[实用新型]便携式非正弦周期信号的分解与合成实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电子工程技术领域，尤其是涉及一种便携式非正弦周期信号的分解与合成实验装置。

背景技术

信号分解与合成的思想是信号处理和系统分析与设计的重要基础。周期信号的分解与合成则是信号和系统分析由时域向变换域转换的典型案例，有助于学生建立信号频谱特性及系统频域分析等的基础概念和方法。根据周期信号的傅里叶级数展开式可知，任何非正弦周期信号(周期为T₁)，只要满足狄利赫利(Dirichlet)条件，即可以展开为三角形式的傅里叶级数，如公式(1)所示，表现为直流分量和由基波(基波角频率ω₁＝2π/T₁)及一系列谐波(nω₁：基波角频率的整数倍)分量的线性组合。

式中：

为各次分量信号(n＝1时为基波)的振幅；

为各次分量信号(n＝1时为基波)的相位；

c₀＝a₀为直流分量信号。

系数计算公式：

傅里叶级数将时间变量变换为频率变量，揭示了信号内在的频率特性以及信号时间特性与其频率特性之间的密切关系。非正弦周期信号的分解与合成实验装置，用于对傅里叶级数理论和实际电路中的物理信号进行分析和理解，通常采用实验结合仿真来完成。当全部用软件平台开展实验教学时，只能局限于理论模型计算，和实际物理电路对象脱节。而基于实验箱的传统实验方法，如THKSS型信号与系统实验箱、DICE-T3型信号与系统实验仪等，它们的电子电路固定不变，一般只能提供比较简单的验证性实验，在实验仪器工作正常的条件下，学生不了解实验原理和电路结构只要接线正确仍然可以完成实验，不利于学生对相关内容的分析和理解。另外，由于实验箱电路还需要配套外部仪器，如信号发生器、数字示波器、直流稳压电源等，才能正常工作，学生做实验时只能到实验室现场才能进行。专利201120204443.4《信号谐波分解与合成装置》针对周期信号的分解与合成实验简化了电路设计，但是其信号源电路只能产生方波信号，不能生成其它类型的周期信号，其输出的验证方式也比较简单，只能显示数值参数，波形显示功能只能通过外接示波器来实现。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便携式、智能化、多功能、接口简单、性价比高的便携式非正弦周期信号的分解与合成实验装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种便携式非正弦周期信号的分解与合成实验装置，包括便携式多功能数据采集设备、非正弦周期信号分解与合成电路模块和直流电源模块，所述直流电源模块分别连接便携式多功能数据采集设备和非正弦周期信号分解与合成电路模块，其中，

所述便携式多功能数据采集设备包括：

采集设备本体，用于与计算机连接；

信号发生器，与所述采集设备本体连接，在所述计算机的控制下产生非正弦周期信号传送至所述非正弦周期信号分解与合成电路模块中；

数字示波器，与所述采集设备本体连接，在所述计算机的控制下采集所述非正弦周期信号分解与合成电路模块的输入端和输出端的实际信号波形；

且所述信号发生器和数字示波器集成于所述采集设备本体中。

所述采集设备本体为带USB接口数据采集器。

所述非正弦周期信号分解与合成电路模块包括依次连接的有源滤波器信号分解电路、相位调整电路、幅度调整电路、分量信号选择电路和合成电路，其中，

该有源滤波器信号分解电路，用于分离非正弦周期信号的直流分量、基波及各次谐波分量；

该相位调整电路，用于对分离后的基波及各次谐波分量进行相位调整；

该幅度调整电路，用于对直流分量及经相位调整后的各分量信号进行幅度调整；

该分量信号选择电路，用于选择经幅度调整后的各分量信号的是否叠加输出；

该信号合成电路，输出各分量信号叠加后的合成信号。

所述有源滤波器信号分解电路包括直流分量分解提取子电路和基波分量及高次谐波分量分解提取子电路，所述直流分量分解提取子电路直接与幅度调整电路连接，所述基波分量及高次谐波分量分解提取子电路经相位调整电路后与幅度调整电路连接。

所述直流分量分解提取子电路包括一低通滤波器；

所述基波分量及高次谐波分量分解提取子电路包括多个带通滤波器。