什么是FFT分析仪？

📔 FFT分析仪基础知识

什么是FFT分析仪？

快速傅里叶变换 (FFT) 分析仪是一种执行快速傅里叶变换 (FFT) 的分析仪器。

机械设备和建筑物都会产生各种振动，而快速傅里叶变换 (FFT) 分析仪可以用来识别这些振动的原因，并提出减少振动的方法。虽然频谱分析仪和存储记录仪与 FFT 分析仪是类似的测量仪器，但 FFT 分析仪主要用于观察低频信号的频率成分。

FFT分析仪的用途

快速傅里叶变换（FFT）分析仪的主要用途是对机械、设备和建筑物进行振动分析。将加速度传感器固定在被测物体上，将信号转换为电信号，输入到FFT分析仪，然后进行处理以分析频率分量。

通过检测机械和建筑物产生的振动及其共振频率，可以加固结构或抑制振动，从而防止疲劳失效。另一项应用是检测电机旋转异常。通过对电机旋转时的振动进行快速傅里叶变换 (FFT) 分析，可以揭示振动源，例如电机旋转轴（转子）是否振动，或者齿轮或轴承是否振动。

此外，FFT 也用于音频分析。它用于识别人声和乐器发出的声音范围，并分析噪声的频率，以确定噪声的来源位置和设备。在这种情况下，麦克风用于将音频信号通过放大器，信号经过转换和放大后再进行 FFT 分析。

近年来，快速傅里叶变换（FFT）技术被广泛应用于办公设备和家用电器等领域。例如，它被用于评估产品的静音性能，并研究噪声来源及相应的对策。由于FFT也可用于识别低频信号的噪声源，因此也被应用于处理高频信号的产品的噪声对策设计中。

快速傅里叶变换分析仪原理

快速傅里叶变换 (FFT) 基于法国数学家傅里叶提出的傅里叶级数理论。傅里叶级数理论指出，任何具有周期性的复杂波形都可以用一系列简单的正弦波和余弦波来表示。傅里叶变换正是对这一级数概念的扩展。

通常情况下，要确定信号的周期性，需要测量多远的信号并不明确。因此，傅里叶变换假定从观测到的波形中提取出一个合适的时间段，并且该时间段内的波形无限重复。在傅里叶变换发展的早期，计算该时间段需要大量的乘法运算。

然而，JWTukey 和 JWCooley 提出了一种方法，通过将数据点重复取值 2 的 n 次方来减少计算量。例如，如果数据点的数量为 1024，则通常需要进行 1024 × 1024 = 1,048,576 次计算，而现在只需进行 10,240 次计算。这种方法被称为快速傅里叶变换 (FFT)，FFT 是其名称首字母的缩写。

典型的波形可以用三个参数表示：振幅、频率（或周期）和相位（时间差）。通过应用快速傅里叶变换（FFT）原理并使用FFT分析仪，可以将横轴表示时间的输入波形信号转换为横轴表示频率、纵轴表示各频率下波形振幅的图形。