比较*不同频率*的两个信号的相位的物理意义?

信息处理 fft 阶段
2022-02-08 03:59:26

我正在检查关于振动的模拟数据。我试图比较两个气缸之间的位移相位差;气缸进行几乎正弦的振动。然而,我刚刚发现,在某些条件下,两个气缸的主要位移频率是不同的(即 C2 的主要频率是 C1 频率的等效频率和两倍),尽管在大多数情况下,它们的频率基本相同。

所以我的问题是:当频率不同时,相位差(例如同相,反相)在物理上是否仍然有意义?

感谢任何解释。(我认为一些物理示例会很有帮助)

编辑:在这里找到了一个讨论,但仍然试图理解。

3个回答

没有通常意义上的有数字的阶段ϕ0这样

x1(t)=x2(tϕ0) t

在哪里x1(t)x2(t)是两个不同频率的周期信号。

但是,根据应用程序,可以执行一些类似相位的分析。我将谈谈我很快想到的两个例子。

假设我们有两个信号x1(t)=sin(t)x2(t)=sin(3tϕ0). 由于后者是前者的三次谐波,它们的和是周期性的。然而,产生的波的形状会因不同而很大差异ϕ0(信号之间的某种“相位差”)。在下图中,我绘制了三个不同的波(x1(t)+x2(t)对于三个不同的值ϕ0):

  • ϕ0=0红色的。
  • ϕ0=π穿蓝色衣服。
  • ϕ0=π/2在绿色。

在此处输入图像描述

如您所见,对ϕ0. 例如,这在音乐中非常重要,因为根据谐波之间的“相位”,产生的波会产生完全不同的声音。

按照相同的示例,还有另一种方法可以查看这两个信号之间的相位。举个例子ϕ0=0

在此处输入图像描述

如您所见,每当基波穿过t轴,它的三次谐波也是如此。另一方面,每当第一个谐波达到最大值(最小值)时,它的三次谐波达到最小值(最大值)。这可能会导致人们认为他们处于反阶段同样,这取决于您的应用程序是什么,您正在寻找什么来进行此分析,以及您定义为“阶段”的内容。

作为旁注,有一个典型的例子是使用两个不同频率的波(或类似的东西)之间的相位。它被称为 PLL(或锁相环)。如果您对该主题感兴趣,可以检查一下。

两个不合理相关的不同频率信号的相位差只有在两者都参考特定的参考时间点时才有意义。

如果两个频率是有理相关的(例如整数倍的谐波),那么相位关系(在某个共同的参考点)将影响时域中周期性波形的形状。

如果两个不同频率的信号以某种方式耦合,则相位差可能具有物理意义,因此随着相位关系的变化产生“拍音”或干涉图案。相位关系将影响干涉图的包络,当参考某个外部时间点时(例如,当拍频包络处于其最大值的位置/时间等)时也是如此。

经过一番谷歌搜索,我认为这只是意味着如果频率不同,则相位差在一个案例中不是一个常数。换言之,相位差随时间而变化。因此,“同相”和“异相”应该不再适用。