《机械工程测试技术基础》课件第1章

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1、第一章信号及描述第一节信号的分类与描述第三节瞬变非周期信号与连续频谱第二节周期信号与离散频谱1第一节信号的分类与描述概述信号的分类信号的时域和频域描述2交通信号灯信息信号信息的载体是光信号红灯亮黄灯亮绿灯亮停止通行注意一、概述3信号的定义：物理角度，数学角度，工程角度。信号就是承载某种或某些信息的物理量的变化历程。信号就是函数，就是某一变量随时间或频率或其他变量而变化的函数。信号表现为一组数据或波形，这组数据通常是由某一检测仪器，如传感器，从某一物理系统上检测得到的，以数据的形式记录在纸上，或存储在某种磁性介

2、质上，或以波形形式显示在仪器的显示屏上。4简谐振动信号测试系统结构框图5如心电图，就是利用仪器从人体上获得的心脏跳动的数据，通常显示在仪器上供医生诊断之用，或记录在纸上作为病人病例记录。6信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的，在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念。信号波形：被测信号的幅度随时间的变化的历程称为信号波形。信号波形电容传声器齿轮啮合振动二、信号的分类9常见标准信号波形10信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。11为深入了解信号的物理实质，将

3、其进行分类研究是非常必要的，从不同角度观察信号，可分为：从信号描述上：确定性信号与非确定性信号；从信号幅值和能量：能量信号与功率信号；从分析域：时域与频域；从连续性：连续时间信号与离散时间信号；从可实现性：物理可实现信号与物理不可实现信号。121、确定性信号与非确定性信号可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。信号非确定性信号确定性信号非平稳随机信号平稳随机信号非周期信号周期信号简单周期信号一般周期信号准周期信号瞬态信号13周期信号：按一定时间间隔周而复始出现

4、的信号x(t)=x(t+nT)简单周期信号一般周期信号14谐波信号频率单一的正弦或余弦信号。简单周期信号：信号的“波形”15+=x1(t)=A1Sin(ω1t+θ1)=A1Sin(2πƒ1t+θ1)=10Sin(2π·3·t+π/6)x2(t)=A2Sin(ω2t+θ2)=A2Sin(2πƒ2t+θ2)=5Sin(2π·2·t+π/3)x3(t)=10Sin(2π·3·t+π/6)+5Sin(2π·2·t+π/3)+=由多个乃至无穷多个频率成分叠加而成，叠加后存在公共周期的信号一般周期信号:16周期性三角波周

5、期性方波17b)非周期信号：再不会重复出现的信号。准周期信号:由多个周期信号合成，其中至少有一对频率比不是有理数。18瞬态信号:在有限时间段内存在，或随着时间的增加而幅值衰减至零的信号。019(a)锤击物体的力信号(b)T’段为汽车加速过程信号(c)半个正弦信号(d)矩形窗信号20c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。平稳与非平稳噪声信号(平稳)噪声信号(非平稳)统计特性变异212.连续信号与离散信号时间幅值连续离散被采样信号模拟信号连续离散量化信号数字信

6、号22(a)汽车速度连续信号(b)开水房锅炉水温度的变化连续信号23(c)每日股市的指数变化（离散信号）(d)某地每日的平均气温变化（离散信号）(e)每隔5分钟测定开水房锅炉水的温度变化（离散信号）(f)每隔2微妙对正弦信号采样获得的离散信号243.能量信号与功率信号a)能量信号当信号x(t)在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号，满足条件：一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。25b)功率信号当信号x(t)在所分析的区间（-∞，∞），能量。此时，在有限区间(t1,t2)内的平均功率是有限

7、的。一般持续时间无限的信号都属于功率信号。噪声信号一般周期信号26信号的时域描述：以时间为独立变量，其强调信号的幅值随时间变化的特征。信号的频域描述：以角频率或频率为独立变量，其强调信号的幅值和相位随频率变化的特征。三、信号的时域和频域描述信号的“域”时域频域27时域描述：直接观测或记录到的信号，以时间为独立变量的，称其为信号的时域描述。28频域描述：以频率作为变量的，称其为信号的频域描述。周期信号的频域描述29第二节周期信号与离散频谱傅立叶级数三角展开傅立叶级数复指数展开30时域分析反映信号的幅值随时间的变

8、化情况，频域分析反映信号的频率组成和各频率分量大小。图例：受噪声干扰的多频率成分信号31信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从另一个角度来了解信号的特征。8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz傅里叶变换一.周期信号的频谱分析——傅立叶级数三角展开32时间幅值频率时域分析频域分析信号的频谱X(f)代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，它