[實用新型]便攜式非正弦周期信號的分解與合成實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720773450.3
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN206960553U
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張志明;李蓉艷;魯超;陸煒江;徐和根;吳堅;余有靈
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: G01R23/165
• 分類號: G01R23/165
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 翁惠瑜

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于電子工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種便攜式非正弦周期信號的分解與合成實驗裝置。

背景技術(shù)

信號分解與合成的思想是信號處理和系統(tǒng)分析與設(shè)計的重要基礎(chǔ)。周期信號的分解與合成則是信號和系統(tǒng)分析由時域向變換域轉(zhuǎn)換的典型案例，有助于學(xué)生建立信號頻譜特性及系統(tǒng)頻域分析等的基礎(chǔ)概念和方法。根據(jù)周期信號的傅里葉級數(shù)展開式可知，任何非正弦周期信號(周期為T₁)，只要滿足狄利赫利(Dirichlet)條件，即可以展開為三角形式的傅里葉級數(shù)，如公式(1)所示，表現(xiàn)為直流分量和由基波(基波角頻率ω₁＝2π/T₁)及一系列諧波(nω₁：基波角頻率的整數(shù)倍)分量的線性組合。

式中：

為各次分量信號(n＝1時為基波)的振幅；

為各次分量信號(n＝1時為基波)的相位；

c₀＝a₀為直流分量信號。

系數(shù)計算公式：

傅里葉級數(shù)將時間變量變換為頻率變量，揭示了信號內(nèi)在的頻率特性以及信號時間特性與其頻率特性之間的密切關(guān)系。非正弦周期信號的分解與合成實驗裝置，用于對傅里葉級數(shù)理論和實際電路中的物理信號進行分析和理解，通常采用實驗結(jié)合仿真來完成。當(dāng)全部用軟件平臺開展實驗教學(xué)時，只能局限于理論模型計算，和實際物理電路對象脫節(jié)。而基于實驗箱的傳統(tǒng)實驗方法，如THKSS型信號與系統(tǒng)實驗箱、DICE-T3型信號與系統(tǒng)實驗儀等，它們的電子電路固定不變，一般只能提供比較簡單的驗證性實驗，在實驗儀器工作正常的條件下，學(xué)生不了解實驗原理和電路結(jié)構(gòu)只要接線正確仍然可以完成實驗，不利于學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的分析和理解。另外，由于實驗箱電路還需要配套外部儀器，如信號發(fā)生器、數(shù)字示波器、直流穩(wěn)壓電源等，才能正常工作，學(xué)生做實驗時只能到實驗室現(xiàn)場才能進行。專利201120204443.4《信號諧波分解與合成裝置》針對周期信號的分解與合成實驗簡化了電路設(shè)計，但是其信號源電路只能產(chǎn)生方波信號，不能生成其它類型的周期信號，其輸出的驗證方式也比較簡單，只能顯示數(shù)值參數(shù)，波形顯示功能只能通過外接示波器來實現(xiàn)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種便攜式、智能化、多功能、接口簡單、性價比高的便攜式非正弦周期信號的分解與合成實驗裝置。

本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種便攜式非正弦周期信號的分解與合成實驗裝置，包括便攜式多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備、非正弦周期信號分解與合成電路模塊和直流電源模塊，所述直流電源模塊分別連接便攜式多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備和非正弦周期信號分解與合成電路模塊，其中，

所述便攜式多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括：

采集設(shè)備本體，用于與計算機連接；

信號發(fā)生器，與所述采集設(shè)備本體連接，在所述計算機的控制下產(chǎn)生非正弦周期信號傳送至所述非正弦周期信號分解與合成電路模塊中；

數(shù)字示波器，與所述采集設(shè)備本體連接，在所述計算機的控制下采集所述非正弦周期信號分解與合成電路模塊的輸入端和輸出端的實際信號波形；

且所述信號發(fā)生器和數(shù)字示波器集成于所述采集設(shè)備本體中。

所述采集設(shè)備本體為帶USB接口數(shù)據(jù)采集器。

所述非正弦周期信號分解與合成電路模塊包括依次連接的有源濾波器信號分解電路、相位調(diào)整電路、幅度調(diào)整電路、分量信號選擇電路和合成電路，其中，

該有源濾波器信號分解電路，用于分離非正弦周期信號的直流分量、基波及各次諧波分量；

該相位調(diào)整電路，用于對分離后的基波及各次諧波分量進行相位調(diào)整；

該幅度調(diào)整電路，用于對直流分量及經(jīng)相位調(diào)整后的各分量信號進行幅度調(diào)整；

該分量信號選擇電路，用于選擇經(jīng)幅度調(diào)整后的各分量信號的是否疊加輸出；

該信號合成電路，輸出各分量信號疊加后的合成信號。

所述有源濾波器信號分解電路包括直流分量分解提取子電路和基波分量及高次諧波分量分解提取子電路，所述直流分量分解提取子電路直接與幅度調(diào)整電路連接，所述基波分量及高次諧波分量分解提取子電路經(jīng)相位調(diào)整電路后與幅度調(diào)整電路連接。

所述直流分量分解提取子電路包括一低通濾波器；

所述基波分量及高次諧波分量分解提取子電路包括多個帶通濾波器。