传感与测试技术 教学课件 作者 978-7-302-28748-3第2章 测试技术基础.ppt

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1、2021/9/181第2章测试技术基础BasicKnowledgeofTestingTechnology第2章测试技术基础2.1信号分析基础2.1.1信号分类2.1.2信号的频谱分析2.1.3信号的强度描述2.2测试系统性能分析2.2.1测试系统的一般数学模型2.2.2测试系统的特性与指标2.2.3不失真测量2.1信号的分析基础一个信号(signal)或，可以代表一个实际信号，也可以是一个数学上的函数（function）或序列（sequence）。比如，它既是正弦信号，也是正弦函数。而数字化了的语音信号序列则是蕴含了人类语音信息的语音信号，同时在数学上也可以看成是一个序列。现实世界中

2、的信号有两种：自然和物理信号；人工产生信号经自然作用和影响而形成的信号；2.1.1信号分类1.确定性信号和随机信号若信号可以由一确定的数学表达式所表示，或者信号的波形是唯一确定的，这种信号就是确定性信号。反之，如果信号具有不可预知的不确定性，则称之为随机信号或不确定信号。2.周期信号和非周期信号周期信号：2.1.1信号分类准周期信号3.时间连续信号和时间离散信号在自变量的整个连续区间内都有定义的信号是时间连续信号或连续时间信号(continuous-timesignal)，简称连续信号。仅在一些离散的点上才有定义的信号称为时间离散信号或离散时间信号(discrete-timesign

3、al)，简称离散信号。2.1.1信号分类4.模拟信号和数字信号模拟信号(analogsignal)是指定义域或值域均连续的信号，因此模拟信号肯定是时间连续的。数字信号(digitalsignal)是指定义域和值域均离散的信号，因此数字信号肯定是时间离散的。数字信号一般都是通过把模拟信号经过模数转换(analog-to-digitalconversion，ADC)后得到。2.1.1信号分类5.因果信号和非因果信号如果一个信号只在自变量的非负半轴左闭区间才取非零值，而在开区间内取值均为0，那么这样的信号就称为因果信号(causalsignal)，否则就称为非因果信号。6.能量信号和功率信

4、号如果一个信号其能量是有限的，即，则称之为能量有限信号(energy-limitedsignal)，简称能量信号。2.1.1信号分类对于能量无限的信号，如非零周期信号，我们往往研究它的功率。信号的功率分别定义为：如果信号是周期信号，且周期为，那么其功率为若信号的功率是有限的，即，则称之为功率有限信号(power-limitedsignal)，简称功率信号。2.1.1信号分类7.实信号和复信号信号取值为实数的信号称为实值信号(real-valuedsignal)，简称实信号；而取值为复数的信号称为复值信号(complex-valuedsignal)，简称复信号。为原函数的角频率，、、为

5、傅里叶系数。2.1.2信号的频谱分析周期信号的傅里叶级数(1)傅里叶级数的基本形式2.1.2信号的频谱分析周期信号的傅里叶级数(2)傅里叶级数的正弦形式2.1.2信号的频谱分析周期信号的傅里叶级数(3)傅里叶级数的指数形式欧拉公式：2.1.2信号的频谱分析周期信号的傅里叶级数(3)傅里叶级数的指数形式2.1.2信号的频谱分析周期信号的傅里叶级数(4)傅里叶级数的指数形式2.1.2信号的频谱分析周期信号的傅里叶级数(4)傅里叶级数的指数形式例2.1已知周期信号绘出该信号的频谱图。解1只要将直接展开成傅里叶级数，即得到正弦和余弦的线性组合，就可以直接得到傅里叶级数的系数。为了表示各频率点

6、的幅度，需要计算对应点的幅度信息，即解2只要将按照复指数信号的线性组合方式直接展开，就可以直接得到傅里叶级数的系数。根据欧拉公式，有2.1.2信号的频谱分析非周期信号的傅里叶变换(1)非周期信号的频谱频谱密度函数式中，其中为的偶部，为的奇部。若对信号作奇偶分解，即(2)几种非周期信号的傅里叶变换2.1.2信号的频谱分析非周期信号的傅里叶变换单位脉冲信号单位直流信号单位直流信号可以看成是双边指数信号时的极限，即单位阶跃信号符号函数矩形脉冲信号高斯信号指数函数单边指数衰减函数指数函数偶双边指数衰减函数指数函数虚指数信号虚指数信号的傅里叶变换为指数函数复指数信号对复指数信号峰-峰值是信号在

7、一个周期内的最大幅值与最小幅值之差。峰值用于描述信号在时域中出现的最大瞬时幅值。2.1.2信号的频谱分析(1)峰值与峰-峰值(2)均值与绝对均值2.1.2信号的频谱分析(3)有效值(4)平均功率测量系统的输入量和输出量之间的关系可以用下述的微分方程描述：2.2测试系统性能分析2.2.1测试系统的一般数学模型1.微分方程均为与传感器结构有关的常数2.2.1测试系统的一般数学模型2.传递函数传递函数表达了线性测量系统的输入量与输出量之间的关系。只要知道三者中任