加速度分析的改善

为将模拟波形转换为数字数据所需的处理即标本化(采样)的周期称为采样周期或采样间隔。电子采集仪按照采样周期进行数据采集。因此选择的采样周期不合适时,可能无法采集正确的波形。另外,混叠是对模拟信号进行采样时发生的现象。混叠会对FFT分析等产生重大影响。
下面介绍用于防止混叠影响的采样与滤波器。

采样周期与混叠

采样周期

如下图所示,若采样周期为输入信号周期的5倍左右的慢周期,波形将呈现参差不齐的状态,但如果是充分快于输入信号周期的采样周期(10倍以上),则能够再现与输入信号基本相同的波形。

采样周期

混叠

根据采样定理,在对频率fin的交流信号进行A/D转换后经过D/A转换而恢复原状时,为如实地再现原信号,需要至少2 × fin以上的采样频率fs。fs小于fin时会观测到称为混叠的并不存在的波形,需要注意。

混叠

fs>fin
能够再现输入信号。

fs≒2 × fin
基本可以再现输入信号的频率,但会发生振幅起伏(拍频)。

fs = 2 × fin
此时的fin被称为奈奎斯特频率。
如果采样相位不一致,将观测到小振幅波形。

fs<fin
将观测到低于输入频率fin的波形。该波形被称为混叠波形。

采样时钟

抗混叠滤波器

对包含超过采样频率的1/2的频率信号进行采样并FFT运算显示后,有可能观测到不存在的频谱。该频谱被称为混叠。
抗混叠滤波器是利用高衰减特性,使超过采样率的1/2的频率发生衰减的低通滤波器。
对通过抗混叠滤波器的信号进行采样,可防止混叠。

抗混叠滤波器

图的纵轴表示输入信号衰减率,横轴表示输入频率与采样频率的比率。
输入频率/采样频率为0.5以上,即采样频率为输入频率的2倍以上的输入信号将发生大幅衰减。

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