新版测试技术2

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1、信号分析与实验测试技术信号分析与实验测试技术教材：教材：机械工程测试 信息 信号分析(第二版) 卢文祥、杜润生编，华中科技大学出版社参考教材：参考教材： 1）信号分析与处理， 赵光宙、舒勤编，机械工业出版社 2）工程测试技术基础， 曾光奇、胡均安编，华中科技大学出版社 3）工程测试与信息处理，卢文祥、杜润生编，华中 4）基于MATLAB 6.x的系统分析与设计- 小波分析， 胡昌华、李国华、刘涛、周志杰编，西安电子科技大学出版社 第一章第一章 绪绪 论论1.1 测试、信息、信号测试、信息、信号 测试是人们认识客观事物的方法，测试过程是从客观事物中摄取有关信息的认识过程。测试包括测量和试验。 信

2、息一般可理解为消息、情报、或知识。信息本身不是物质，不具有能量。但信息的传输却依靠能量。 一般说，传输信息的载体称为信号，信息蕴含于信号之中。信号具有能量，它描述了物理量的变化过程。 例如：古代烽火，信号 光，信息 “敌人来进攻了” 无线电通讯，信号 电磁波，信息 新闻、音乐等 噪声是时间和空间的函数，机械零件的表面粗糙度是二元空间变量。力、位移、加速度等是非电信号，电压、电流、电荷、磁通等是电信号。 彩色照片是二维信号，彩色电视信号呢？ 2.1 测试信号分析的基本内容 测试信号中携带着人们所需要的信息，也常常含有人们不感兴趣的其他信息干扰噪声，对测试信号的分析处理，就是对信号的加工变换，其目

3、的是改变信号的形式，便于分析和识别。 信号分析的经典方法有时域分析法和频域分析法。2.2 测试与信号分析技术的发展概况 模拟信号 数字信号 信号处理芯片DSP2.3 测试与信号分析技术在机械工业发展中的作用非平稳随机信号非各态历经信号各态历经信号平稳随机信号非确定性信号一般非周期信号准周期信号非周期信号复杂周期信号简谐信号周期信号确定性信号动态信号动态信号按其变化规律可作如下分类：第二章第二章 信号分析的基础信号分析的基础2.1 信号的分类信号的分类2.1.1 确定性信号与非确定性信号确定性信号与非确定性信号 确定性信号可以用数学关系式、图或表来描述的信号。反之，不能用数学关系式、图或表明确描

4、述的信号，称为非确定性信号或随机信号。)()(nTtxtx周期信号：周期信号：( )cos()x tAt如简谐信号： 非谐波的周期信号是复杂复杂周期信号周期信号，如周期方波、周期三角波、周期锯齿波等等。 非周期信号非周期信号往往具有瞬变性，如：不考虑阻尼是什么信号？ 准周期信号准周期信号是指周期与非周期的边缘情况，是由有限个周期信号合成而成的，但各周期信号的频率间不是公倍关系，因此合成信号不满足周期条件。如：tttx002sinsin)(0.600.620.640.660.680.700.660.680.700.720.740.76y(mm)x(mm)0.620.640.660.680.680

5、.700.720.74y(nT)x(nT)204060801001200.000.010.020.031-失 稳2-加一 个 向 下 的 恒 力21Frequency (Hz)Amplitude(mm) 非确定性信号非确定性信号所描述的物理现象是一种随机过程,其幅值、频率和相位变化是不可预知的。例如，汽车行驶时所产生的振动，飞机在大气流中产生的振动，环境噪声等。2.1.2 能量信号与功率信号能量信号与功率信号 为从能量的观点来研究信号，假设信号是加在1W电阻上的电流，则在时间间隔内电阻所消耗的能量为： 其平均功率为： TTTdttxW)(lim2TTTdttxTP)(21lim2 当区间（t1

6、，t2）为（ ）时，能量为有限值的信号称为能量信号，能量信号，如矩形脉冲、减幅正弦波、衰减指数等信号。能量信号的平均功率为零。 周期信号、随机信号等，在区间（ ）内能量不是有限值，而平均功率P为不等于零的有限值，这种信号称为功率信号功率信号。 有些信号可以既不是能量信号，也不是功率信号，但不可能既是能量信号又是功率信号。,其它010)(1tAtfttAtf)cos()(02其它01)(4/13tttf0121PAW2)(coslim220222APdttAWTTT033PW2.1.3 时限与频限信号时限与频限信号 时域有限信号时域有限信号是在有限时间区间（ t1，t2 ）内定义，而在区间外恒等

7、于零。例如，矩形脉冲、三角脉冲、余弦脉冲等。而周期信号、指数衰减信号、随机过程等，则称为时域无限信号。 频域有限信号频域有限信号是指信号经过傅里叶变换，在频域内占据一定带宽（ f1，f2 ），在带宽外恒等于零。例如，正弦信号、sinc(t)函数、限带白噪声等为时域无限、频域有限信号；d 函数、白噪声、理想采样信号等，则为频域无限信号。 时间有限信号的频谱，在频率轴上可以延伸至无限远。而一个在频域上具有有限带宽的信号，必然在时间轴上延伸至无限远处。显然，一个信号不能够在时域和频域上都是有限的。dtetyYtj)()(2.1.4 连续信号和离散信号连续信号和离散信号 在所讨论的时间间隔内，对于任意

8、时间值，除若干个第一类间断点外，都可给出确定的函数值，此类信号称为连续时间信号连续时间信号或模拟信号。a) 含第一类间断点的信号 b) 锯齿波 c) 矩形脉冲 截断信号图2-2 连续时间信号 连续信号只强调时间坐标的连续，并不强调函数幅值取值的连续，因此，一个时间坐标连续、幅值经过量化（幅值经过近似处理只取有限个离散值）的信号仍然是连续信号，而时间和幅值均为连续取值的信号称为模拟信号。 离散时间信号离散时间信号又称为时域离散信号或时间序列，是在所讨论的时间区间内以不连续的瞬时给出的函数值。均匀分布的离散信号称为时间序列。x(t)n 时间离散、幅值连续的信号称为采样信号；时间离散而幅值量化时，称

9、为数字信号。数字信号是离散信号，而离散信号不一定是数字信号。周期序列：周期序列： x(n)=x(n+N) N是满足关系式的最小正整数。例：求 x(n)=cos(3pn/7-p/8)之周期。解：3147/3220pppN 无论正弦序列是否呈周期性，都称0 为正弦序列的频率。指数序列正弦序列2.1.5 物理可实现信号物理可实现信号 满足条件：t 0和a=128) ; /* 判断A/D转换是否结束 */ /* 第8位为1，表示正在转换中*/ /* 第8位为0，表示转换结束 */ h=inportb(BASE+1); /* 读A/D板的高4位 */ l=inportb(BASE+2); /* 读A/D

10、板的低8位 */ sample_value=(float)(h*256+l)*10/4096-5; /* 转换成电压值 */ return(sample_value); /* 返回采样数据 */ 数据采集：数据采集：#define BASE 0 x310 /* AD board address */ outportb(BASE,1); /* 选择通道号 016 */ for (j=0;j150;j+) wait=wait; /* 等待通道转换结束 */ outportb(BASE+1,0); /* 启动A/D转换 */ x1=sample(); /* 得到采集结果 */ delay(5); /

11、* 延迟一段时间 */ outportb(BASE+1,0); /* 再次启动A/D转换 */ x2=sample(); /* 得到采集结果 */ outportb(BASE,3); /* 选择另一个通道4 */ for (j=0;j150;j+) wait=wait; /* 等待通道转换结束 */ outportb(BASE+1,0); /* 启动A/D转换 */ x3=sample(); /* 得到采集结果 */6-3 快速傅里叶变换 DFT的运算工作量大，例如，采样点N=1000，DFT约需运算200万次。 1965年，美国的库利-图基首先提出了FFT算法，被认为是信号分析技术的划时代的