李萨如图形·双频振荡模拟器 — 免费在线工程计算 | NovaSolver
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波形分析

李萨如图形·双频振荡

2个正弦波频率的组合生成李萨如图形。实时计算频率比和相位差,在XY平面显示动画演示。

参数设置
预设列表
X频率 f_x
Hz
Y频率 f_y
Hz
振幅 A_x
振幅 A_y
相位差 δ
π
δ自动从0~π扫描。
绘制点数
播放控制
图形保存
计算结果
1:2
频率比 f_x:f_y
0.50π
相位差 δ
无理曲线
图形类型
1.00 s
周期 T
实时数值
图形
0.00
当前 x
0.00
当前 y
0.00
时间 t [s]
实时绘图动画
x(t) 生成器(顶部) y(t) 生成器(左侧) 绘图笔 引导线
在画布上左右拖动 — 相位差 δ 自动调整
基本方程

2个正弦波在两个轴方向的叠加:

$$x(t) = A_x \sin(\omega_x t + \delta), \quad y(t) = A_y \sin(\omega_y t)$$

其中 $\omega_x = 2\pi f_x$、$\omega_y = 2\pi f_y$;相位差 $\delta \in [0,\, 2\pi)$

周期:$T = \text{lcm}(1/f_x,\, 1/f_y)$;当 $f_x/f_y \in \mathbb{Q}$(有理数)时,图形是稳定的。

当$f_x/f_y \notin \mathbb{Q}$(无理数)时,曲线不闭合,随着时间会不停旋转扫描,近似填充整个区域。

李萨如图形·双频振荡是什么

👤
李萨如图形是什么?在示波器中看到的花纹吗?
🤖
正是这样。简单来说,X方向和Y方向的2个正弦波的叠加而成的图形。例如,在这个模拟器中通过f_xf_y分别在两个方向设置,通过改变相位差在两方,可以看到各种形状的李萨如图形呈现。这是最简单的李萨如图形,频率比越复杂,图形就越复杂。
👤
原来相位差有那么重要吗?就是两个波形的时间错位的量吗?
🤖
是的。相位差改变时,图形会旋转、变扁。δ=0°时是一种图形,δ=90°时是另一种,δ=180°时则反向。在频率比相同的情况下,δ改变会使图形发生变化。这是这个模拟器最直观的地方——通过看图形判断两个信号的频率比和相位差。
👤
频率比为1:3、1:3、3:4这样的比例,就会显现出很复杂很漂亮的形状吧。那些有什么实际用途吗?
🤖
好问题!确实,频率比为1:3、1:3、3:4这样的比例会显现复杂且对称的图形。在工程学中,这种图形的形状和频率比可以读出两个输入信号的相位和幅度关系。在度量频率差异和相位偏差时,通过观察这种图形,可以快速判断出两个波形是否存在不同的频率和相位关系。在许多实际应用中(如示波器的XY模式),通过观察李萨如图形的形状,可以无损地判断两个信号之间的频率比和相位差,这对于许多工程应用来说非常有用。

常见问题

李萨如图形什么时候变成稳定图形

频率比fx/fy是有理数(整数比)的时候。当fx/fy是无理数(如黄金比)时,图形会随着时间不停旋转扫描画布。例如1:1是直线,1:2是8字形,2:3、3:4等比较复杂的形状会显示出来。

李萨如图形在示波器中怎样使用

示波器的XY模式中,2个输入信号分别输入到X轴、Y轴,就会看到李萨如图形。图形的形状从频率比、相位差可以读出频率和相位。如果显示是稳定的,那么频率比是整数比,如果不稳定会旋转变化,说明是无理数比。

在XY平面中能确认什么

主画面的李萨如图形之外,两侧还有X方向和Y方向各自的正弦波(时间序列)。这些让2个输入信号的振幅、频率、相位如何影响整个图形一目了然。上方是X轴振幅,下方是Y轴振幅,周期和相位差的有效性可以同时确认。

相位差改变时李萨如图形如何变化

fx:fy=1:1时δ=0°是直线向上,δ=90°时是圆形,δ=180°时是直线向下变化。一般来说δ改变时,图形会旋转、变扁,而变化过程中可以通过动画看到。CAE设计中常见的δ=90°、振幅相等会生成完美圆形,这对计算和设计来说是特殊条件。

李萨如图形在CAE中怎样使用

主要用途是轴承的径向双周波振荡检测、电磁阀的相位确认(如δ=90°表示正交)、2轴马达的同期控制(示波器的XY模式),以及离心机等的2轴不平衡测定等。

使用指南

先设置两个频率 fx 和 fy,再调整振幅 ax、ay 与相位差 δ。整数频率比如 2:1 或 3:2 会形成闭合曲线;无理数频率比会形成不重复的开放轨迹。改变 δ 可以观察图形方向和形状的变化。

具体示例:fx=3.0 Hz、fy=2.0 Hz(频率比 3:2)、ax=ay=1.0、δ=90° 时,会得到周期 T=1.0 s 的闭合曲线。3:2 不是 1:1,因此即使 δ=0° 也不会塌缩成直线;只有 1:1 频率比在 δ=0° 时为直线,在 δ=90° 且振幅相等时为圆形。

实际应用时,要为复杂或非整数频率比设置足够的采样点和时间。用示波器 XY 模式或双轴振动测试解释图形时,应同时确认频率比、相位定义和振幅比例。

依据标准与假设

依据/参考: 利萨茹(Bowditch)曲线定义式 \( x(t)=A_x\sin(\omega_x t+\delta),\; y(t)=A_y\sin(\omega_y t) \),\( \omega=2\pi f \)。当频率比 \( f_x:f_y \) 为有理数时形成闭合图形。来源:Lissajous(1857)、示波器 X-Y 法相位/频率比较。

模型假设: 两个正弦波的纯叠加。已核验:1:1、δ=π/2、A_x=A_y → 圆(半径恒为 1.0);1:1、δ=0 → 直线 y=x(|x−y|=0)。相位差 δ 决定图形的方向与形状。

适用范围与局限: 精确的数学绘制,无物理简化——理想正弦,不含阻尼、噪声或非线性。对于真实信号,幅值/频率漂移可能使图形不稳定。