О КОМПАНИИ

 

ЦЕНЫ

 

ДОСТАВКА

 

PDF-библиотека

 

КОНТАКТЫ

Компания ZRK представляет: ОСЦИЛЛОГРАФЫ.
ОСЦИЛЛОГРАФЫ TEKTRONIX.
НА ГЛАВНУЮ

Руководство по эксплуатации. Содержание.

выбрать TDS1002 Глава Приступая к работе
выбрать TDS1002 Глава Основы работы
выбрать TDS1002 Глава Описание функций осциллографа
выбрать TDS1002 Глава Примеры применения
выбрать TDS1002 Глава Функция БПФ (Быстрое преобразование Фурье)
выбрать TDS1002 Глава Запоминающее устройство USB и порты устройств
выбрать TDS1002 Глава Справочник
выбрать TDS1002 Приложение. Технические характеристики

Осциллограф TEKTRONIX. Серия TDS1000B и TDS2000B

Глава Функция БПФ (Быстрое преобразование Фурье)

Эта глава содержит подробное описание способов использования режима Math FFT (Быстрое преобразование Фурье). Режим БПФ позволяет найти частотные компоненты (спектр) сигнала во временной области (YT). Режим БПФ используется для просмотра следующих типов сигналов:

    анализ гармонических составляющих в сетях питания;

    измерение гармонических составляющих и искажений в системах;

    определение характеристик шумов в источниках постоянного напряжения;

    тестирование импульсного отклика фильтров и систем;

    анализ вибрации.

TEKTRONIX
Осциллографы TEKTRONIX
:

    ПРАЙС-лист на сайте www.zrk.ru

    420021, Татарстан, г. Казань,
    ул. Г. Камала, д. 41, оф. 603 б
    \ схема проезда \

    тел.: +7 (843) 525-44-19

    e-mail:
    написать письмо в компанию ЗРК

 

Для использования режима БПФ необходимо выполнить следующие действия:

    - задать источник сигнала (во временной области);

    - отобразить спектр БПФ;

    - выбрать тип окна БПФ;

    - настроить частоту выборки для отображения основной частоты и гармоник без наложения спектров;

    - использовать элементы управления масштабом для увеличения спектра;

    - провести измерения спектра с использованием курсоров.

Установка параметров сигнала во временной области

Перед использованием режима БПФ необходимо установить параметры сигнала во временной области (YT).
Для этого выполните следующие действия.

    1. Нажмите кнопку АВТОУСТ для отображения сигнала YT.

    2. С помощью ручки ВЕРТИК. ПОЛОЖЕНИЕ поместите изображение сигнала YT в центр по вертикали (на нулевом делении).
    Это обеспечит правильное отображение постоянной составляющей при БПФ.

    3. С помощью ручки ГОРИЗОНТ. ПОЛОЖЕНИЕ поместите анализируемую часть сигнала YT в средние восемь делений на экране.
    Для расчета спектра БПФ в осциллографе используются 2048 точек средней части сигнала во временной области.

    4. С помощью ручки ВОЛЬТ/ДЕЛ отрегулируйте изображениетаким о бразом, чтобы на экране отображался весь сигнал. Если отображается не весь сигнал, осциллограф может дать ошибочные результаты БПФ (за счет добавления высокочастотных составляющих).

    5. С помощью ручки СЕК/ДЕЛ подберите требуемое разрешение для спектра БПФ.

    6. Если возможно, настройте осциллограф на отображение нескольких периодов сигнала.

При повороте ручки СЕК/ДЕЛ для выбора более быстрой развертки (отображение меньшего количества периодов) в спектре БПФ отображается более широкий диапазон частот и снижается вероятность искажений БПФ. (См. Искажения БПФ.) Однако при этом частотное разрешение осциллографа снижается.

Для настройки отображения БПФ выполните следующие действия.

    1. Нажмите кнопку МЕНЮ МАТЕМАТИКА для вывода меню математических операций.

    2. Нажмите кнопку Operation (Операция) FFT (БПФ).

    3. Выберите канал, являющийся источником для операции БПФ.

Во многих случаях осциллограф позволяет получать спектр БПФ даже без синхронизации временного сигнала. В особенности это справедливо для периодических и случайных сигналов (шумов).


ПРИМЕЧАНИЕ. Нестационарные сигналы и пакеты импульсов необходимо синхронизировать таким образом, чтобы они размещались как можно ближе к центру экрана.

Частота Найквиста

    Максимальная частота, которую без ошибок может измерить цифровой осциллограф в режиме оцифровки в реальном времени, равняется половине частоты дискретизации. Эту частоту называют частотой Найквиста. Для частот выше частоты Найквиста скорость регистрации отсчетов является недостаточной, что приводит к искажениям БПФ. (См. Искажения БПФ.)

    При математической обработке в спектр БПФ сигнала преобразуются значения 2048 центральных точек сигнала во временной области. Результирующий спектр БПФ содержит 1024 точки от 0 Гц до частоты Найквиста.

    Обычно спектр БПФ на экране сжимается по горизонтали до 250 точек, но с помощью функции масштабирования БПФ можно развернуть спектр, чтобы более подробно отобразить его компоненты в каждой из 1024 точек данных.


ПРИМЕЧАНИЕ. Частотная характеристика осциллографа по вертикальному каналу имеет пологий спад выше полосы пропускания (40 МГц, 60 МГц, 100 МГц или 200 МГц, в зависимости от модели, или 20 МГц при включенном ограничении полосы пропускания).
Таким образом, спектр БПФ может содержать действительную
информацию о частотах выше полосы пропускания осциллографа.
Однако значения амплитуды вблизи или выше верхней частоты
полосы пропускания не могут считаться точными.


Отображение спектра БПФ

Нажмите кнопку МЕНЮ МАТЕМАТИКА для вывода меню математических функций. Выберите канал-источник, алгоритм окна и коэффициент увеличения БПФ. Одновременно на экран можно вывести только один спектр БПФ.

Параметр БПФ

Настройки

Описание

Source (Источник)

CH1 (К1), CH2 (К2), CH3 (К3) 1, CH4 (К4) 1

Выбор канала, являющегося источником БПФ.

Window (Окно)

Hanning (Хеннинг), Flattop (Плоское), Rectangular (Прямоугольное)

Выбор типа окна БПФ;(См. Выбор окна БПФ.)

FFT Zoom (Масштаб БПФ)

X1, X2, X5, X10

Изменение масштаба БПФ по горизонтали; (См. Увеличение и изменение положения спектра БПФ.)

1 Только для четырехканальных осциллографов.

 

 
 
 
 
 
Основная гармоника
 
 
 
 
 
 
 
Гармоника
 
 
 
 
 
 
    1. Частота на центральной линии сетки.

    2. Масштаб по вертикали, дБ на деление (0 дБ = 1 Вэфф.).

    3. Масштаб по горизонтали, частота на деление.

    4. Частота дискретизации, выборок в секунду.

    5. Тип окна БПФ.

Выбор окна БПФ

    Окно снижает просачивание спектральных частот в спектр БПФ.

    При выполнении быстрого преобразования Фурье предполагается, что временной сигнал повторяется бесконечно. Для целого числа циклов (1, 2, 3, ...) временной сигнал начинается и заканчивается на одном и том же уровне и в форме сигнала отсутствуют разрывы.

    При нецелом числе циклов сигнала во временной области начальная и конечная точки имеют разные уровни. Переход от начальной к конечной точке приводит в разрыву в форме сигнала, что в свою очередь вызывает появление высокочастотных составляющих переходного процесса.

Применение окна к сигналу во временной области изменяет форму сигнала таким образом, что начальное и конечное значение сближаются, в результате чего уменьшается величина разрыва.

Функция Math FFT включает три параметра окна БПФ. Каждое окно представляет собой компромисс между разрешением по частоте и точностью амплитудных измерений. Выбор окна определяется необходимостью измерения конкретных величин и характеристиками исходного сигнала.

Окно

Измерение

Параметр

Hanning (Хеннинг)

Периодические осциллограммы

Большая точность по частоте, но меньшая точность по амплитуде по сравнению с плоским окном

Flattop (Плоское)

Периодические осциллограммы

Большая точность по амплитуде, но меньшая точность по частоте по сравнению с окном Хеннинга

Rectangular (Прямоугольное)

Импульсы и переходные процессы

Специальное окно для сигналов, которые не имеют разрывов. Оно фактически эквивалентно отсутствию окна

Искажения БПФ

    Когда осциллограф регистрирует сигнал во временной области, содержащий гармоники с частотами выше частоты Найквиста, могут возникать некоторые проблемы. (См. Частота Найквиста.) Скорость регистрации отсчетов недостаточна для частот, превышающих частоту Найквиста. Это приводит к появлению низкочастотных гармоник, зеркальных относительно частоты Найквиста. Такие паразитные гармоники называют паразитными составляющими.

Устранение паразитных гармоник

    Для устранения паразитных гармоник попробуйте применить следующие меры.

    С помощью ручки СЕК/ДЕЛ задайте более высокое значение частоты дискретизации. Поскольку с увеличением частоты дискретизации увеличится частота Найквиста, паразитные гармоники будут отображаться на правильных частотах. Если на экране отображается слишком много гармоник, можно увеличить разрешение спектра БПФ с помощью параметра FFT Zoom (Масштаб БПФ).

    Если нет необходимости просматривать гармоники выше 20 МГц, задайте для параметра Bandwidth Limit (Ограничение полосы пропускания) значение On (Вкл).

    Примените внешний фильтр к исходному сигналу, чтобы ограничить диапазон его гармоник значением ниже частоты Найквиста.

    Определите паразитные гармоники и игнорируйте их.

    Используйте средства управления масштабом и курсоры для увеличения и выполнения измерений в спектре БПФ.

Увеличение и изменение положения спектра БПФ

    Для выполнения измерений в спектре БПФ можно использовать увеличение масштаба и курсоры. Для увеличения масштаба по горизонтали служит параметр осциллографа FFT Zoom (Масштаб БПФ). Для увеличения по вертикали используют элементы управления вертикальной разверткой.

Положение и масштаб по горизонтали

    Параметр FFT Zoom (Масштаб БПФ) позволяет растянуть спектр БПФ по горизонтали без изменения частоты дискретизации.

    Доступны следующие коэффициенты масштабирования: X1 (по умолчанию), X2, X5 и X10. Когда используется коэффициент X1 и сигнал размещен по центру координатной сетки, левой границей является частота 0 Гц, а правой границей — частота Найквиста.

    После применения масштабирования спектр БПФ растягивается относительно центральной линии сетки. Другими словами, центральная линия сетки является осью для увеличения по горизонтали.

    Для сдвига спектра БПФ вправо поверните ручку ГОРИЗОНТ. ПОЛОЖЕНИЕ по часовой стрелке. Для совмещения центра спектра с центральной линией сетки нажмите кнопку УСТ НУЛЬ.

Положение и масштаб по вертикали

    Ручки управления вертикальной разверткой позволяют регулировать масштаб и положение отображаемого спектра БПФ для соответствующего канала. Ручкой ВОЛЬТ/ДЕЛ устанавливаются коэффициенты масштабирования X0.5, X1 (по умолчанию), X2, X5 и X10. Спектр БПФ растягивается по вертикали относительно маркера М (расположенной на левом краю экрана расчетной опорной метки кривой).

    Чтобы переместить спектр для данного канала вверх, поверните ручку ВЕРТИК. ПОЛОЖЕНИЕ по часовой стрелке.

Измерение спектра БПФ с помощью курсоров

Для спектра можно выполнить следующие два измерения:
амплитуды спектра (в дБ) и частоты (в Гц). Амплитуда измеряется относительно уровня 0 дБ, где 0 дБ равняется 1 Вэфф.

Курсоры можно использовать для измерений при любом увеличении. Для этого выполните следующие действия.

    1. Нажмите кнопку КУРСОР, чтобы отобразить Cursor Menu (Меню курсора).

    2. Нажмите кнопку Source (Источник) MATH (Математика).

    3. Нажмите функциональную кнопку Type (Тип) и выберите параметр Magnitude (Амплитуда) или Frequency (Частота).

    4. Для перемещения курсора 1 и курсора 2 используются универсальные ручки

Горизонтальные курсоры служат для измерения амплитуды, а вертикальные курсоры — для измерения частоты. На экране отображается приращение между двумя курсорами, т. е. значением в положении курсора 1 и значением в положении курсора 2.
Приращение равняется абсолютной величине разности значений курсора 1 минус курсор 2.

 

курсоры амплитуды

курсоры частоты

Измерения частоты можно проводить, не используя курсоры.

Для этого с помощью ручки Horizontal Position (Положение по горизонтали) поместите гармонику на центральную линию координатной сетки и определите значение в правом верхнем углу экрана.

 
2004-2016 © ZRK.RU  

Pro'sKit. Универсальные и профессиональные наборы инструментов.