机电测试技术 教学课件 作者 赵树忠多媒体课件第2章_测试基础知识.ppt

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1、第2章测试基础知识第2章测试基础知识信号的分类及其频域描述。线性系统的基本特性。学习目标学习有关测试的两个基本要素——测试信号和测试装置的基本知识。对于测试信号，应了解它们的分类以及各类信号的性质，掌握动态信号在不同域中的描述方法及其所反映出来的不同信息。此外，应掌握测试装置静态特性参数的含义及动态特性的三种描述方法——脉冲响应函数、传递函数和频率响应函数。在此基础上，深入理解测试装置对特定信号实现不失真测试的条件。学习重点3.测试装置的静、动态特性。4.实现不失真测试的条件。第2章测试基础知识2.1信号及其描述

2、2.1.1信息、信号、干扰信息——事物运动状态和运动方式的反映信号——信息的载体干扰——信号中除有用信息之外的部分■信息和干扰是相对的■同一信号可以反映不同的信息，同一信息可以通过不同的信号来承载测试工作的实质就是：获取关于被测对象的测试信号，最大限度地排除信号中的各种干扰，最终不失真地获得关于被测对象的有用信息。第2章测试基础知识2.1.2信号的分类第2章测试基础知识可以用确定的数学函数表示其随时间变化规律的信号，包括周期信号和非周期信号两类。■周期信号正弦信号（简谐信号）三要素：幅值：频率：初相位：（T——周

3、期）1.确定性信号第2章测试基础知识复杂周期信号——周期方波信号复杂周期信号——周期锯齿波信号第2章测试基础知识准周期信号■非周期信号第2章测试基础知识瞬变信号——单边指数衰减信号第2章测试基础知识不能用确定的数学函数表示其随时间变化规律的信号，也称为随机信号或随机过程。包括平稳随机过程和非平稳随机过程两类。随机信号2.非确定性信号第2章测试基础知识2.1.3信号的描述■时域描述■频域描述（主要讲授内容）■幅值域描述白光的光谱第2章测试基础知识信号的时域描述与频域描述之间的关系第2章测试基础知识1.周期信号与离散

4、频谱满足狄氏条件的周期信号，其中所包含的正弦分量可以由下面三角函数形式的傅里叶级数得到：其中（基频）第2章测试基础知识周期信号频谱（傅里叶级数）更为直观的形式其中——幅值谱——相位谱周期方波的频谱（例2-1）第2章测试基础知识●衰减性工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增加而减小的。为了简化设计、分析处理，通常可忽略较高次谐波的影响。■周期信号频谱的特点●离散性周期信号的频谱是离散的，由一系列离散的谱线组成，每条谱线对应于一个谐波分量。●谐波性每条谱线只出现在基频的整数倍上，不存在基频非整数倍的

5、频率分量。第2章测试基础知识2.非周期信号与连续频谱非周期信号的频谱可以通过对其进行傅里叶变换得到：记作称为的傅立叶变换，称为的傅立叶反变换或逆变换，两者组成傅立叶变换对。第2章测试基础知识非周期信号的频谱（傅里叶变换）一般为关于频率f的复数，可以表示成：其中——的实部——的虚部——的模，幅值谱——的幅角，相位谱第2章测试基础知识●傅里叶变换具有比例叠加、时移、频移、时间尺度改变、对称、微积分、卷积分等性质。■非周期信号频谱的特点●非周期信号的频谱是连续的，其频谱中包含所有频率的谐波成分。●具有“单位频率宽度上的

6、幅值”的含义，故非周期信号的频谱严格上应称为频谱密度函数（简称频谱）。●进行非周期信号频谱分析的数学工具是傅里叶变换，非周期信号的傅立叶变换就是其频谱。●非周期信号的谱密度为有限值，但各谐波分量的幅值为无穷小。第2章测试基础知识单边指数衰减信号及其频谱例2-2第2章测试基础知识矩形窗函数及其频谱——抽样函数例2-3第2章测试基础知识■关于单位脉冲函数（例2-4）●函数的定义第2章测试基础知识●函数的主要性质若脉冲是在时刻激发的，则称为延时的函数，记为；若所激发的脉冲面积为，则称为强度为的函数，记为。抽样性质第2章

7、测试基础知识卷积性质第2章测试基础知识●函数的频谱函数具有无限宽广的频带，且在任何频率上的谱密度都是相等的。这种信号称为理想的白噪声。第2章测试基础知识由函数的性质和傅立叶变换的性质得到的结论：时域频域第2章测试基础知识2.2测试装置的基本特性测试系统=测试装置=测试环节第2章测试基础知识2.2.1线性系统及线性时不变系统的主要性质1.线性系统的概念使输入信号与输出信号满足如下微分方程关系的系统称为线性系统：若线性系统微分方程中的各系数不随时间变化，则称之为时不变系统。既是线性系统又是时不变系统的系统称为线性时不

8、变系统。——系统的阶次，对于稳定系统来说，第2章测试基础知识2.线性时不变系统的主要性质■比例叠加性质若则为常数，，第2章测试基础知识第2章测试基础知识■时不变性质在同样的初始条件下，线性时不变系统输出与系统输入的作用时刻无关。这是因为系统结构参数（特性）不随时间变化的原因。第2章测试基础知识■频率保持性系统稳态输出信号的频谱中有且仅有与输入信号的频谱中频率相同的频率成分