析手段是傅立叶变换。其表达式为： 与周期信号相似，非周期信号也可以分解为许多不同频率分量的谐波和，所不同的是，由于非 周期信号的周期 ，基频 ，它包含了从零到无穷大的所有频率分量，各频率 分量的幅值为 ，这是无穷小量，所以频谱不能再用幅值表示，而必须用幅值密度 函数描述。 非周期信号 x(t)的傅立叶变换 X(f)是复数，所以有：

x(刀)-x()pm x()=√Rex(+lm2x( p(f)=arct x(] Relx(I 式中X(为信号在频率f处的幅值谱密度,9()为信号在频率f处的相位差 工程上习惯将计算结果用图形方式表示,以f为横坐标,Re[X(、Im[X()为纵坐标画图,则 称为时频一虚频密度谱图:以f为横坐标,Ⅸ(O、为纵坐标只(画图,则称为幅值一相位密度 谱;以f为横坐标,|X(f)2为纵坐标画图,则称为功率密度谱,如图1.2所示。 信号波形 信号虚频谱(b) 信号幅值谱(A) 0.1 信号功率谱(A2 01 1250 0 1250 信号实频谱(a) 信号相位谱() 人人人人 -180 0 (Hz 1250 0 1250 (Hz)1250 图12非周期信号的频谱表示方法 与周期信号不同的是,非周期信号的谱线出现在0,fmax的各连续频率值上,这种频谱称为连 续谱 5.频谱分析的应用 频谱分析主要用于识别信号中的周期分量,是信号分析中最常用的一种手段。例如,在机床齿 轮箱故障诊断中,可以通过测量齿轮箱上的振动信号,进行频谱分析,确定最大频率分量,然后 根据机床转速和传动链,找岀故障齿轮。再例如,在螺旋浆设计中,可以通过频谱分析确定螺旋 浆的固有频率和临界转速,确定螺旋浆转速工作范围。 本实验利用在DRⅥ上搭建的频谱分析仪来对信号进行频谱分析。由虚拟信号发生器产生多种

式中|X(f)|为信号在频率 f 处的幅值谱密度， 为信号在频率 f 处的相位差。 工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以 f 为横坐标，Re[X(f)]、Im[X(f)]为纵坐标画图，则 称为时频－虚频密度谱图；以 f 为横坐标，|X(f)|、为纵坐标 画图，则称为幅值－相位密度 谱；以 f 为横坐标，|X(f)|2 为纵坐标画图，则称为功率密度谱，如图 1.2 所示。 图 1.2 非周期信号的频谱表示方法 与周期信号不同的是，非周期信号的谱线出现在 0,fmax 的各连续频率值上，这种频谱称为连 续谱。 5. 频谱分析的应用 频谱分析主要用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。例如，在机床齿 轮箱故障诊断中，可以通过测量齿轮箱上的振动信号，进行频谱分析，确定最大频率分量，然后 根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。再例如，在螺旋浆设计中，可以通过频谱分析确定螺旋 浆的固有频率和临界转速，确定螺旋浆转速工作范围。 本实验利用在 DRVI 上搭建的频谱分析仪来对信号进行频谱分析。由虚拟信号发生器产生多种

典型波形的电压信号,用频谱分析芯片对该信号进行频谱分析,得到信号的频谱特性数据。分析 结果用图形在计算机上显示出来,也可通过打印机打印出来。 三.实验仪器和设备 1.计算机 2.DRⅥ快速可重组虚拟仪器平台1套 四.实验步骤及内容 启动服务器,运行DRⅥ主程序,开启DRⅥ数据采集仪电源,然后点击DRⅥ快捷工具条 上的"联机注册"图标,选择其中的"DRⅥ采集仪主卡检测"进行服务器和数据采集仪之间的注册 联机注册成功后,分别从DRⅥI工具栏和快捷工具条中启动"DRⅥ微型Web服务器"和"内置的 Web服务器",开始监听8500和8600端口 2.打开客户端计算机,启动计算机上的DRⅥ客户端程序,然后点击DRⅥ快捷工具条上的"联 机注册"图标,选择其中的"DRⅥ局域网服务器检测"”,在弹出的对话框中输入服务器IP地址(例 如:192.1680.1),点击发送"按钮,进行客户端和服务器之间的认证,认证完毕后即可正常运 行客户端所有功能 3.在DRⅥ软件平台的地址信息栏中输入如下信息"htp:∥服务器IP地 址:8600/ gccsla b/index. htm",打开wEB版实验指导书,在实验目录中选择"典型信号频谱分析 实验,根据实验原理和要求搭建一个典型信号频谱分析实验 4.该实验首先需要设计一个典型信号发生器,来产生白噪声、正弦波、方波、扫频信号等各种 典型信号,DRⅥ中提供了一个"数字信号发生器"芯片可以直接生成上述信号,可以用一片 多联开关芯片一与之联动来控制"数字信号发生器"芯片的输出信号类型:对于整个实验的启 用一片“开/关按钮”芯片来口进行控制:为计算信号幅值谱,选择一片频谱计算”芯片回 为计算信号的强度,选择一片时域参数计算"芯片:另外选择二片“啵形频谱显示芯片圖, 用于显示信号的波形和频谱:选择一片"方型仪表芯片〓,用于显示信号的有效值:为实现频 谱的放大、展宽等操作,插入一片"波形频谱曲线操作"芯片圳:最后根据连接这些芯片所需的 数组型数据线数量,插入4片"内存条"芯片〓,扩展4条数组型数据线,用于存储动态数据: 再加上一些文字显示芯片和装饰芯片 就可以搭建出一个典型信号的频谱分析实验。所 需的虚拟仪器软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图13所示,根据 实验原理设计图在DRⅥ软面包板上插入上述软件芯片,然后修改其芯片属性窗中相应的连线参 数就可以完成该实验的设计和搭建过程

典型波形的电压信号，用频谱分析芯片对该信号进行频谱分析，得到信号的频谱特性数据。分析 结果用图形在计算机上显示出来，也可通过打印机打印出来。 三. 实验仪器和设备 1. 计算机 n 台 2. DRVI 快速可重组虚拟仪器平台 1 套 3. 打印机 1 台 四. 实验步骤及内容 1. 启动服务器，运行 DRVI 主程序，开启 DRVI 数据采集仪电源，然后点击 DRVI 快捷工具条 上的"联机注册"图标，选择其中的"DRVI 采集仪主卡检测"进行服务器和数据采集仪之间的注册。 联机注册成功后，分别从 DRVI 工具栏和快捷工具条中启动"DRVI 微型 Web 服务器"和"内置的 Web 服务器"，开始监听 8500 和 8600 端口。 2. 打开客户端计算机，启动计算机上的 DRVI 客户端程序，然后点击 DRVI 快捷工具条上的"联 机注册"图标，选择其中的"DRVI 局域网服务器检测"，在弹出的对话框中输入服务器 IP 地址（例 如：192.168.0.1），点击"发送"按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕后即可正常运 行客户端所有功能。 3. 在 DRVI 软件平台的地址信息栏中输入如下信息"http://服务器 IP 地 址:8600/gccslab/index.htm"，打开 WEB 版实验指导书，在实验目录中选择"典型信号频谱分析" 实验，根据实验原理和要求搭建一个典型信号频谱分析实验。 4. 该实验首先需要设计一个典型信号发生器，来产生白噪声、正弦波、方波、扫频信号等各种 典型信号，DRVI 中提供了一个"数字信号发生器"芯片 可以直接生成上述信号，可以用一片" 多联开关"芯片 与之联动来控制"数字信号发生器"芯片的输出信号类型；对于整个实验的启 动，用一片"开/关按钮"芯片来 进行控制；为计算信号幅值谱，选择一片"频谱计算"芯片 ； 为计算信号的强度，选择一片"时域参数计算"芯片 ；另外选择二片"波形/频谱显示"芯片 ， 用于显示信号的波形和频谱；选择一片"方型仪表"芯片 ，用于显示信号的有效值；为实现频 谱的放大、展宽等操作，插入一片"波形/频谱曲线操作"芯片 ；最后根据连接这些芯片所需的 数组型数据线数量，插入 4 片"内存条"芯片 ，扩展 4 条数组型数据线，用于存储动态数据； 再加上一些文字显示芯片 和装饰芯片 ，就可以搭建出一个典型信号的频谱分析实验。所 需的虚拟仪器软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图 1.3 所示，根据 实验原理设计图在 DRVI 软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其芯片属性窗中相应的连线参 数就可以完成该实验的设计和搭建过程

11 6003 如白血如▲L口 ※说明:红线和虚线表示单变量数据线,蓝线和实线表示数组型数据 线,箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向 图13典型信号频谱分析实验原理设计图 5.例如,从软件芯片列表中依次插入四片"软内存条"芯片,其对应的软件芯片编号分别为6000, 6001,6002,6003,然后插入”多联开关”芯片、"数字信号发生器”芯片和"开关”芯片,利用”移动 工具在软面包板上完成软件芯片的布局。然后在”数字信号发生器芯片上用鼠标右键点击,在 弹出的芯片属性对话框中修改"波形存储芯片号"为6000,将其与数组型数据总线6000即"软内存 条"芯片6000连接:修改"类型线号"为2将其与多联开关连接,控制信号的输出类型:修改"开 关线号"为1,将其与"开关"芯片连接,由"开关”芯片来控制信号发生器的启停:其它参数无需 修改,即可完成本实验中”数字信号发生器"芯片的设置过程,如图14所示。相应的,设置"开关 芯片中的"开关线号"为1:”多联开关芯片中的”开关线号”为2(与”数字信号发生器”类型线号 相联),"开关数量"为10(如图1.5所示),完成这组软件芯片的设置过程。其它软件芯片的设 置可参照以上芯片设置方法及实验原理设计图完成。 性會 x性會 D:多数3 0.000000 I:X全标 I:提示信息 信号发生器,点击此圆标起/停 I:Y盆标 环建址 I:宽度 I:标题 自喝声正弦方波三角波*检波 0;车线号 I:色 0:響值然号 o参数1号 0:参数2线号 设定值号发生信号共型 D开美状市 设定」助[关的 设定朝動」[夫了 图14"数字信号发生器芯片参数设置样列 图15”多联开关”芯片参数设置样列

图 1.3 典型信号频谱分析实验原理设计图 5. 例如，从软件芯片列表中依次插入四片"软内存条"芯片，其对应的软件芯片编号分别为 6000， 6001，6002，6003，然后插入"多联开关"芯片、"数字信号发生器"芯片和"开关"芯片，利用"移动 工具"在软面包板上完成软件芯片的布局。然后在"数字信号发生器"芯片上用鼠标右键点击，在 弹出的芯片属性对话框中修改"波形存储芯片号"为 6000，将其与数组型数据总线 6000 即"软内存 条"芯片 6000 连接；修改"类型线号"为 2 将其与多联开关连接，控制信号的输出类型；修改"开 关线号"为 1，将其与"开关"芯片连接，由"开关"芯片来控制信号发生器的启/停；其它参数无需 修改，即可完成本实验中"数字信号发生器"芯片的设置过程，如图 1.4 所示。相应的，设置"开关 "芯片中的"开关线号"为 1；"多联开关"芯片中的"开关线号"为 2 （与"数字信号发生器"类型线号 相联），"开关数量"为 10（如图 1.5 所示），完成这组软件芯片的设置过程。其它软件芯片的设 置可参照以上芯片设置方法及实验原理设计图完成。 图 1.4 "数字信号发生器"芯片参数设置样列 图 1.5 "多联开关"芯片参数设置样列

6.也可以直接点击附录中"实验脚本文件"的链接,将本实验的脚本文件贴入并运行,实验截屏 效果图如图16所示。 系现工具条编务器扩件工具收落关于 ③的够回酤西西画■回的非妙母国4 w 典型信号的频谱分析实验 手□划 图1.6典型信号频谱分析实验 7.点击DRⅥ"典型信号频谱分析”实验中的"白噪声"按钮,产生白噪声信号,分析和观察白噪声 信号波形和幅值谱特性。 8点击DRⅥ"典型信号频谱分析"实验中的”正弦波”按钮,产生正弦波信号,分析和观察正弦波 信号波形和幅值谱特性。 9.点击DRⅥ"典型信号频谱分析实验中的"方波"按钮,产生方波信号,分析和观察方波信号波 形和幅值谱特性 10.点击DR"典型信号频谱分析"实验中的”三角波按钮,产生三角波信号,分析和观察三角 波信号波形和幅值谱特性。 11.其余依此类推,分析和观察信号波形和幅值谱特性 五.实验报告要求 1.简述实验目的和原理 2.整理该实验的设计原理图。 3.按实验步骤整理岀正弦波、方波、三角波、白噪声以及叠加波形的时域和幅值谱特性图形, 说明各信号频谱的特点 4.将分析结果与理论分析进行对照,说明实际分析结果与理论分析之间的差异,并简要分析产 生误差的原因。 六.思考题 为何白噪声信号对信号的波形干扰很大,但对信号的频谱影响很小。 2.在DRⅥ快速可重组平台上面搭建一"频谱分析仪"需要采用那些软件芯片,它们相互之间的关 系怎样,用什么方式来表达?

6. 也可以直接点击附录中"实验脚本文件"的链接，将本实验的脚本文件贴入并运行，实验截屏 效果图如图 1.6 所示。 图 1.6 典型信号频谱分析实验 7. 点击 DRVI"典型信号频谱分析"实验中的"白噪声"按钮，产生白噪声信号，分析和观察白噪声 信号波形和幅值谱特性。 8. 点击 DRVI"典型信号频谱分析"实验中的"正弦波"按钮，产生正弦波信号，分析和观察正弦波 信号波形和幅值谱特性。 9. 点击 DRVI"典型信号频谱分析"实验中的"方波"按钮，产生方波信号，分析和观察方波信号波 形和幅值谱特性。 10. 点击 DRVI"典型信号频谱分析"实验中的"三角波"按钮，产生三角波信号，分析和观察三角 波信号波形和幅值谱特性。 11. 其余依此类推，分析和观察信号波形和幅值谱特性。 五. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 整理该实验的设计原理图。 3. 按实验步骤整理出正弦波、方波、三角波、白噪声以及叠加波形的时域和幅值谱特性图形， 说明各信号频谱的特点。 4. 将分析结果与理论分析进行对照，说明实际分析结果与理论分析之间的差异，并简要分析产 生误差的原因。 六. 思考题 1. 为何白噪声信号对信号的波形干扰很大，但对信号的频谱影响很小。 2. 在 DRVI 快速可重组平台上面搭建一"频谱分析仪"需要采用那些软件芯片，它们相互之间的关 系怎样，用什么方式来表达？

实验二典型信号相关分析 实验目的 1.在理论学习的基础上,通过本实验加深对相关分析概念、性质、作用的理解。 2.掌握用相关分析法测量信号中周期成分的方法 实验原理 1相关的基本概念 相关是指客观事物变化量之间的相依关系,在统计学中是用相关系数来描述两个变量x,y之 间的相关性的,即 E(x-3)(-12) 2111/2 ,{E[(x-2)]2[(y-4)]} 式中pxy是两个随机变量波动量之积的数学期望,称之为协方差或相关性,表征了x、y之间 的关联程度;σx、σy分别为随机变量x、y的均方差,是随机变量波动量平方的数学期望。 2相关函数 如果所研究的随机变量x,y是与时间有关的函数,即x(1)与y(t),这时可以引入一个与时间t 有关的量pxy(r),称为相关系数,并有: x((t-rdt Pr(t) (O)dt[y(o)dt]2 式中假定x(t)、y(t)是不含直流分量(信号均值为零)能量信号。分母部分是一个常量,分子部 分是时移τ的函数,反映了二个信号在时移中的相关性,称为相关函数。因此相关函数定义为: k()=。 kn()=。 如果x0=0,.则称A()()为自相关函数,即: Rx(r)=x(t)x(t-t)dt 若x(t)与y(t)为功率信号,则其相关函数为:

实验二 典型信号相关分析 一. 实验目的 1. 在理论学习的基础上，通过本实验加深对相关分析概念、性质、作用的理解。 2. 掌握用相关分析法测量信号中周期成分的方法。 二. 实验原理 1.相关的基本概念 相关是指客观事物变化量之间的相依关系，在统计学中是用相关系数来描述两个变量 x，y 之 间的相关性的，即： 式中 ρxy 是两个随机变量波动量之积的数学期望，称之为协方差或相关性，表征了 x、y 之间 的关联程度；σx、σy 分别为随机变量 x、y 的均方差，是随机变量波动量平方的数学期望。 2.相关函数 如果所研究的随机变量 x, y 是与时间有关的函数，即 x(t)与 y(t)，这时可以引入一个与时间 τ 有关的量 ρxy(τ)，称为相关系数，并有： 式中假定 x(t)、y(t)是不含直流分量(信号均值为零)的能量信号。分母部分是一个常量，分子部 分是时移 τ 的函数，反映了二个信号在时移中的相关性，称为相关函数。因此相关函数定义为： 或 如果 x(t)=y(t)，则称 为自相关函数，即： 若 x(t)与 y(t)为功率信号，则其相关函数为：

R,()=把 xOoylt-I 计算时,令x(t)、y(t)二个信号之间产生时差τ,再相乘和积分,就可以得到τ时刻二个信号的 相关性。连续变化参数τ,就可以得到x()、y(t)的相关函数曲线。 相关函数描述了两个信号或一个信号自身波形不同时刻的相关性(或相似程度),揭示了信号 波形的结构特性,通过相关分析我们可以发现信号中许多有规律的东西。相关分析作为信号的时 域分析方法之一,为工程应用提供了重要信息,特别是对于在噪声背景下提取有用信息,更显示 了它的实际应用价值 三.实验仪器和设备 1.计算机 2DRⅥ快速可重组虚拟仪器平台1套 3.打印机 四.实验步骤及内容 1.启动服务器,运行DRⅥ主程序,开启DRⅥ数据采集仪电源,然后点击DRⅥ快捷工具条 上的"联机注册"图标,选择其中的"DRⅥ采集仪主卡检测"进行服务器和数据采集仪之间的注册。 联机注册成功后,分别从DRⅥ工具栏和快捷工具条中启动"DRⅥ微型Web服务器"和内置的 web服务器",开始监听8500和8600端口 2.打开客户端计算机,启动计算机上的DRⅥ客户端程序,然后点击DRⅥ快捷工具条上的联 机注册"图标,选择其中的"DRⅥ局域网服务器检测",在弹出的对话框中输入服务器IP地址(例 如:192.1680.1),点击"发送"按钮,进行客户端和服务器之间的认证,认证完毕后即可正常运 行客户端所有功能。 3.在DRⅥ软件平台的地址信息栏中输入如下信息"htp:∥服务器IP地 址:8600/ gccslab/ /index htm",打开WEB版实验指导书,在实验目录中选择"典型信号相关分析 实验,根据实验原理和要求搭建一个典型信号相关分析实验。 4.该实验首先需要设计两个典型信号发生器,来分别产生两个通道的白噪声、正弦波、方波、 扫频信号等各种典型信号,DRⅥ中提供了一个"数字信号发生器"芯片血可以直接生成上述信 号,另外用两片"多联开关芯片一分别与之联动来控制"数字信号发生器"芯片的输出信号类型 对于整个实验的启动,用一片听关芯片回来进行控制;为进行信号相关分析计算,选择一片 相关系数计算“芯片:另外选择三片"波形频谱显示"芯片画,用于显示信号的时域波形和 相关系数的计算结果:最后根据连接这些芯片所需的数组型数据线数量,插入3片”内存条”芯片 扩展3条数组型数据线:再加上一些文字显示芯片班和装饰芯片,就可以搭建出一 个典型信号的相关分析实验。所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关 系如图2.1所示,根据实验原理设计图在DRⅥ软面包板上插入上述软件芯片,然后修改其属性 窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程

计算时，令 x(t)、y(t)二个信号之间产生时差 τ，再相乘和积分，就可以得到 τ 时刻二个信号的 相关性。连续变化参数 τ，就可以得到 x(t)、y(t)的相关函数曲线。 相关函数描述了两个信号或一个信号自身波形不同时刻的相关性（或相似程度），揭示了信号 波形的结构特性，通过相关分析我们可以发现信号中许多有规律的东西。相关分析作为信号的时 域分析方法之一，为工程应用提供了重要信息，特别是对于在噪声背景下提取有用信息，更显示 了它的实际应用价值。 三. 实验仪器和设备 1. 计算机 n 台 2. DRVI 快速可重组虚拟仪器平台 1 套 3. 打印机 1 台 四. 实验步骤及内容 1. 启动服务器，运行 DRVI 主程序，开启 DRVI 数据采集仪电源，然后点击 DRVI 快捷工具条 上的"联机注册"图标，选择其中的"DRVI 采集仪主卡检测"进行服务器和数据采集仪之间的注册。 联机注册成功后，分别从 DRVI 工具栏和快捷工具条中启动"DRVI 微型 Web 服务器"和"内置的 Web 服务器"，开始监听 8500 和 8600 端口。 2. 打开客户端计算机，启动计算机上的 DRVI 客户端程序，然后点击 DRVI 快捷工具条上的"联 机注册"图标，选择其中的"DRVI 局域网服务器检测"，在弹出的对话框中输入服务器 IP 地址（例 如：192.168.0.1），点击"发送"按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕后即可正常运 行客户端所有功能。 3. 在 DRVI 软件平台的地址信息栏中输入如下信息"http://服务器 IP 地 址:8600/gccslab/index.htm"，打开 WEB 版实验指导书，在实验目录中选择"典型信号相关分析" 实验，根据实验原理和要求搭建一个典型信号相关分析实验。 4. 该实验首先需要设计两个典型信号发生器，来分别产生两个通道的白噪声、正弦波、方波、 扫频信号等各种典型信号，DRVI 中提供了一个"数字信号发生器"芯片 可以直接生成上述信 号，另外用两片"多联开关"芯片 分别与之联动来控制"数字信号发生器"芯片的输出信号类型； 对于整个实验的启动，用一片"开关"芯片 来进行控制；为进行信号相关分析计算，选择一片 "相关系数计算"芯片 ；另外选择三片"波形/频谱显示"芯片 ，用于显示信号的时域波形和 相关系数的计算结果；最后根据连接这些芯片所需的数组型数据线数量，插入 3 片"内存条"芯片 ，扩展 3 条数组型数据线；再加上一些文字显示芯片 和装饰芯片 ，就可以搭建出一 个典型信号的相关分析实验。所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关 系如图 2.1 所示，根据实验原理设计图在 DRVI 软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性 窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程

0 面卣血 ※说明:红线和虚线表示单变量数据线,蓝线和实线表示数组型数据 线,箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向 图21典型信号相关分析实验原理设计图 5.例如,从软件芯片列表中依次插入三片"软内存条"芯片,其对应的软件芯片编号分别为6000, 6001,6002,然后插入”多联开关"芯片、"数字信号发生器”芯片、"开关”芯片和"相关系数计算 等等芯片,利用“移动工具"在软面包板上完成软件芯片的布局。"开关"芯片、"多联开关"芯片、 数字信号发生器"芯片的设置可参照"实验二”和"实验原理设计图"进行,然后在"相关系数计算 芯片上用鼠标右键点击,在弹出的芯片属性对话框中修改"输入数组1"为6000将其与数组型数 据总线6000即"软内存条”芯片6000连接;修改"输入数组2"为6001,将其与"软内存条”芯片6001 连接:修改"输出数组"为6002,将其与"软内存条"芯片6002连接:即可完成本实验中"相关系数 计算芯片的设置过程,如图22所示。其它软件芯片的设置可参照"实验原理设计图"完成 性留 I:芯片华号 X标 I:信号长度 相关手数计算芯片 设」帮助」[彡 图22"相关系数计算”芯片参数设置样例 6.也可以点击附录中"该实验脚本文"的链接,将本实验的脚本文件贴入并启动该实验。实验效 果图如图2.3所示

图 2.1 典型信号相关分析实验原理设计图 5. 例如，从软件芯片列表中依次插入三片"软内存条"芯片，其对应的软件芯片编号分别为 6000， 6001，6002，然后插入"多联开关"芯片、"数字信号发生器"芯片、"开关"芯片和"相关系数计算" 等等芯片，利用"移动工具"在软面包板上完成软件芯片的布局。"开关"芯片、"多联开关"芯片、" 数字信号发生器"芯片的设置可参照"实验二"和"实验原理设计图"进行，然后在"相关系数计算" 芯片上用鼠标右键点击，在弹出的芯片属性对话框中修改"输入数组 1"为 6000 将其与数组型数 据总线 6000 即"软内存条"芯片 6000 连接；修改"输入数组 2"为 6001，将其与"软内存条"芯片 6001 连接；修改"输出数组"为 6002，将其与"软内存条"芯片 6002 连接；即可完成本实验中"相关系数 计算"芯片的设置过程，如图 2.2 所示。其它软件芯片的设置可参照"实验原理设计图"完成。 图 2.2 "相关系数计算"芯片参数设置样例 6. 也可以点击附录中"该实验脚本文"的链接，将本实验的脚本文件贴入并启动该实验。实验效 果图如图 2.3 所示