测试技术第一章-信号及其描述.ppt

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1、第一章信号及其描述在生产实践和科学实验中，经常需要进行测试。而测试工作的第一项任务就是将所需要的信息转变为易于传输、记录和分析的信号。怎么准确地描述信号？§1.1信号的分类与描述一、信号的分类1、按信号的规律分类2、按函数性质分类3、按信号能量分类二、信号的时域描述和频域描述1信号的分类与描述确定性信号与非确定性信号a)确定性信号　　可以用明确的数学关系式描述的信号称为确定性信号。它可以进一步分为周期信号、非周期信号与准周期信号等。周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件：x(t)=x(t+nT)式中，

2、T——周期，T=2π/ω0；ω0——基频；n=0,±1,…。　　　例如，下面是一个50Hz正弦波信号10sin(2*3.14*50*t)的波形，信号周期为：1/50=0.02秒,(交流电)50Hz正弦波信号波形武汉理工大学机电工程学院WuhanUniversityofTechnology测试技术基础6周期信号：按一定时间间隔周而复始出现的信号x(t)=x(t+nT)简单周期信号一般周期信号武汉理工大学机电工程学院WuhanUniversityofTechnology测试技术基础7+=x1(t)=A1Sin(ω1

3、t+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:测试技术基础8信号波形：被测信号信号幅度随时间的变化历程称为信号的波形。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。振动弦(声源)声级

4、计记录仪0At机械系统中，回转体不平衡引起的振动，往往也是一种周期性运动。例如，下图是某钢厂减速机上测得的振动信号波形(测点3)，可以近似的看作为周期信号:测点３振动信号波形非周期信号非周期信号是不会重复出现的信号。例如，锤子的敲击力；承载缆绳断裂时应力变化；热电偶插入加热炉中温度的变化过程等，这些信号都属于瞬变非周期信号，并且可用数学关系式描述。例如，下图是单自由度振动模型在脉冲力作用下的响应。准周期信号是周期与非周期的边缘情况，是由有限个周期信号合成的，但各周期信号的频率相互间不是公倍关系，其合成信号不满足周期

5、条件，例如是两个正弦信号的合成，其频率比不是有理数，上面是其信号波形：这种信号往往出现于通信、振动系统，应用于机械转子振动分析，齿轮噪声分析，语音分析等场合。非确定性信号（随机信号）非确定性信号不能用数学关系式描述，其幅值、相位变化是不可预知的，所描述的物理现象是一种随机过程。例如，汽车奔驰时所产生的振动；飞机在大气流中的浮动；树叶随风飘荡；环境噪声等。加工过程中螺纹车床主轴受环境影响的振动信号波形然而，须要指出的是，实际物理过程往往是很复杂的，既无理想的确定性，也无理想的非确定性，而是相互参杂的．连续时间信号与离

6、散时间信号连续时间信号：在所讨论的时间间隔内，对于任意时间值(除若干个第一类间断点外)都可给出确定的函数值，此类信号称为连续时间信号或模拟信号。连续信号的幅值可以是连续的也可以是不连续的。离散时间信号：离散时间信号在时间上是离散的．只是在某些不连续的规定瞬时给出函数值，而在其他时间没有定义的信号。（三）按能量性质分为能量信号和功率信号1、能量信号在非电量测量中，把信号的平方对其时间的积分称为信号能量，当满足则认为信号的能量是有限的，称该信号为能量有限信号。简称能量信号。矩形脉冲、衰减指数信号等均属这类信号。例如：时

7、，，，2、功率信号若信号在区间的能量是无限值，但它在有限区间的平均功率是有限值这种信号称为功率有限信号，简称功率信号例如：简谐信号信号的时域描述定义：我们直接观测或记录的信号一般是随时间变化的物理量，也就是以时间t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。这种以时间t做为独立变量的信号的描述方法，称为时域法。描述方法：波形图：时间为横坐标的幅值变化图优点：形象、直观缺点：不能明显揭示信号的内在结构（频率组成及各种频率成分的幅值大小和相位大小）……0tx(t)由于在时域中对信号进行描述不能揭

8、示信号的内在结构（频率组成及各种频率成分的幅值大小和相位大小），因此有必要探求其它的对信号的描述方法。频域描述就能够揭示信号的频率结构。信号的频域描述定义：应用傅里叶级数或者傅里叶变换，对信号进行变换（分解），以频率为独立变量建立信号幅值、相位与频率之间的函数关系。描述方法：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，简称为幅频图；相位谱：