聊城大学机械与汽车工程学院测试技术第2章课件.ppt

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1、第2章信号及其描述信息：事物运动的状态和方式。不是物质，不具有能量，却是物质所固有的，是其客观存在或运动状态的特征。信息的传输却依靠物质和能量。信号：具有能量，是某种具体的物理量。信号的变化则反映了所携带的信息的变化。单自由度振动系统信号信息Xo－幅值，ω－频率，φ0－初相位。为深入了解信号的物理实质，研究信号的分类是非常必要的，从不同角度观察信号：1按信号随时间的变化特征分类——确定性信号与非确定性信号；3按信号的能量特征分类——能量信号与功率信号；2按信号幅值随时间变化的连续性分类——连续

2、信号与离散信号；▼▼▼4从分析域上分类——时域信号与频域信号；▼1.确定性信号与非确定性信号确定性信号：可用明确数学关系式描述的信号。非确定性信号：不能用明确数学关系式描述的信号。信号确定性信号非确定性信号周期信号非周期信号简单周期信号一般周期信号准周期信号瞬态信号平稳随机信号非平稳随机信号▼▼▼▼▼▲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谐波信号频率单一的正弦或余弦信号。简单周期信号：信号的“波形”信号波形：被测信号幅度随时间的变化历程称为信

3、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)声级计记录仪0At+=x1(t)=A1Sin(ω1t+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

4、信号:▲周期性三角波周期性方波b)非周期信号：再不会重复出现的信号。准周期信号:由多个周期信号合成，其中至少有一对频率比不是有理数。▲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。0(a)锤击物体的力信号(b)T’段为汽车加速过程信号(c)半个正弦信号(d)矩形窗信号▲c)非确定性信号：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。平稳与非平稳▲噪声信号(平稳)噪声信号(非平稳)统计特性变异(a)汽车速度连续信号(b)开水房锅炉水温度的变化连续信

5、号2.连续信号与离散信号b)离散时间信号:在若干时间点上有定义幅值连续幅值不连续采样信号a)连续时间信号:在所有时间点上有定义模拟信号—时间上和幅值上都连续的信号。离散模拟信号—时间上离散，幅值上连续的信号。数字信号—时间上离散，幅值也离散的信号。采样—将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程。量化—将离散模拟信号转化成数字信号的过程。▲3.能量信号与功率信号a)能量信号当信号x(t)在所分析的区间（-∞，∞），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是能量信号。b)功率信

6、号当信号x(t)在所分析的区间（-∞，∞），能量。此时，在有限区间(t1,t2)内的平均功率是有限的。一般持续时间无限的信号都属于功率信号。噪声信号一般周期信号▲信号“域”的不同，是指信号的独立变量不同，或描述信号的横坐标物理量不同。信号的时域描述：以时间为独立变量，其强调信号的幅值随时间变化的特征。信号的频域描述：以角频率或频率为独立变量，其强调信号的幅值和相位随频率变化的特征。4.时域和频域信号时域频域时域描述：反映信号随时间变化频域描述：反映信号的组成成分时延域描述：反映信号间的相互关系同

7、一信号无论选用哪种描述方法都含有同样的信息量▲以时间为独立变量，描述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，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）时域描述时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。为了解决不同问题，往往需要掌握信号不同方面的特征，因而需要采用不同的描述方式。评定机器振动强度，需用振动速度的均方根值来作为判据。在寻找振源时，需要掌握振

8、动信号的频率分量，这就需采用频域描述。信号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)，从另一个角度来了解信号的特征。8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz傅里叶变换8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz时间幅值频率时域分析频域分析信号的频谱X(f)代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，它能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。1.时域分析与频域分析的关系谱线2.周期信号的频谱分析——傅立叶级数三角展开推导x(t)