第一章：信號處理

測試技術與信號處理主要參考教材:盧文祥、杜潤生編機械工程測試·信息·信號分析（第二版）華中科技大學出版社主講：劉正平碩士研究生學位課程第一章緒論測試、信息、信號測試、信息處理的基本內容測試、信息處理的發(fā)展概況測試技術的工程應用主要傳感器和測試儀器生產(chǎn)廠商思考題§1-1測試、信息、信號概述測試技術屬于信息科學范疇，又被稱之為信息探測工程學。測試是信息技術三大支柱之一。測試控制技術計算機技術通信技術測試是量測和試驗的總稱，是具有試驗性質的測量量測：確定被測量的數(shù)量值所進行的一系列操作，也就是把被測量（或系統(tǒng)）的某種信息檢測出來，加以量度的過程。試驗：是將被測物處于人為的預想狀態(tài)所進行的一系列操作，也就是通過人為的方法把被測系統(tǒng)所存在的某些信息人為地激發(fā)出來以便加以測量的過程。§1-1測試、信息、信號信息是指對消息的接收者來說預先不知道的情況，它是一個不知道的事實，一般可理解為消息、情報或知識。機械振動是機械設備狀態(tài)信息語言文字是社會信息商品報導是經(jīng)濟信息遺傳密碼是生物信息……從物理學觀點出發(fā)來考察，信息是物質所固有的，是其客觀存在或運動狀態(tài)的特征。它通過物理量的形式表現(xiàn)出來。這些物理量就是信號。§1-1測試、信息、信號信號：一般指電信號和非電信號。就具體物理性質而言，信號有電信號、光信號、力信號等等。信號是傳輸信息的載體，信息總是蘊涵在某些物理量（信號）之中。信號與信息信息本身不是物質，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質能量。信號是物理性的，是物質，具有能量。人類獲取信息，需要借助信號的傳播?！?-2測試、信息處理的基本內容概述人類認識世界，是以感官感知自然信息開始的，物質的顏色、形狀、聲響、溫度變化，可以由人的視覺、聽覺、觸覺等器官感知，但人的感官感知事物的變化有局限性，人類感官的延伸—傳感器，是近代信息探測工程學中的重要內容，傳感技術的發(fā)展，擴展了人類感知信息的智能。信息探測涉及到任何一項工程領域，無論是生物、海洋、氣象、地質、雷達、通信以及機械、電子等工程，都離不開測試與信息處理。測試的基本任務

——獲取有用的信息。（如溫度、零件尺寸、振動等）§1-2測試、信息處理的基本內容信息處理是指從傳感器等一次敏感元件獲得初始信息，再用一定設備手段進行分析處理的過程。它包括了信息的獲取、傳輸、轉換、分析、變換、處理、檢測、顯示及應用等過程。信息是以信號形式傳輸?shù)模识畔⑻幚碛挚煞Q之為信號處理。通常又把研究信號的構成和特征值的過程稱為信號分析；把信號再經(jīng)過必要的加工變換，以期獲得有用信息的過程稱為信號處理。信號分析對信號本身的信息結構沒有影響，而信號處理過程中，往往有可能對信號本身的信息結構有所改變。§1-2測試、信息處理的基本內容信息·信號的轉換、傳輸與處理過程§1-2測試、信息處理的基本內容測試工作的全過程包含著許多環(huán)節(jié)§1-2測試、信息處理的基本內容信號分析的經(jīng)典方法概述測試信號=有用信號+干擾噪聲獲取有用信號的常用方法時域分析頻域分析時域分析（又稱波形分析）特征值分析：用信號的幅值隨時間變化之圖形或表達式來分析，可以得到信號任一時刻的瞬時值或最大值、最小值、均值、均方根值等。時域分解：研究其穩(wěn)定分量與波動分量。相關分析：可以研究信號本身或相互間的相似程度；幅值域分析：研究信號的幅值取值的分布狀態(tài)，可以了解信號幅值取值的概率及概率分布情況?！?-2測試、信息處理的基本內容頻域分析把信號的幅值、相位或能量變換為以頻率表示的函數(shù)，進而分析其頻率特性的一種方法，又稱為頻譜分析。對信號進行頻譜分析，可以獲得更多的有用信息，是近代信息技術發(fā)展中的一個重要手段。幅值譜相位譜能量譜密度功率譜密度等§1-3測試、信息處理的發(fā)展概況傳感器利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學效應開發(fā)出的新型傳感器。光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量§1-3測試、信息處理的發(fā)展概況傳感器傳感器+嵌入式計算機智能傳感器振動網(wǎng)絡傳感器嵌入式計算機智能壓力網(wǎng)絡傳感器智能傾角RS232傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器§1-3測試、信息處理的發(fā)展概況信息處理技術50年代以前：模擬分析方法。進入50年代：數(shù)字計算機在信號分析中有了應用。60年代：提出了快速傅里葉變換算法，這一方法促進了數(shù)字信號處理的發(fā)展，使其獲得更廣泛應用。70年代以后：大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及微型機的應用，使信號分析技術具備了廣闊的發(fā)展前景，許多新的算法不斷出現(xiàn)。最近：出現(xiàn)了用于快速處理信號的信號處理芯片，它對簡化信號處理系統(tǒng)的結構，提高運算速度，加快信號處理的實時能力等，產(chǎn)生了很大影響?！?-3測試、信息處理的發(fā)展概況信息處理技術目前信號分析技術的發(fā)展目標在線實時能力的進一步提高；分辨力和運算精度的提高；擴大和發(fā)展新的專用功能；專用機結構小型化，性能標準化，價格低廉化現(xiàn)代信號處理的一些主要領域和研究熱點自適應信號處理高分辨率、多分辨率分析多維和多通道信號處理非平穩(wěn)（時變）信號的分析，時頻分析，小波分析……§1屆-3測試消、信銅息處薄理的綁發(fā)展停概況虛擬急儀器檔技術用PC機＋皺儀器雨板卡沒代替葵傳統(tǒng)敞儀器用計死算機腐軟件耗扯代扎替硬塑件分號析電辟路我們的工作§1遙-4測試暮技術章的工秀程應繁用在工底程領季域，籮科學億實驗歇、產(chǎn)燈品開還發(fā)、布生產(chǎn)摧監(jiān)督副、質存量控限制等鏡，都渠離不蘭開測關試技得術。冶測試巨技術境應用回涉及患到航蜻天、魔機械瞎、電奇力、縮慧石化敵和海厭洋運暑輸?shù)惹∶恳谎競€工畜程領桐域?！?環(huán)-4測試宴技術裙的工前程應獵用工業(yè)滋自動年化中動的應協(xié)用在各柄種自表動控怖制系鳳統(tǒng)中閉，測煎試環(huán)蟻節(jié)起莫著系軋統(tǒng)感貓官的自作用很，是伯其重竄要組楚成部比分。密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機器狗機械晝手、忙機器銜人中廳的傳蝕感器轉動/移動艱位置建傳感候器、注力傳祥感器慎、視址覺傳祥感器紋、聽奸覺傳那感器霞、接湯近距立離傳銹感器聰、觸壓覺傳尾感器銀、熱榆覺傳壇感器首、嗅找覺傳誘感器用§1橋-4測試償技術姓的工敬程應卡用工業(yè)忍自動益化中扎的應帝用AG勞V自動劃送貨列車超聲乒波測憤距傳磨感器礙、判漠斷建梅筑物稼內人這和物壘所在鼻位置陷；紅流外線烈色彩陡傳感釘器運壓動軌嗚跡和AG疫V小車劇位置屯識別倉；條允形碼檢傳感怒器，給貨品云識別伙。香港理工AGV模型密歇根大學數(shù)字化工廠§1捎-4測試殲技術河的工嶄程應居用工業(yè)忘自動秩化中放的應滋用生產(chǎn)慘加工肆過程牲監(jiān)測切削諸力傳接感器親，加蠅工噪富聲傳奸感器夏，超束聲波前測距運傳感臭器、政紅外謊接近齡開關衫傳感趟器等斷?！?合-4測試番技術震的工躲程應愚用流程業(yè)工業(yè)風設備臺運行順狀態(tài)民監(jiān)控在電左力、訴冶金聯(lián)、石惱化、欲化工趴等流盆程工番業(yè)中撫，生眠產(chǎn)線積上設尺備運座行狀荒態(tài)關匯系到悲整個警生產(chǎn)叨線流保程。圈通常皂建立24小時竟在線叼監(jiān)測咸系統(tǒng)惠。石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。揚子臣石化50MW熱電切機組廳監(jiān)測轟系統(tǒng)陽邏胃電廠30贈0MW汽輪稍機組需監(jiān)測炭系統(tǒng)荊門緞電廠20勻0MW機組閥監(jiān)測秒系統(tǒng)青山在熱電北廠生模產(chǎn)信辣息實禿時查守詢系農統(tǒng)沙角攤電廠征生產(chǎn)梅信息諸實時賢查詢尾系統(tǒng)寶鋼30KW以上結風機養(yǎng)監(jiān)測惰系統(tǒng)寶鋼腐精軋F2軋機匠網(wǎng)絡惜化監(jiān)污測系符統(tǒng)寶鋼鄭冷軋疤帶鋼宏振動搖紋監(jiān)卡測系腦統(tǒng)武鋼身風機常狀態(tài)排監(jiān)測附系統(tǒng)§1隊-4測試愧技術址的工避程應早用產(chǎn)品麥質量家測量在汽技車、競機床劣等設院備，耍電機必、發(fā)聾動機蟻等零賣部件竿出廠痕時，泳必須夸對其丘性能止質量湯進行鋒測量迎和出附廠檢肌驗。圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動機轉速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質量。汽車扭距測量機床加工精度測量§1摧-4測試堆技術俊的工母程應端用樓宇燙控制裳與安評全防忙護為使稍建筑危物成漆為安肉全、擇健康貫、舒剝適、該溫馨仇的生守活、腰工作另環(huán)境軍，并首能保閘證系茫統(tǒng)運狡行的疲經(jīng)濟照性和美管理薯的智像能化丹。在艘樓宇橋中應碌用了警許多際測試密技術帶，如驕闖入爭監(jiān)測感、空販氣監(jiān)彩測、雨溫度筒監(jiān)測內、電若梯運卸行狀息況。圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器§1竄-4測試席技術冠的工倉程應春用家庭蓋與辦景公自帆動化在家主電產(chǎn)贈品和歲辦公價自動肚化產(chǎn)各品設進計中意，人摘們大眠量的狂應用跟了傳釣感器騾和測習試技矮術來捐提高均產(chǎn)品馬性能驅和質柄量。全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質傳感器，水溫傳感器，水質傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器§1確-4測試泉技術系的工及程應患用PC機中努的測溫試技瘡術應錯用鼠標:光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風:電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅:速度,位置伺服§1朽-4測試私技術敢的工眉程應且用其他掉應用航天農業(yè)交通醫(yī)學§1制-4測試裝技術事的工娃程應勢用l-斷路刃繼電爐器2-主繼見電器3-起動臣裝置4-電動較汽油伯泵5-油箱6-燃油奮濾清音器7-蓄電耳池8-曲軸味位置棉傳感疾器(分電碧器)9-點火縣開關10骨-點火患線圈11濁-大氣庸壓力溫傳感課器12結-空氣囑濾清戴器13弱-進氣脹溫度絨傳感刻器14堆-空氣旅流傳銷感器15閘-冷起狗動噴禿油器16款-輔助胖空氣喘閥17耳-節(jié)氣廈門位暮置傳央感器18逗-燃油鑼壓力隆調節(jié)騙器19織-氧傳波感器20點-冷起巨動噴蹤蝶油器服溫度紀時間俊開關21通-水溫兩傳感駐器22狡-控制菠系統(tǒng)捉部件§1塌-5主要乖傳感澇器和肌測試識儀器勸生產(chǎn)光廠商工業(yè)坊自動狠化類橡傳感六器丹麥B&K(振動測量、聲學測量領域最富盛名):8080/gccs/lesson/corp/bk/main.htm美國霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術研究中心）/china振動/噪聲漠傳感蕩器§1房誠-5主要衣傳感摧器和低測試巷儀器讓生產(chǎn)格廠商測量深分析溜儀器美國國家儀器公司(全球最大的計算機虛擬儀器生產(chǎn)商):8080/gccs/lesson/c