电气测试技术第二章信号分析基础.ppt

《电气测试技术第二章信号分析基础.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第一篇工程测试技术基础1.了解信号的分类及其定义2.掌握信号频域描述及其频谱分析3.了解傅里叶变换的概念和性质4.了解随机信号的分析方法第2章信号分析基础2.1信号的分类及描述信号:定义为一个或多个独立变量的函数,该函数含有物理系统的信息或表示物理系统状态或行为。独立变量:时间、位移、速度、温度和压力等信号表示：数学解析式、图形信息:表示对一个物理系统状态或特性的描述。（抽象性）例如：“飞机飞行是否正常”（信息）飞行状态参数、发动机工作状态参数（信号）信号是物理量或函数（信号＝函数）信号中包含着信息，是信息的载体和具体表现形式信号信息，信息需转化

2、为传输媒质能够接受的信号形式方能传输信号分析与处理提取有用信息信号与信息的关系1、信号的分类——深入了解信号的物理实质按信号的性质－确定性信号和随机信号按信号自变量的取值－连续时间信号和离散时间信号从信号的能量－能量信号和功率信号信号通常是时间的函数，按其时间特性分类如下：确定性信号与随机(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随机信号，所描述物理现象是一种随机过程。1）周期信号：按一定时间间隔重复出现的信号x(t)=x(t+nT)简单周期信号——正弦或余弦信号复杂周期信号2）非周期信号：不会重复

3、出现的信号准周期信号:由多个周期信号合成，但各信号周期没有最小公倍数。如：x(t)=sin(t)+sin(√2.t)瞬态信号:持续时间有限的信号，如x(t)=e-βt.Asin(2πft)3)随机信号：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。噪声信号(平稳)统计特性变异噪声信号(非平稳)连续时间信号与离散时间信号2）离散时间信号：在若干时间点上有定义,幅值可连续或离散（采样信号、数字信号）1)连续时间信号:在所有时间点上有定义,幅值可连续或离散（模拟信号、量化信号）采样信号能量信号与功率信号信号x(t)加在单位电阻

4、（R=1时）上的瞬时功率为P(t)=x2(t)/R=x2(t)。在区间（-∞，∞）内信号的能量为若x(t)在区间(-∞,+∞)的能量无限，可在有限区间(-T/2,T/2)定义信号的平均功率为1）能量信号：在区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号，即满足条件例如：瞬态信号此时P=02）功率信号：在区间（-∞，∞），功率为有限值的信号称为功率信号，即满足条件例如：持续时间无限信号此时E=2、信号的描述——了解信号的数据特征信号的时域描述以时间为独立变量，描述信号随时间的变化特征，反映信号幅值随时间变化的关系波形图：时间为横坐标的幅值变化图，

5、可计算信号的均值、均方值、方差等统计参数。AtTPPp-p优点：形象、直观缺点：不能明显揭示信号的内在结构（频率组成关系）信号的频域描述应用傅里叶变换，对信号进行变换（分解），以频率为独立变量，建立信号幅值、相位与频率的关系频谱图：以频率为横坐标的幅值、相位变化图幅值谱：幅值—频率图功率谱：功率—频率图相位谱：相位—频率图例如：振动信号波形和频谱频域描述抽取信号内在的频率组成，信息丰富，应用广泛。信号的幅值域描述以信号幅值为自变量，反映信号中不同强度幅值的分布情况，常用于随机信号的统计分析。概率密度函数反映了信号落在不同幅值强度区域内的概率。信号的

6、时延域描述描述信号在不同时间和频率的能量密度或强度，是非平稳随机信号分析的有效工具。可以同时反映其时间和频率信息，常用于图像处理、语音处理、医学、故障诊断等信号分析中。典型的时延分析方法有：小波变换、短时傅立叶变换等。信号的各种描述方法提供了从不同角度观察和分析信号的手段，可以通过一定的数学关系相互转换。本章重点介绍信号的频域描述和频谱分析。2.2周期信号与离散频谱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)。时域分析频域分析1、周期信号的频谱分析傅立叶级数——周期信号分析的理论基础——任何周期信号都可以利用傅里叶级数展开成多个

7、乃至无穷多个不同频率的谐波信号的线性叠加。Dirichlet条件（在一个周期内满足）——函数或者为连续的，或者具有有限个第一类间断点；——函数的极值点有限；——函数是绝对可积的；工程测试技术中的周期信号，大都满足该条件。傅里叶级数的三角函数表达形式：式中:T——周期ω0——基波角频率，ω0=2π/Ta0——常值（直流）分量an——余弦分量的幅值bn——正弦分量的幅值An——各频率分量的幅值φn——各频率分量的初相位——周期信号可以用一个常值分量a0和无限多个谐波分量之和表示；——A1cos(0t-1)为一次谐波分量（或称基波），基波的频率与信号

8、的频率相同，高次谐波的频率为基频的整倍数。傅立叶级数的三角函数表达式表明：傅里叶级数的复指数函数表达形式：欧拉公式傅里叶级