测试信号分析与处理

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1、第二章测试信号分析与处理1.了解工程信号的分类方法2.掌握信号时域波形分析方法3.掌握信号频域频谱分析方法4.了解典型激励信号的分析方法本章学习要求2.1信号的基本概念（1）信息的含义a)一般可理解为消息、情报或知识。例如：语言文字是社会信息；商品报道是经济信息；古代烽火是外敌入侵信息。b)信息不是物质，也不具备能量，但却是物质所固有的，可理解为事物运动的状态和方式。c)信息的传输依靠物质和能量。（2）信号的含义a)一般来说，传输信息的载体称为信号，信息蕴涵于信号之中。b)信号具有能量，是某种具体的物理量。c)信号的变化反映了所携带信息的变化。d)信号分析的目的

2、在于认识客观物理过程的内在规律，研究各个物理量之间的相互关系，预测测量对象未来的发展趋势。（3）信号与信息的关系a)对古代烽火，人们观察到的是光信号，而它所蕴涵的信息则是“外敌入侵”。b)对防空警笛，人们感受到的是声信号，其携带的信息则是“敌机空袭”或“敌机溃逃”。c)老师讲课时口里发出的是声音信号，是以声波的形式发出的；而声音信号中所包含的信息就是老师正讲授的内容。d)学生自学时，通过书上的文字或图像信号获取要学习的内容，这些内容就是这些文字或图像信号承载的信息。测试工作的目的是获取研究对象中有用的信息，而信息又蕴涵于信号之中。可见，测试工作始终都需要与信号打

3、交道，包括信号的获取、信号的调理和信号的分析等。因此，深入地了解信号及其描述是工程测试的基础。2.2信号的分类（1）按照信号随时间的变化规律分类，可分为确定性信号和非确定性信号。a)确定性信号:能明确地用数学关系式描述其随时间变化关系的信号。例如：单自由度无阻尼质量-弹簧振动系统的位移信号就为一确定性信号。结构示意图正弦信号的波形图根据信号波形是否有规律地重复再现，确定性信号又可分为周期信号、非周期信号和直流信号。1、周期信号按一定时间间隔周而复始出现的信号，可表示为：其中：称为信号的周期称为角频率称为频率下图所示：三角波和方波信号的周期都为简谐周期信号:频率单

4、一的正弦或余弦信号。周期信号包括简谐周期信号和一般周期信号。一般周期信号:由多个乃至无穷多个频率成分的简谐信号叠加而成，且存在公共周期的信号。T=1谐波频率比为有理数，周期大小可根据各频率值的最大公约数的倒数来确定。准周期信号:由多个乃至无穷多个频率成分的简谐信号叠加而成，但不存在公共周期的信号。如：2、非周期信号：指没有重复周期的信号，包括准周期信号和瞬态信号。两信号频率比为无理数，即两频率没有公约数，叠加后信号无公共周期瞬态信号: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，又称为瞬变非周期信号或瞬变信号或者时限信号或者一般非周期信号。如：指数衰

5、减振动信号汽车加速过程信号半个正弦信号矩形窗信号3、直流信号：指幅值不随时间变化的信号，实质上是一种频率为0的周期信号。b)非确定性信号无法用明确的数学关系式来表达、或者无法确切地预测未来任何瞬间精确值的信号称为非确定性信号，又称为随机信号。随机信号只能用概率统计方法由过去估计未来或找出某些统计特征量。根据某统计特性参数的特点，随机信号又可分为平稳随机信号和非平稳随机信号两类。其中，平稳随机信号是指信号概率性质不随时间发生变化，可进一步分为各态历经随机信号和非各态历经随机信号两种。若任一单个样本函数的时间平均统计特征等于该随机过程的集合平均统计特征，则这样的平稳

6、随机信号称为各态历经随机信号。（2）按信号幅值随时间变化的连续性分类，可分为连续信号和离散信号独立变量取值连续，则是连续信号；独立变量取值离散，则是离散信号。汽车速度（连续信号）锅炉水温度的变化（连续信号）每日股市指数变化（离散信号）某地每日平均气温（离散信号）每隔5min测定锅炉水的温度变化（离散信号）每隔2微秒对正弦信号的采样信号（离散信号）独立变量：时间、位移、速度、温度、压力等；一般连续信号：仅仅独立变量连续的信号；一般离散信号：仅仅独立变量离散的信号；信号幅值也可分为连续和离散两种，若信号的幅值和独立变量均连续，则称为模拟信号；若信号幅值和独立变量均离

7、散，则称为数字信号；数字计算机使用的信号都是数字信号。（3）按信号的能量特征分类a)能量信号在所分析的区间（-∞，∞）内，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都是能量信号。b)功率信号在所分析的区间（-∞，∞）内，能量不是有限值，此时研究信号的平均功率更为合适。而在有限区间(t1，t2)内的平均功率是有限的，即：一般持续时间无限的信号都属于功率信号。2.3信号的描述(1)时域描述：以时间为独立变量，用信号的幅值随时间变化的函数或图形来描述信号的方法。时域描述简单直观，只能反映信号的幅值随时间变化的特性，而不能明确揭示信号的频率成分

8、。正弦信号：时域波形：(