(34)-第1章 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)緒論

《測(cè)試信號(hào)分析與處理》課程

第一章緒論第一節(jié)測(cè)試信號(hào)分析與處理技術(shù)第二節(jié)信號(hào)及其分類第三節(jié)信號(hào)分析與信號(hào)處理第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述第五節(jié)信號(hào)與系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)分析與處理技術(shù)

信號(hào)的分析與處理是測(cè)試技術(shù)的重要研究內(nèi)容

1、模擬信號(hào)分析與處理技術(shù)

特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性強(qiáng)

2、數(shù)字信號(hào)分析與處理技術(shù)

特點(diǎn)：精度高，性能穩(wěn)定，可靠性好，易于編程實(shí)現(xiàn)、處理手段靈活隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理的硬件和軟件在計(jì)算速度上也可以滿足實(shí)時(shí)性的要求。數(shù)字信號(hào)的分析與處理是本課程的主要介紹內(nèi)容測(cè)試信號(hào)分析與處理技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)械振動(dòng)信號(hào)處理與故障分析醫(yī)學(xué)中的診斷成像語音信號(hào)的檢測(cè)、分析與語音識(shí)別軍事領(lǐng)域測(cè)試信號(hào)的處理和分析地震信號(hào)的獲取與分析數(shù)據(jù)壓縮以及實(shí)時(shí)處理，信號(hào)多路傳輸?shù)裙I(yè)過程控制中各種傳感信號(hào)的分析與處理圖像處理測(cè)試信號(hào)分析與處理技術(shù)測(cè)試信號(hào)分析與處理技術(shù)在測(cè)試領(lǐng)域的主要功能主要有：

●信號(hào)的譜分析●信號(hào)的濾波●信號(hào)的特征抽取back第二節(jié)信號(hào)及其分類信號(hào)的概念信號(hào)與信息

信號(hào)是信息的載體第二節(jié)信號(hào)及其分類能量有限信號(hào)功率有限信號(hào)

<∞按信號(hào)的能量狀況1、確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)2、周期信號(hào)非周期信號(hào)

第二節(jié)信號(hào)及其分類按信號(hào)的性質(zhì)和信號(hào)和時(shí)間的關(guān)系第二節(jié)信號(hào)及其分類3、連續(xù)時(shí)間信號(hào)在某一時(shí)間間隔內(nèi)，對(duì)于所有連續(xù)的時(shí)間值（除若干不連續(xù)點(diǎn)之外），信號(hào)都有確定的幅值。

模擬信號(hào)：幅值是連續(xù)的連續(xù)信號(hào)量化信號(hào)：幅值是離散的連續(xù)信號(hào)

a)連續(xù)信號(hào) b)模擬信號(hào) c)量化信號(hào)第二節(jié)信號(hào)及其分類離散時(shí)間信號(hào)只在時(shí)間的離散值上才具有定義。

抽樣信號(hào)：幅值是連續(xù)的，而變量時(shí)間是離散的數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和幅值上都是離散的a)抽樣信號(hào)b)數(shù)字信號(hào)

第二節(jié)信號(hào)及其分類4、奇異信號(hào)信號(hào)函數(shù)本身具有不連續(xù)點(diǎn)，或者其導(dǎo)數(shù)與積分有不連續(xù)點(diǎn)。

階躍信號(hào)

沖擊信號(hào)

back第三節(jié)信號(hào)分析與信號(hào)處理信號(hào)分析將一復(fù)雜的信號(hào)分解為若干簡單信號(hào)分量的疊加，并以這些分量的組成情況去考察信號(hào)的特性。

基本方法：將頻率作為信號(hào)的自變量，在頻域里進(jìn)行信號(hào)的頻譜分析。信號(hào)處理對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種變換或運(yùn)算（如濾波、變換、增強(qiáng)、壓縮、估計(jì)、識(shí)別等）。信號(hào)處理包括時(shí)域和頻域處理，濾波是信號(hào)處理的另一個(gè)重要內(nèi)容。back第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述測(cè)試信號(hào)通常指的是被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)或狀態(tài)信息。

在工程測(cè)試中，有的信號(hào)可以用數(shù)學(xué)公式來精確描述，而大量的測(cè)試信號(hào)卻只能用數(shù)學(xué)公式來近似描述。

第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述復(fù)指數(shù)信號(hào)或式中，s=σ+jω；k、σ與ω皆為實(shí)數(shù)。實(shí)際上復(fù)指數(shù)信號(hào)并不存在，但它概括了多種信號(hào)。

連續(xù)時(shí)間信號(hào)的描述1a)ω=0 b)σ=0

c)σ>0d)σ<0

第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述抽樣函數(shù)

當(dāng)t=±π,±2π,…,±nπ時(shí)，函數(shù)值等于零，但定義sinc0=1。抽樣函數(shù)具有以下性質(zhì)第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述單位階躍函數(shù)在跳變點(diǎn)t=0處，函數(shù)值無定義，或在t=0處用u(t)的左右極限的平均值規(guī)定函數(shù)值u(0)=1/2。對(duì)于一個(gè)具有延時(shí)t0的單位階躍函數(shù)可以表示為

第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述幅值為1，寬度為τ的矩形脈沖可表示為符號(hào)函數(shù)sgn(t)的表示如下

第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述單位沖激函數(shù)δ(t)δ(t)函數(shù)也可以定義為

第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述δ(t)函數(shù)的主要性質(zhì)1.抽樣特性

2.偶函數(shù)第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述3.積分特性

反之，第四節(jié)測(cè)試信號(hào)的描述離散時(shí)間信號(hào)常用序列x(n)來表示，其中n為整數(shù)，表示序號(hào)。

該序列用數(shù)列表示為

常見的序列有單位抽樣序列、單位階躍序列、斜變序列、正弦序列、復(fù)指數(shù)序列等。

離散時(shí)間信號(hào)的描述2back第五節(jié)信號(hào)與系統(tǒng)從信號(hào)的角度，稱系統(tǒng)的輸入為“輸入信號(hào)”，系統(tǒng)的輸出為“輸出信號(hào)”，統(tǒng)稱“測(cè)試信號(hào)”。系統(tǒng)分為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)（模擬系統(tǒng)）和離散時(shí)間系統(tǒng)（數(shù)字系統(tǒng)）。將用于信號(hào)進(jìn)行分析和處理的測(cè)試系統(tǒng)稱為信號(hào)處理系統(tǒng)。比較典型的信號(hào)處理系統(tǒng)是模擬或數(shù)字濾波器以及其他更廣泛意義上的濾波器。信號(hào)處理系統(tǒng)可分成兩大類：模擬信號(hào)處理系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。第五節(jié)信號(hào)與系統(tǒng)（一）模擬信號(hào)處理系統(tǒng)

系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出y(t)都是模擬信號(hào)，常用的模擬系統(tǒng)有：模擬電路系統(tǒng)（R，L，C等）、機(jī)械系統(tǒng)、機(jī)電混合系統(tǒng)等。

第五節(jié)信號(hào)與系統(tǒng)（二）數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)

x(t)和y(t)為模擬信號(hào)，x(n)和y(n)為數(shù)字信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器則將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)輸出。數(shù)字信號(hào)處理器可以是①數(shù)字計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)等②用基本的數(shù)字硬件組成專用處理機(jī)③通用數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP）第五節(jié)信號(hào)與系統(tǒng)

系統(tǒng)的主要性質(zhì)

1.線性與非線性

滿足疊加性（可加性）與齊次性（均勻性）的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，否則稱之為非線性系統(tǒng)。設(shè)x(t)和y(t)分別表示系統(tǒng)f(x)的輸入和輸出，如果則疊加性表示為則齊次性表示為或第五節(jié)信號(hào)與系統(tǒng)2.記憶性

系統(tǒng)的輸出只取決于該時(shí)刻的輸入，與系統(tǒng)的過去工作狀態(tài)（歷史）無關(guān)，則稱之為無記憶系統(tǒng)或即時(shí)系統(tǒng)。例如，僅由電阻元件組成的系統(tǒng)即是無記憶系統(tǒng)。如果系統(tǒng)的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，且與其過去的工作狀態(tài)有關(guān)，該系統(tǒng)稱之為記憶系統(tǒng)或動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。例如，含電容、電感的電路以及含寄存器、累加器等記憶器件的系統(tǒng)都是記憶系統(tǒng)。第五節(jié)信號(hào)與系統(tǒng)3.因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng)如果一個(gè)系統(tǒng)在任何時(shí)刻的輸出只取決于當(dāng)前的輸入以及過去的輸入，該系統(tǒng)稱為因果系統(tǒng)。一切物理可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，其輸出不會(huì)出現(xiàn)在輸入以前，都是因果系統(tǒng)。如果一個(gè)系統(tǒng)在任何時(shí)刻的輸出不僅取決于當(dāng)前和過去的輸入，而且還與系統(tǒng)將來的輸入有關(guān)，該系統(tǒng)稱之為非因果系統(tǒng)。第五節(jié)信號(hào)與系統(tǒng)4.時(shí)不變系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng)（移不變系統(tǒng)與移變系統(tǒng)）如果系統(tǒng)的輸入在時(shí)間上有一個(gè)平移，由此而引起的輸出也產(chǎn)生相同時(shí)間上的平移，該系統(tǒng)稱為時(shí)不變系統(tǒng)或移不變系統(tǒng)，否則，稱為時(shí)變系統(tǒng)或移變系統(tǒng)。時(shí)不變系統(tǒng)可以表示如下如果