近期做加速度信号的时域与频域分析项目。研究不同频率对信号的影响程度,用到了傅里叶变换以及高通和低通滤波内容。
又把高数详细看了一遍,收获蛮大的。
下面就把成果分享出来。
原信号折线图
经过傅里叶转换过的双边振幅谱,未求绝对值。
求绝对值后的双边振幅谱。对复数来讲求绝对值就是取实部和虚部模数。
顺便把相位谱也放上来。
归一化之后的双边振幅谱。
最后把单边振幅谱呈现出来。
代码如下:
import numpy as np
from scipy.fftpack import fft,ifft
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.pylab import mpl
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import time
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] #显示中文
mpl.rcParams['axes.unicode_minus']=False #显示负号
#采样点选择1400个,因为设置的信号频率分量最高为600赫兹,根据采样定理知采样频率要大于信号频率2倍
a=0
while a<100:
a+=1
x=np.linspace(0,1,1024)
#设置需要采样的信号,频率分量有200,400和600
i=np.random.randint(10,size=3)
fr=np.random.randint(512,size=3)
y=i[0]*np.sin(2*np.pi*fr[0]*x) + i[1]*np.sin(2*np.pi*fr[1]*x) +i[2]*np.sin(2*np.pi*fr[2]*x)
fft_y=fft(y) #快速傅里叶变换
N=x.size
x = np.arange(N) # 频率个数
half_x = x[range(int(N/2))] #取一半区间
time.sleep(1)
abs_y=np.abs(fft_y) # 取复数的绝对值,即复数的模(双边频谱)
angle_y=np.angle(fft_y) #取复数的角度
normalization_y=abs_y/N #归一化处理(双边频谱)
normalization_half_y = normalization_y[range(int(N/2))] #由于对称性,只取一半区间(单边频谱)
plt.clf() #清除刷新前的图表,防止数据量过大消耗内存
plt.subplot(231)
plt.plot(x,y)
plt.title('原始波形')
plt.subplot(232)
plt.plot(x,fft_y,'black')
plt.title('双边振幅谱(未求振幅绝对值)',fontsize=9,color='black')
plt.subplot(233)
plt.plot(x,abs_y,'r')
plt.title('双边振幅谱(未归一化)',fontsize=9,color='red')
plt.subplot(234)
plt.plot(x,angle_y,'violet')
plt.title('双边相位谱(未归一化)',fontsize=9,color='violet')
plt.subplot(235)
plt.plot(x,normalization_y,'g')
plt.title('双边振幅谱(归一化)',fontsize=9,color='green')
plt.subplot(236)
plt.plot(half_x,normalization_half_y,'blue')
plt.title('单边振幅谱(归一化)',fontsize=9,color='blue')
plt.pause(0.4) #设置暂停时间,太快图表无法正常显示
plt.ioff() # 关闭画图的窗口,即关闭交互模式
plt.show()
后面我还继续进行了高通和低通滤波功能,由于从传感器获得的是加速度信号,我还需要进行二次积分获得位移数据。