功率密度和功率谱密度有什么区别?

2023-04-13 12:15:33 来源:EETOP

一个定义为转换器的速率输出功率,而另一个定义为信号功率含量与频率的关系。本文对两者作进一步区分。

功率密度

功率密度的基本定义是设备的额定(或标称)输出功率除以设备所占体积(体积=x·y·z)(图1)。功率密度的常用测量单位可以是瓦特每立方米 (W/m3  )或瓦特每立方英寸 (W/in.3  )。

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功率谱密度基础知识

功率谱密度 (PSD) 是信号功率内容与频率的关系度量。PSD 让设计人员了解信号功率如何在频率上分布。通常选择 PSD 来表征随机宽带信号(图 2)。


功率谱密度就是信号的傅里叶变换。

在离散情况时,如图2b所示,可以使用快速傅里叶变换 (FFT) 算法计算 PSD。此外,在离散情况下,时域信号 x(t) 将包含 N 个样本,其中 n 是样本数(T 的总采样时间 = NΔt)。在离散情况下,积分下限将从 t = 0 开始,以说明因果信号行为。

设计师和科学家使用随机过程作为 他们系统的数学模型 ,以及看似随机变化的现象。

功率谱密度也可以通过不同的方法非常简单地计算出来;其中之一被称为改进的周期图法。该技术是对信号谱密度的估计,它是 FFT 的加窗平方幅度。周期图通常可用于识别时间序列的主要周期(或频率)。

激光束的功率密度

激光束的功率密度(又称辐照度)定义为以瓦特 (W) 为单位的功率 (P) 与横截面积 (I = W/cm 2 ) 之比。激光功率密度计算器非常方便。

激光束功率密度示例

  • 切割金属板:此处的功率密度将定义激光束执行优质切割的速度。

  • 在激光手术中,激光手术刀的功率密度需要保持在一个狭窄的范围内才能成功执行。

  • 测试激光的安全性时,功率密度需要低于专门指定的水平才能对人眼安全。

  • 激光束用户需要知道光束的总功率,同时牢记达到感兴趣区域的功率水平。

总结

功率密度定义为转换器的额定(或标称)输出功率,然后除以该转换器的占用体积。 

功率谱密度将给出信号功率如何在频率上分布的想法。PSD 被定义为衡量信号功率内容与频率的关系。PSD 通常用于表征宽带随机信号。PSD的振幅由用于数字化信号的频谱分辨率归一化。


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