第五部分：計算機(jī)測試系統(tǒng)數(shù)字信號處理326頁

1、華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 第六章、數(shù)字信號處理技術(shù)第六章、數(shù)字信號處理技術(shù) 數(shù)字信號處理是測試技數(shù)字信號處理是測試技術(shù)中最常用和最需要掌握的術(shù)中最常用和最需要掌握的部分，無論開發(fā)簡單或復(fù)雜部分，無論開發(fā)簡單或復(fù)雜的測控系統(tǒng)或儀器，都會用的測控系統(tǒng)或儀器，都會用到數(shù)字信號處理知識。到數(shù)字信號處理知識。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院時域波形分析是最常用的信時域波形分析是最常用的信號分析手段，用示波器、萬號分析手段，用示波器、萬用表等普通儀器顯示信號波用表等普通儀器顯示信號波形就可以特征參數(shù)。形就可以特征參數(shù)。 6

2、.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 1 1、時域波形參數(shù)計算、時域波形參數(shù)計算 0At峰值峰值/ /雙峰值雙峰值均值均值有效值有效值方差方差周期周期華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院波形分析的應(yīng)用波形分析的應(yīng)用超門限報警超門限報警 信號類型識別信號類型識別 信號基本參數(shù)識別信號基本參數(shù)識別 Pp-p6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院1)1)峰值峰值P P，雙峰值，雙峰值P Pp-pp-pP1=data(0)P2=data(0)For K = 0 To NIf P1data(k) Then P2=data(k)En

3、d IfNextP=P1P2P=P1-P26.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 PPp-p華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院2)2)均值均值NnnxNtxE0)(1)(U=0For K = 0 To N U=U+data(k)NextU=U/N6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 x華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院3)3)均方值均方值NnnxNtxE022)(1)(E2=0For K = 0 To NE2=E2+data(k)*data(k)NextRMS=sqr(E2/N)6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院

4、華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院4)4)方差方差V2=0For K = 0 To NV2=V2+(data(k)-U)*(data(k)-U)NextV=V2/NNntxNtxEtxE022)(1)()(6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 大方差大方差 小方差小方差 U=0For K = 0 To N U=U+data(k)NextU=U/N華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 案例：管道壓力監(jiān)測與超門限報警案例：管道壓力監(jiān)測與超門限報警華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院信號幅值報警系統(tǒng)設(shè)計實驗：信號幅值報警系統(tǒng)設(shè)計實驗： 6

5、.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5)5)周期周期T Tn=0AT=0.8*PFor K = 2 To N If data(k-1)AT And data(k-2)AT And data(k+2)AT Then ti(n)=K n=n+1 End IfNextT=(ti(2)-ti(1)*dt6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 AtT 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 案例：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速測量案例：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速測量 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院數(shù)字轉(zhuǎn)速表

6、設(shè)計實驗：數(shù)字轉(zhuǎn)速表設(shè)計實驗： 6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 2 2、數(shù)字相關(guān)函數(shù)、數(shù)字相關(guān)函數(shù)計算計算 變量之間的相依關(guān)系稱為相關(guān)。信號之間的相變量之間的相依關(guān)系稱為相關(guān)。信號之間的相似關(guān)系稱為相關(guān)函數(shù)。似關(guān)系稱為相關(guān)函數(shù)。0At華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 x(t)y(t)時時延延器器 乘乘法法器器 y(t - )X(t)y(t - )積積分分 器器 Rxy()For i = 0 To Nr(i)=0For j

7、 = 0 To N r(i)=r(i)+x(j)*y(j+i)NextNextFor i = 0 To Nr(i)=r(i)/NNext計算公式：計算公式：華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院2.4 信號的時差域相關(guān)分析信號的時差域相關(guān)分析 相關(guān)分析的工程應(yīng)用相關(guān)分析的工程應(yīng)用 案例：機(jī)械加工表面粗糙度自相關(guān)分析案例：機(jī)械加工表面粗糙度自相關(guān)分析 被測工件被測工件相關(guān)分析相關(guān)分析提取出回轉(zhuǎn)誤差等周期性的故障源。提取出回轉(zhuǎn)誤差等周期性的故障源。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院2.4 信號的時差域相關(guān)分析信號的時差域相關(guān)分析 案例：地下輸油管道漏損位置的探測案例：地下輸油管道漏損位置的

8、探測 案例：案例： AGVAGV小車定位，聲位筆定位小車定位，聲位筆定位華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院實驗：自相關(guān)分析實驗：自相關(guān)分析6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 3.信號頻率成分直接估計算法信號頻率成分直接估計算法 f=？Fs=?N=1024dt=1.0/Fspi=3.1415926 XR=0XI=0 For n=0 To N-1 XR=XR+x(n)*cos(2*pi*f*n*dt)*dt XI=XI+x(n)*sin(2*pi*f*n*dt)*dtNextA=s

9、qr(XR*XR+XI*XI) Q=atn(XI/XR)離散傅里葉變換的計算公式為：離散傅里葉變換的計算公式為： 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 3 3、數(shù)字濾波、數(shù)字濾波 利用離散時間系統(tǒng)特性對輸入信號進(jìn)行加工利用離散時間系統(tǒng)特性對輸入信號進(jìn)行加工處理，把輸入序列處理，把輸入序列 x(n) x(n) 變換成一定的輸出序列變換成一定的輸出序列 y(n)y(n)， 從而達(dá)到改變信號頻率構(gòu)成的目的。從而達(dá)到改變信號頻率構(gòu)成的目的。 x(n)h(

10、n)y(n)y(n)=x(n)*h(n) 設(shè)數(shù)字濾波器的脈沖響應(yīng)序列為設(shè)數(shù)字濾波器的脈沖響應(yīng)序列為 h h0 0, h, h1 1, , h h2 2, ,h,hm m, , 則則, ,展開：展開：y(k)=h0 x(k)+h1x(k+1)+h2x(k+2)+ hmx(k+m) k=0,1,.華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 將數(shù)字濾波器系數(shù)帶入公式中就可以對信號將數(shù)字濾波器系數(shù)帶入公式中就可以對信號進(jìn)行數(shù)字濾波。進(jìn)行數(shù)字濾波。For i=0 To N7 Y(i)=-0.064X(i-0)+0.041X(i-1)+0.301X(i-2

11、) +0.454X(i-3) +0.301X(i-4)+0.041X(i-5) -0.064X(i-6)Next華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 樣例信號：樣例信號：華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 數(shù)字濾波器系數(shù)有專用軟件計算，這里我們提數(shù)字濾波器系數(shù)有專用軟件計算，這里我們提供一個網(wǎng)絡(luò)計算工具：供一個網(wǎng)絡(luò)計算工具：華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院數(shù)字濾波應(yīng)用實例數(shù)字濾波應(yīng)用實例: :6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 濾除信號中的零漂和低頻晃動，

12、便于門限報警濾除信號中的零漂和低頻晃動，便于門限報警濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運動規(guī)律濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運動規(guī)律華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 動手做：動手做：用所學(xué)的數(shù)字信號分析算用所學(xué)的數(shù)字信號分析算法設(shè)計一個簡單的聲音信法設(shè)計一個簡單的聲音信號分析程序。號分析程序。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院思考題：思考題：1.1.目前數(shù)字信號處理正在逐步取代用模擬電路實目前數(shù)字信號處理正在逐步取代用模擬電路實 現(xiàn)的模擬信號處理，為什麼現(xiàn)的模擬信號處理，為什麼 ？6.6 常用的數(shù)字信號處理算法常用的數(shù)字信號處理算法 2.2.按數(shù)字信號處理公式，用你熟悉的計算機(jī)語言，按數(shù)字信號處理公式，用你熟悉的計算