?? FFT分析儀基礎(chǔ)知識(shí)

什么是FFT分析儀？

快速傅里葉變換 (FFT) 分析儀是一種執(zhí)行快速傅里葉變換 (FFT) 的分析儀器。

機(jī)械設(shè)備和建筑物都會(huì)產(chǎn)生各種振動(dòng)，而快速傅里葉變換 (FFT) 分析儀可以用來識(shí)別這些振動(dòng)的原因，并提出減少振動(dòng)的方法。雖然頻譜分析儀和存儲(chǔ)記錄儀與 FFT 分析儀是類似的測量儀器，但 FFT 分析儀主要用于觀察低頻信號(hào)的頻率成分。

FFT分析儀的用途

快速傅里葉變換（FFT）分析儀的主要用途是對機(jī)械、設(shè)備和建筑物進(jìn)行振動(dòng)分析。將加速度傳感器固定在被測物體上，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入到FFT分析儀，然后進(jìn)行處理以分析頻率分量。

通過檢測機(jī)械和建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)及其共振頻率，可以加固結(jié)構(gòu)或抑制振動(dòng)，從而防止疲勞失效。另一項(xiàng)應(yīng)用是檢測電機(jī)旋轉(zhuǎn)異常。通過對電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)進(jìn)行快速傅里葉變換 (FFT) 分析，可以揭示振動(dòng)源，例如電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸（轉(zhuǎn)子）是否振動(dòng)，或者齒輪或軸承是否振動(dòng)。

此外，F(xiàn)FT 也用于音頻分析。它用于識(shí)別人聲和樂器發(fā)出的聲音范圍，并分析噪聲的頻率，以確定噪聲的來源位置和設(shè)備。在這種情況下，麥克風(fēng)用于將音頻信號(hào)通過放大器，信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換和放大后再進(jìn)行 FFT 分析。

近年來，快速傅里葉變換（FFT）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于辦公設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域。例如，它被用于評估產(chǎn)品的靜音性能，并研究噪聲來源及相應(yīng)的對策。由于FFT也可用于識(shí)別低頻信號(hào)的噪聲源，因此也被應(yīng)用于處理高頻信號(hào)的產(chǎn)品的噪聲對策設(shè)計(jì)中。

快速傅里葉變換分析儀原理

快速傅里葉變換 (FFT) 基于法國數(shù)學(xué)家傅里葉提出的傅里葉級(jí)數(shù)理論。傅里葉級(jí)數(shù)理論指出，任何具有周期性的復(fù)雜波形都可以用一系列簡單的正弦波和余弦波來表示。傅里葉變換正是對這一級(jí)數(shù)概念的擴(kuò)展。

通常情況下，要確定信號(hào)的周期性，需要測量多遠(yuǎn)的信號(hào)并不明確。因此，傅里葉變換假定從觀測到的波形中提取出一個(gè)合適的時(shí)間段，并且該時(shí)間段內(nèi)的波形無限重復(fù)。在傅里葉變換發(fā)展的早期，計(jì)算該時(shí)間段需要大量的乘法運(yùn)算。

然而，JWTukey 和 JWCooley 提出了一種方法，通過將數(shù)據(jù)點(diǎn)重復(fù)取值 2 的 n 次方來減少計(jì)算量。例如，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量為 1024，則通常需要進(jìn)行 1024 × 1024 = 1,048,576 次計(jì)算，而現(xiàn)在只需進(jìn)行 10,240 次計(jì)算。這種方法被稱為快速傅里葉變換 (FFT)，F(xiàn)FT 是其名稱首字母的縮寫。

典型的波形可以用三個(gè)參數(shù)表示：振幅、頻率（或周期）和相位（時(shí)間差）。通過應(yīng)用快速傅里葉變換（FFT）原理并使用FFT分析儀，可以將橫軸表示時(shí)間的輸入波形信號(hào)轉(zhuǎn)換為橫軸表示頻率、縱軸表示各頻率下波形振幅的圖形。