很多时候分析振动噪声信号时,可能要求集中关注一个有限的频率区间fmin≤f≤fmax,需要对这个频率区间做细化处理,也就是所谓的ZoomFFT。该方法本质上是基于表3-9中的第8个傅里叶变换对。这个傅里叶变换对表明,如果一个时域信号x(t)有一个傅里叶变换X(f),那么这个时域信号x(t)ej2πat将存在傅里叶变换X(f-a)。因此,测量的时域信号通过乘以指数项ej2πat,那么,信号的频谱将向下移动到f-a。
我们将通过一个实例,表明这个变换过程。我们有一个信号,是按10kHz采样得到的,因此,这个信号对应的频率范围为0≤f≤5kHz。我们将细化的频率范围为1900Hz≤f≤2100Hz,FFT变换样本点数为1024。
整个变换过程步骤如下:
1)定义要进行分析的频率范围1900Hz≤f≤2100Hz的中心频率fc=2000Hz。
2)整个测量的时域信号乘以ej2πfct,注意这将产生一个复数信号。这一过程同时使频率移动到-100Hz≤f≤100Hz。
3)对这个频率发生移动的信号的实部和虚部施加一个低通滤波器,带宽为100Hz。
4)对上一步低通后的信号进行抽样,每25个点抽样一个(5000/200=25)。(www.xing528.com)
5)将抽样后的实部和虚部再组合成一个复数信号。
6)对这个复数信号按每帧1024个样本点进行FFT变换。
7)将负频率移动到频谱的下半段。
注意到ZoomFFT处理并没有违背频谱分析这个重要的关系:时域数据块的时间长度等于频率分辨率的倒数:T=1/Δf。在第4)步中,对原始数据进行了抽样,因此,我们不得不使用25倍原来长度的时域信号才能保持1024个样本点。
为了获得相同的频率分辨率,另一种可行的办法是使用更大的数据点N=25×1024。对于大数据块进行FFT,早期是很难实现的,现今实现起来可能会容易些。虽然现在很少用到ZoomFFT,但它仍有使用价值与作用。
当用1024个样本点对原始信号做FFT时,其频率分辨率为9.765625Hz,而使用Zoom-FFT,相应的频带的频率分辨率为原来的1/25,为0.390625Hz,频率分辨率提高了25倍。
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