数据采集回来后处理的:
传感器原始数据(SDS824X_HD_CSV_C1_1.csv)在示波器上的采集参数(直接来自 CSV 头部 + 必要的派生值):
机型:Siglent SDS824X HD
通道:CH1
记录长度:Analog 400,000 点
采样间隔:5.000000E-10 s(= 0.5 ns)⇒ 采样率:2.000 GSa/s
水平刻度(Time/Div):2.000000E-05 s(= 20 µs/div;10 div 覆盖 ≈ 200 µs)
垂直单位:V
垂直刻度(Volt/Div):+5.000000E-01 V/div**(= 0.5 V/div)
垂直偏置:+0.000000E+00 V
由数据计算的派生信息(便于核对)
有效样本数:≈ 399,811
记录时长:≈ 0.200 ms(与 20 µs/div × 10 div 一致)
幅度范围:约 −1.017 V ~ +1.289 V(≈ 2.31 Vpp)
--- Sensor_Out ---
fs_Hz = 2e+09, duration_s = 0.0002
mean_V = 0.0934147, rms_V = 0.512564, vpp_V = 2.30521, min_V = -1.01667, max_V = 1.28854, crest = 2.33166
f0_Hz = 183105, THD_ratio = 0.110867, SNR_dB = 9.49043, slope_dB_per_dec = -31.4663
--- PreADC_Out ---
fs_Hz = 200000, duration_s = 5
mean_V = 5.22457, rms_V = 0.51948, vpp_V = 3.49583, min_V = 2.29167, max_V = 5.7875, crest = 5.64585
f0_Hz = 3.43323, THD_ratio = 1.66333, SNR_dB = -7.60242, slope_dB_per_dec = -3.93
fs ≈ 200000.000 Hz
事件时间 t_min = -1.698390 s, 基线 ≈ 5.346268 V, 低谷 ≈ 2.291667 V, 幅度下降 ≈ 3.054601 V
下降沿 10–90% 时间 ≈ 11.990 ms → 一阶等效 fc ≈ 29.203 Hz
上升沿 10–90% 时间 ≈ 14.720 ms → 一阶等效 fc ≈ 23.787 Hz
结论(仅基于这两条数据)
SDS824X_HD_CSV_C1_1.csv(标为 Sensor_Out)
主频:≈ 183.105 kHz(稳定窄带成分)。
幅度:均值 0.093 V,RMS 0.513 V,峰峰 ≈2.305 V(约 −1.02~+1.29 V)。
波形形态:整体接近正弦,但间歇出现短促扰动/尖峰(导致峰因数 2.33 高于理想正弦的 1.414)。
失真/噪声(粗估):THD **≈11%**;以基波对其余分量计的 SNR ≈9.5 dB(这是形态级别的估计,不等同于仪器 SNR)。
频谱趋势:基波处最强;高于基波后整体随频滚降 ~ −31 dB/dec(介于一阶和二阶的等效衰减),同时可见少量离散尖刺(与时域的偶发扰动对应)。
此信号可视为≈183 kHz 的载波/振荡上叠加少量瞬态扰动;并非低频量随时间缓慢变化的那类信号;这类高频信号进入后级(例如 LM358→ADC)若无适当限幅与带宽匹配,在某些工况下可能引出过载、削顶或被后级低通强烈衰减(在 Pre-ADC 节点看到的响应已表现出一阶低通 fc ≈ 24–29 Hz 的动态,这与抑制 183 kHz 一致)。
采样:2 GSa/s,时长 0.2 ms
主频:≈183.105 kHz(明显的高频正弦成分)
幅度统计:均值 0.093 V,RMS 0.513 V,峰峰 2.305 V,峰因数 2.33(> 正弦的 1.414,说明存在尖峰/瞬态)
失真/噪声(粗估):THD ≈11%,SNR(基波对“其余”)≈9.5 dB
频谱高频段的衰减斜率 ≈ −31 dB/dec(远高于 −20 dB/dec、低于 −40 dB/dec),说明在主频之上整体能量随频率下降较快,更像是“一阶到二阶之间”的等效滚降,但这里受测量噪声与瞬态影响,不把它当成严格系统阶次结论。
时域上可见若干突发小扰动(图中局部小尖峰),这是导致峰因数偏高与频谱上额外尖刺的主要来源。
SDS824X_HD_CSV_C1_2.csv(标为 PreADC_Out)
采样:200 kSa/s,时长 5 s
直流基线:≈5.35 V,上面叠加一次明显的负向“凹坑”事件(最低 ≈2.29 V,幅降 ≈3.05 V)
主频(频域能量中心):≈3.433 Hz(这是由那次事件引出的低频成分,并不是窄带正弦)
失真/噪声(对“单频正弦”的指标在这里仅作参考):THD ≈166%、SNR ≈ −7.6 dB(吻合“单次事件 + 宽带内容”的性质)
谱斜率(10×主频到高频区间):≈ −3.9 dB/dec(很平),说明频谱特征由单次时域事件决定,不像是稳态窄带信号的“滤波后输出”。
从“凹坑”边沿提取到的一阶时间常数
对该事件做了10–90% 边沿时间的测量,并用一阶模型近似换算了等效带宽:
下降沿 10–90%:≈ 12.0 ms → τ ≈ 5.45 ms → fc ≈ 29.2 Hz
上升沿 10–90%:≈ 14.7 ms → τ ≈ 6.69 ms → fc ≈ 23.8 Hz
两个估计在一个量级、相互印证,可把 “PreADC_Out 在这次事件上的动态响应近似为一阶系统,fc ≈ 24–29 Hz(约 26±3 Hz)”。 工程上,这常见于前端/缓冲/ADC 驱动 RC 形成的低通极点,也可能是有源电路里的等效单极点(LM358 + 外部 RC 或负载/环路造成的等效 τ)。
还给了RC 粗算表(R≈1/(2πfcC))方便你对号入座,例如 fc≈26 Hz 时:
结果:一阶等效:不同 C 下的 R 估算
fc (Hz) C (uF) 24.0 26.0 29.0
0 0.10 66.315 61.213 54.881
1 0.22 30.143 27.824 24.946
2 0.47 14.109 13.024 11.677
3 1.00 6.631 6.121 5.488
4 2.20 3.014 2.782 2.495
C=100 nF → R≈61 kΩ
C=220 nF → R≈27.8 kΩ
C=470 nF → R≈13.0 kΩ

C=1 µF → R≈6.12 kΩ
这两条数据给出的“滤波器”线索,推测OP段设计的滤波器
PreADC_Out 明显体现出单极点低通的动态(事件的下/上沿时间常数接近,一阶模型拟合合理),等效 fc ≈ 25 Hz 附近。这很像 ADC 前的缓冲+R串+C到地(或等效 RC)的带宽;也可能来自LM358 本身的环路/负载形成的单极点。
Sensor_Out 的数据更多反映出高频窄带正弦 + 少量瞬态/尖峰;从它自身无法直接推出“系统的截止频率或阶次”,但它的高频分量与 PreADC_Out 的低频事件不是同一工况,所以不用于传函配对。
PreADC_Out:一阶低通特征明显,fc≈25 Hz(±几 Hz)
Sensor_Out:183 kHz 的窄带信号 + 瞬态尖峰,它自己并不能告诉我们系统的极点,只能说明在那一瞬的测量条件下有高频振荡/激励存在。
未见 50/60 Hz 主导(PreADC 的主要谱峰不是工频,而是与单次事件相关的一串低频离散峰)。
可能的干扰来源(结合现象作工程推断)
短时尖峰:探头接地环路/走线耦合、邻近开关源耦入、供电纹波瞬变、接触微动等。
高频载波本体:若这是传感器工作机理所需(驱动/调制/换能),则属于“正常”;否则应警惕自激/非预期振荡。
fs = 1999999999.996 Hz
f0 = 183105.469 Hz, A_pk_fit = 0.262521 V, phi = -16.353 deg, DC_offset = 0.094012 V
RMS_total = 0.512564 V, RMS_residual = 0.477679 V, Residual/Total_RMS = 93.19%
f0 = 183105.469 Hz
最近左侧峰 fL = 167846.680 Hz, ΔL = 15258.789 Hz
最近右侧峰 fR = 198364.258 Hz, ΔR = 15258.789 Hz
调制频率估计 fm ≈ 15258.789 Hz (若左右对称)
f0 = 183105.469 Hz, A0 = 0.632945 (rel)
fL = 99182.129 Hz, AL = 0.0381215 → -24.40 dBc
fR = 343322.754 Hz, AR = 0.0272577 → -27.32 dBc
A0 = 0.632945; f0=183105.469 Hz
Sidebands: 167846.680 Hz → -11.81 dBc, 198364.258 Hz → -17.86 dBc
FFT 分辨率 Δf ≈ 7629.395 Hz
这条传感器信号不是纯正弦:在主频 f₀≈183.105 kHz 附近出现明显对称边带,对应约 15.26 kHz 的调制/干扰;且“非正弦残差”能量占≈93% RMS,高频干扰(及尖峰/调制)很重。
主要证据(频域 + 时域)
主频:f₀ ≈ 183 105.469 Hz。
对称边带(疑似被≈15.26 kHz 调制):
左边:167 846.680 Hz = f₀ − 15 258.8 Hz(−11.8 dBc)
右边:198 364.258 Hz = f₀ + 15 258.8 Hz(−17.9 dBc)
这对“±15.26 kHz”边带与变频器(VFD)PWM载波频率在 ~8–20 kHz非常吻合。 注:本次 FFT 分辨率 Δf≈7.63 kHz,所以 15.26 kHz 是±7.6 kHz精度级别。
其它非谐波峰(相对主峰较小,但能看到):约 99.18 kHz、343.32 kHz、381.47 kHz、526.43 kHz 等(在谱图里可见)。
从波形中扣除“最佳拟合的正弦基波”后的残差:
总 RMS ≈ 0.5126 V,残差 RMS ≈ 0.4777 V → 残差/总量 ≈ 93.2%
残差时域能看到短促的台阶/尖峰(图2),对应谱里离散峰与高频底噪抬升。
这些现象共同表明:传感器原始正弦被≈15 kHz 级的开关干扰调制(幅度/相位调制),并叠加了尖峰类高频噪声——与现场有变频器+电机的环境高度一致。
从最后两条采样看,系统要看的“有用量”应该是低频(Pre-ADC 节点表现出近似一阶低通,fc≈24–29 Hz),但在“传感器端”这一测点上看到的是一堆高频分量:主峰在 183 kHz,并有±15.26 kHz 对称边带和尖峰——这和有变频器/电机的现场非常吻合(PWM/开关噪声耦入或与某高频载波混调)。
更精确地说有两种可能,现象一致但含义不同:
传感器本身带载波/高频激励(一些电感/电容式、振荡式、调制型传感器常见 100–500 kHz 级载波):你量到的是“载波 + 低频量调制 + 现场EMI”。后级低通(~25 Hz)把载波去掉,只保留慢变化的物理量给 ADC。
传感器本应输出低频模拟量,那 183 kHz 基本就是外界干扰/耦合(VFD PWM、开关电源、布线回路引入等)+ 偶发尖峰。
目前这两条数据本身无法单独证明“原始传感器一定是低频”,但:
Pre-ADC 的单极点低通 fc≈25 Hz强烈暗示系统是为低频信号设计的;
传感器端的183 kHz±15 kHz结构也强烈暗示载波或被 VFD 调制的干扰存在。
文章插图总结
Sensor_Out(总览):sensor_time_overview.png
Sensor_Out(前 10 µs 放大):sensor_time_zoom.png
Sensor_Out(残差:测量 − 正弦拟合):sensor_residual_zoom.png
Sensor_Out(幅度谱,标注 f0 与伴随峰):sensor_spectrum.png
PreADC_Out(5 s 总览):preadc_time_overview.png
PreADC_Out(事件放大+10–90% 参考线):preadc_event_zoom.png
PreADC_Out(幅度谱):preadc_spectrum.png
那最后可以给一个结论出来:从这两条“后上传”的实测数据看,PCB 上的前端/ADC 前滤波已经把高频(尤其是 10–200 kHz 这一带)压得很干净,没有看到会折叠进带内(alias)的明显余留。
Pre-ADC 节点的动态:对那次“凹坑”做 10–90% 上/下沿测得等效一阶低通 fc ≈ 24–29 Hz。 这意味着一阶幅频约 。
用这个 fc 估算抑制量:
对 15 kHz(变频器 PWM 常见量级): → 抑制 ≈ −54 ~ −56 dB
对 183 kHz(在传感器端看到的主峰): → 抑制 ≈ −76 ~ −78 dB
对 17 kHz(若183 kHz未滤掉,在 200 kSa/s 下会折叠到 ~17 kHz):抑制 ≈ −55 ~ −57 dB
在Pre-ADC 的 5 s 记录里没有看到 2 kHz / 17 kHz / 32 kHz 等“由 198/183/168 kHz 折叠”应当出现的窄带峰;能量基本都在几十 Hz 内。说明模拟带限已把 >kHz 的东西压到噪底以下。
就算传感器端 183 kHz 主峰有 ~1 V,经 −77 dB 后只剩 ≈0.14 mV;其左右边带离主峰 −12/−18 dB,再乘以 −55 dB 的 15–17 kHz 抑制,折合输出只剩 ≈0.3–0.5 mV 量级。 以常见 12-bit、5 V 满量程的 ADC(≈1.22 mV/LSB)为例,这些残余都小于或约等于 1 LSB。
解释看到的现象
传感器端有明显的 183 kHz ± 15 kHz 结构(现场 EMI/调制);
到 Pre-ADC 就只剩低频缓慢变化 + 偶发“凹坑”事件——这不是高频穿越,而是带内(几 Hz~几十 Hz)事件,滤波器本来就不会、也不应该“滤掉”它。