测试技术实验报告最终版

1、机械工程与应用电子技术学院测试技术基础实验报告姓 名 学 号 成 绩 2014年6月实验一 直流电桥实验一 实验目的金属箔式应变片的应变效应，单臂、半桥、全桥测量电路工作原理、性能。二 实验仪器应变传感器实验模块、托盘、砝码、试验台（数显电压表、正负15V直流电源、正负4V电源）。三 实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形，电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，关系式： （1-1）式中为电阻丝电阻相对变化； 为应变灵敏系数； 为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图1-1所示通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变

2、化，（1） 单臂电桥：如图1-2所示为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 （1-2）为电桥电源电压；式（1-2）表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为。（2） 半桥：不同受力方向的两只应变片接入电桥做为邻边，如图1-3。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值想同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 （1-3）式中为电阻丝电阻相对变化； 为应变灵敏系数； 为电阻丝长度相对变化； 为电桥电源电压。式（1-3）表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。（3） 全桥：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图1-4，当应变片初始值相等

3、，变化量也相等时，其桥路输出 （1-4）式中为电桥电源电压; 为电阻丝电阻相对变化。式（1-4）表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。（4）比较：根据式（1-2）、（1-3）、（1-4）电桥的输出可以看出，在受力性质相同的情况下，单臂电桥电路的输出只有全桥电路输出的1/4，而且输出与应变片阻值变化率存在线性误差；半桥电路的输出为全桥电路输出的1/2。半桥电路和全桥电路输出与应变片阻值变化率成线性。四 实验内容与步骤1.应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块上方的R1、R2、R3、R4上。R1、R3为梁上部电阻，R2、R4为梁下部电阻，当悬臂梁一端加重物时，R

4、1、R3受拉力，R2、R4受压力。2.差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2借数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）拔掉差动放大器输入端的短接线。3. 按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。加托盘。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1使电压表显示为零。4. 在应

5、变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表中单臂一列。5. 保持差动放大电路不变，仿照步骤3，分别按图1-4，1-6将应变电阻连接成半桥和全桥电路，做半桥和全桥性能实验，并将实验数据记录在下表中。五 实验数据及处理、分析1.根据实验所得数据分别计算单臂、半桥、全桥系统灵敏度（为输出电压变化量，为重量变化量）。重量/g20406080100120140160180200电压/V单臂0.0290.0580.0860.1160.1450.1740.2030.2320.2610.291半桥0.0550.1120.1680.2

6、110.2720.3300.3870.4440.5000.557全桥0.1150.2270.3380.4150.5620.6730.7870.8991.0131.125实验数据记录表（1）单臂：S=0.0015（2）半桥：S=0.0028（3）全桥：S=0.0056实验二 交流全桥称重实验一、实验目的1、了解交流全桥电路的原理，了解信号调理和信号处理的基本方法，理解移相器、相 敏检波器和低通滤波器的原理。通过本实验加深对交流电桥、信号调制与解调、滤波和放大 概念的理解。 2、能够通过改变交流全桥的激励频率以提高和改善测试系统的抗干扰性和灵敏度，掌 握测试信号的基本流程，熟练使用基本的信号测试工

7、具。二 实验仪器移相器、相敏检波器、低通滤波器实验模块，应变传感器实验模块，±15V 电源，音频 信号源，6251 采集卡、装有labview 和NI 采集卡驱动的计算机。三 实验原理交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交 流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。在一般情况下，交流电 桥的供桥电源必须具有良好的电压波形和频率稳定度。实验室一般采用 510KHz 音频交流 电源作为交流电桥电源。这样，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路中引入，并 且后接交流放大电路简单而无零飘。 采用交流电桥时，必须注意到影响测量误差的一

8、些因素，例如，电桥中元件之间的互感 影响、无感电阻的残余电抗、临近交流电路对电桥的感应作用、泄露电阻以及元件之间、元 件与地之间的分布电容等。 四 实验内容与步骤1、连接 NI 数据采集卡和转接板，将数据采集卡与电脑用数据线连接，开启实验台电 源和数据采集卡开关，运行”measurement&automation”察看输入通道在转接板上的对应位置 （AI068，AI133，GND67）2、将音频信号源 1 0 Us （左边信号源）输入AI0，调节信号源频率和幅度旋钮，使得信号源输出1kHz，Vp-p6V 正弦信号3、按图正确接线，图中的示波器我们用数采卡取代，将相敏检波器的输出接入采集

9、卡0通道，低通滤波器的输出接通道。 4、调节Rw3 到最大，差分放大电路输入短路，调节Rw4 使Uo2 输出为零（用 主控箱上的数显表检测）。 5、调节电桥直流调平衡电位器Rw1，使系统输出基本为零，并用Rw2调零。6、打开NI 数采卡开关，运行Labview 程序“示波器”，并观察波形。 7、用手轻压应变梁到最低，调节“移相”旋钮使检敏检波器 Uo 端波形成为首 尾相接的全波整流波形如图所示。然后放手，悬臂梁恢复至水平位置，再调 节电桥中Rw1 和Rw2 电位器，使系统输出电压为零，此时桥路的灵敏度最高。 调节交流全桥灵敏度 8、装上砝码盘，分别以每次20g 增加砝码的重量，分别测出交流全桥

10、输出值， 如图所示，然后从200g 每次递减20g 砝码测量交流全桥输出值，填入表中。将音频信号源Us频率调到2K赫兹，重复步骤8。10、实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五 实验数据及处理、分析用交流全桥实验装置测试砝码重量，将实验结果填入下表。计算出交流全桥的灵敏度（）和线性误差。分析信号源频率和幅度以及移向器对交流全桥灵敏度的影响。试验数据记录表音频信号源m(g)20406080100120140160180200V(mV)-252-244-237-230-223-216-209-202-195-188m(g)20018016014112010080604020V(mV)-18

11、8-195-202-209-216-223-230-237-245-252音频信号源m(g)20406080100120140160180200V(mV)-100-95.9-91.6-87.4-83.1-78.9-74.6-70.3-66.2-61.9m(g)20018016014012010080604020V(mV)-61.9-66.2-70.4-74.4-74.7-83.2-87.5-91.7-96-100.3 实验四 典型传感器技术指标标定及测量一、实验目的：(1) 深入理解电容式位移传感器、光线传感器和电涡流传感器的工作原理、基本结构、性能及应用。(2) 掌握测量典型位移传感器标定方

12、法和最小二乘法误差数据处理方法及获得方法。(3) 掌握利用典型位移传感器（电容传感器、光纤传感器、电涡流传感器）测量厚度的方法。二、实验内容及原理：实验过程中，同学可以从电容传感器、光纤传感器和电涡流传感器中自由选择一种传感器进行标定和检测，有兴趣的同学也可以把这三种传感器都进行试验，更好的理解典型传感器的标定以及其在测厚（距）方面应用的区别。下面分别讲述这三种传感器的工作原理。电容式传感器是一种将被测量的变化转换成电容量的变化，经电路处理再变换成电压量输出的一种测量装置，通过检测输出电压的变化来获得被测量的信息。电容传感器具有结构简单、测量精度高、动态响应快、非接触等优点，广泛应用于位移、液

13、位、振动等测量之中。在一般工作状态下，电容传感器极板间的位移变化和输出电压近似成线性关系，为灵敏度。每种电容传感器的灵敏度不同，在测量之前都需要进行标定，灵敏度标定准确与否直接影响测量精度。三、实验要求：（1）.根据传感器的输出信号波形变化确定传感器的线性工作范围；（2）.用给定的虚拟仪器软件完成传感器的标定，求出灵敏度及最小二乘拟合非线性度和端点连线非线性度；（3）.熟练使用虚拟仪器软件Labview进行编程，用给定的标定模板编写数据处理程序，并用编写的程序进行标定；用给定的相对测量程序模板编写相对测量程序，并用自己编写的程序重新完成工件厚度的相对测量，根据测量数据分析工件误差。四、实验装置

14、：传感器与检测技术实验台（电容传感器实验模板、光纤传感器实验模块、电涡流传感器实验模板、电容传感器、光纤传感器、电涡流传感器、数显表、±15V电源、±4V电源、NI采集卡、PC机、Labview等虚拟仪器软件）。五、实验步骤： 电容传感器的标定搭建电容传感器标定系统。按照图4-1将电容传感器安装在电容传感器试验模板上，输出信号通过采集卡接入计算机。输出信号同时接数显表.图 4-1 电容传感器的安装确定传感器的线性工作范围。调整螺旋测微器，改变传感器测头位置，在数显表上观察输出信号的变化，确定传感器的线性工作范围。a、使用给定软件标定利用给定软件对电容传感器进行标定。把传感器

15、位置调整在最佳线性工作范围的一个端点处，把此位置设定为初始位移值。转动工作台上的测微头，使传感器的测头调动的步长设为一固定量值（一般为1mm），并记录此时传感器输出电压。按照同样的方法，测得整个范围内标定点的数据。采用最小二乘法和端点连线求出传感器的灵敏度和非线性度，并对两种处理方法的结果进行比较。b、传感器技术指标标定及检测系统的使用在标定完成后可使用软件的测量功能任选以物品进行厚度测量。图4-2 传感器技术指标标定及检测系统的前台界面图4-3 传感器技术指标标定及检测系统的后台界面图4-4 最小二乘法标定(模拟数据)检测软件用Labview开发，用来标定典型传感器的技术指标，包括：线性度、

16、灵敏度、均方差等。（见图4-4）。同时该软件还具有测量功能，可以根据标定产生的数据拟和所产生的参数测量位移量。软件前台界面分为：显示区、设置区、标定数据区、测量数据区等区域，在不同的应用场合需要设置不同的参数或从相应的区域得到关心的数据。六、实验报告：1、根据软件做出拟合曲线（要求截图）。2、最小二乘法和端点连线法确定的非线性度有什么关系？在什么情况下一致？ 3、最小二乘法确定的非线性度是每两点之间的连线确定的非线性度的平均值，在只采集两点的情况下一致。相对测量和绝对测量相比有哪些优点和缺点？ 相对测量数据比较稳定，但系统误差大，绝对测量正相反。4、比较测试系统灵敏度的实际值与理论值，简要讨论

17、差别产生的主要影响因素。 主要在于接入电路时有电压波动，导线太长也产生了额外电容。5、由实验结果计算出线性度。 数据见图。七、实验注意事项：1、信号接入计算机前，一定要大致估计其量值大小，避免超过A/D输入范围，以免损坏硬件。实验七 硅光电迟特性测试实验一、实验目的：1.深入理解光敏二极管的工作原理、基本结构、性能及应用。2.了解NI数据数采卡的基本使用3.了解利用虚拟仪器进行信号处理的方法二、实验仪器：光电传感器实验模块、恒流源、直流稳压电源、数显单元、NI数据采集卡、计算机等。三、实验原理： 光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的, 它的核心部分也是一个PN结，

18、和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的照射下，释放出光电子的现象。当光照射半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可挣脱原子的束缚而溢出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。当外加偏置电压与结内电场方向一致，PN结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子-空穴对）。结区内的电子-空穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向N区，空穴被拉向P区而形成光电流。当入射光

19、强度变化时，光生载流子的浓度及通过外回路的光电流也随之发生相应的变化。这种变化在入射光强度很大的动态范围内仍能保持线性关系。图7-1 光敏二极管原理结构图 当没有光照射时，光电二极管相当于普通的二极管。其伏安特性是式中I为流过二极管的总电流,Is为反向饱和电流，e为电子电荷，k为玻耳兹曼常量，T为工作绝对温度，V为加在二极管两端的电压。对于外加正向电压，I随V指数增长，称为正向电流；当外加电压反向时，在反向击穿电压之内，反向饱和电流基本上是个常数。当有光照时，流过PN结两端的电流可由下确定：式中I为流过光电二极管的总电流,Is为反向饱和电流，V为PN结两端电压，T为工作绝对温度，Ip为产生的反

20、向光电流。从式中可以看到，当光电二极管处于零偏时，V=0，流过PN结的电流I=Ip；当光电二极管处于负偏时（在本实验中取V=-4V），流过PN结的电流I=Ip-Is。因此，当光电二极管用作光电转换器时，必须处于零偏或负偏状态。 图7-2 光电二极管光电信号接收框图 图7-2是光电二极管光电信号接收端的工作原理框图，光电二极管把接收到的光信号转变为与之成正比的电流信号，再经I/V转换模块把光电流信号转换成与之成正比的电压信号。四、实验内容与步骤：1、如图7-3所示,光敏二极管置于光电传感器模块上的暗盒内，其两个引脚引到面板上。通过实验导线将光电二极管接到光电流/电压转换电路的VD两端、光电流/电

21、压转换输出接数据采集卡AI0通道。2、打开实验台电源，将±15V电源接入传感器应用实验模块。将光电二极管“+”极接地或者-4V。图7-3 试验接线图3、020mA恒流源接LED两端，调节LED驱动电流改变暗盒内的光照强度。4、打开LabVIEW程序“硅光电池特性测试实验”，在步长中输入每次采样输入电流的变化量（一般设为1mA），选择测量模式（零偏/负偏）。5、运行“硅光电池特性测试实验”按照设定的步长调节恒流源的输出，改变LED的光照强度，按下“采样”采集对应的电压值，经过十次采样后得到得到电压-电流曲线。实验结果如图所示：图7-1 零偏状态下的采样曲线图7-2 负偏状态下的采样曲线

22、实验八 振动参数测试实验一、实验目的1. 掌握机械系统或结构振动参数的测试方法；2. 掌握传感器（差动变压器式）、激振器等常用振动测试设备的使用方法；3. 了解NI数据数采卡的基本使用；4. 了解用虚拟仪器进行信号处理的方法。二、实验报告1. 在实验报告中附上你所做出的LABVIEW前面板波形截图。2. 哪些因素影响振动源的振幅？实验过程中是否遇到问题，你是如何分析和解决这些问题的。 振动信号源频率、振荡器不对中、摩擦等。3. 图8-2中铁片和钢珠分别起到了什么作用？铁片用来检测振动传感器是否对中。钢珠用来减少摩擦力。4. 在所有实验模块中“JCY-2振动源实验模块”质量是最大的，试分析原因。

23、为了避免在实验中，实验模块随振动源振动而产生振动，影响实验结果准确性。实验十一 智能调节仪温度控制实验一 实验目的 了解PID智能模糊加位式调节温度控制原理。二、实验仪器： 智能调节仪、PT1OO、温度源三、实验原理： 1位式调节 位式调节( ON/OFF)是一种简单的调节方式，常用于一些对控制精度不高的场合作温度控制，或用于报警。位式调节仪表用于温度控制时，通常利用仪表内部的继电器控制外部的中间继电器再控制一个交流接触器来控制电热丝的通断达到控制温度的目的。 2PID智能模糊调节 PID智能温度调节器采用人工智能调节方式，是采用模糊规则进行PID调节的一种先进的新型人工智能算法，能实现高精度

24、控制，先进的自整定( AT)功能使得无需设置控制参数。在误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化，具有无超调、高精度、参数确定简单等特点。 3温度控制基本原理 由于温度具有滞后性，加热源为一滞后时间较长的系统。本实验仪采用PID智能模糊+位式双重调节控制温度。用报警方式控制风扇开启与关闭，使加热源在尽可能短的时间内控制在某一温度值上，并能在实验结束后通过参数设置将加熟源温度快速冷却下来，可节约实验时间。 当温度源的温度发生变化时，温度源中的热电阻Ptl00的阻值发生变化，将电阻变化

25、量作为温度的反馈信号输给PID智能温度调节器，经调节器的电阻一电压转换后与温度设定值比较再进行数字PID运算输出可控硅触发信号（加热）和继电器触发信号（冷却），使温度源的温度趋近温度设定值。PID智能温度控制原理如图11-1所示。图11-1 PID智能温度控制原理框图四、实验内容与步骤： 1在控制台上的厶智能调节仪”单元中“输入”选择“Ptl00”，并按图11-2接线（注意：PTlOO的两根同色线接在试验台上的同色接口中）。 2将“+24V输出”经智能调节仪“继电器输出”，接加热器风扇电源，打开调节仪电源。 3按住SET键3秒以下，进入智能调节仪A菜单，仪表靠上的窗口显示温度设定“su”，靠下

26、窗口显示待设置的设定值。当LOCK等于O或1时使能，设置温度的设定值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的设定值。否则提示“LCK”表示己加锁。再按SET3秒以下，回到初始状态。 4按住SET键3秒以上，进入智能调节仪B菜单，靠上窗口显示“dAH”，靠下窗口显示待设置的上限偏差报警值。按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的上限报警值。温度达到设定温度值+上限偏差报警值时仪表右上“AL1”指示灯亮。(参考值0.5) 5继续按SET键3秒以下，靠上窗口显示“ATU”，靠下窗口显示待设置的自整定开关，按、设置，“0”自整定关，“1”自整定开，开时仪表右上“AT”指示灯亮。 6继续按

27、SET键3杪以下，靠上窗口显示“dP”，靠下窗口显示待设置的仪表小数点位数，按可改变小数点位置，按上或下可修改靠下窗口的比例参数值。（参考值1） 7继续按SET键3秒以下，靠上窗口显示“P”，靠下窗口显示待设置的比例参数值，按可改变小数点位置，按上或下可修改靠下窗口的比例参数值。 8.继续按SET键3秒以一卜，靠上窗口显示“l”，靠下窗口显示待设置的积分参数值，按可改变小数点位置，按上或下可修改靠下窗口的积分参数值。 9.继续按SE歹键3秒以下，靠上窗口显示“d”，靠下窗口显示待设置的微分参数值，按可改变小数点位置，按上或下可修改靠下窗口的微分参数值。 10、继续按SET键3秒以下，靠上窗口显

28、示“T”，靠下窗口显示待设置的输出周期参数值，按可改变小数点位置，按上或下可修改靠下窗口的输出周期参数值。 11、继续按SE，键3秒以下，靠上窗口显示“SC”，靠下窗口显示待设置的测量显示误差修正参数值，按可改变小数点位置，按上或下可修改靠下窗口的测量显示误差修正参数值。（参考值0） 12、继续按延，键3秒以下，靠上窗口显示“UP”，靠下窗口显示待设置的功率限制参数值，按可改变小数点位置，按上或下可修改靠下窗口的功率限制参数值。(参考值100%)13、按照上述步骤将温度控制在50度五 实验数据及处理、分析PID调节中各参数（比例、积分、微分系数）对控制效果的影响。比例参数的作用是加快系统的响应

29、速度，提高系统的调节精度。比例参数越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但容易产生超调，甚至会导致系统不稳定；比例参数取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态动态特性变坏。 积分参数的作用是消除系统的稳态误差。积分参数越大，系统的静态误差消除越快，但若过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。若积分参数过小，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度。系统偏差大时积分作用应减弱甚至全无，而在偏差小时则应加强。积分系数取大了会产生超调，甚至积分饱和，取小了又迟迟不能消除静差。 微分参数的作用是改善系统的动态特性，其作用主要是在

30、响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但微分参数过大，会使响应过程提前制动，从而延长调节时间，而且会降低系统的抗干扰性能。微分信号的引入容易引进高频干扰，在误差扰动突变时尤其显出微分项的不足。实验十二 集成温度传感器的温度特性实验一、实验目的： 了解常用的集成温度传感器(AD590)基本原理、性能与应用。二、实验仪器： 智能调节仪、PTlOO、AD590、温度源、温度传感器实验模块三、实验原理： 集成温度传感器AD590是把温敏器件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠；不足的是测温范围较小、使用环境有一

31、定的限制。AD590能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，在一定温度下，相当于一个恒流源，一般用于- 50 0C -十1500C之间温度测量。温敏晶体管的集电极电流恒定时，晶体管的基极一发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。本实验仪采用电流输出型集成温度传感器AD590，在一定温度下，相当于一个恒流源。因此不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有很好的线性特性。AD590的灵敏度（标定系数）为lp A/K，只需要一种+4V+30V电源（本实验仪用+5V），即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为传感器调理

32、电路单元中R6=100Q）印可实现电流到电压的转换，使用十分方便。电流输出型比电压输出型的测量精度更高。四、实验内容与步骤： 1重复温度控制实验，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入集成温度传感器AD590。 2将±15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块。温度传感器实验模块的输出U02分别接主控台直流电压表。 3将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。 4拿掉短路线，按图12-1接线，并将AD590两端引线按插头颜色（一端红色，一端蓝色）插入温度传感器实验模块中（红色对应a、蓝色对应b）。温度传感器实验模块的输出U02接数据

33、采集卡（数据采集卡的68、67号端子分别为正、负极） 5将R6两端接到差动放大器的输入Ui。 6打开温度传感器特性测试软件。 7设置好参数后运行该软件（模式选择：采集标定模式，升温，温度下限55 0C，温度上限1200C）。图12-1实验接线8 改变温度源的温度每隔50C点击一次标定采集按钮（从550C开始采集）。直到温度升至1200C。采集结束后，软件自动停止运行。9选择降温，从1200C开始，每隔50C采集一个数据，直到550C，软件自动停止运行，并显示出升温降温时采集的两组数据。10.软件选择测量模式，改变温度源的温度，点击测量采集按钮。此时采得一个电压值，对应的我们得到该电压对应的温度值，从而实现温度的测量。 实验十六 信号分析与处理一、实验目的1、掌握周期信号频谱分析方法