《工程测试技术》ppt课件

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1、工程测试技术第二章信号分析基础本章学习要求：了解信号分类方法；掌握信号时域波形分析方法；掌握信号时差域相关分析方法；掌握信号频域频谱分析方法；了解其它信号分析方法。本章目录2.1信号的分类与描述2.2信号的时域波形分析2.3信号的时差域相关分析2.4信号的频域分析2.5卷积分2工程测试技术华中科技大学材料学院2.1信号的分类与描述信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的，也就是根据被测信号信号幅度随时间的变化历程来划分。波形3工程测试技术华中科技大学材料学院2.1信号的分类从信号描述上--确定性信

2、号与非确定性信号从信号的幅值和能量上--能量信号与功率信号从分析域上--时域信号与频域信号从连续性上--连续时间信号（模拟信号）与离散时间信号（数字信号）从可实现性上--物理可实现信号与物理不可实现信号4工程测试技术华中科技大学材料学院2.2信号的时域分析1周期-T，频率-f=1/T峰值-P双峰值-Pp-pAtTPPp-p5工程测试技术华中科技大学材料学院统计变量6工程测试技术华中科技大学材料学院2.3信号的时差域相关分析1.变量相关的概念统计学中用相关系数来描述变量x，y之间的相关性。是两随机变

3、量之积的数学期望，称为相关性，表征了x、y之间的关联程度。7工程测试技术华中科技大学材料学院2.波形变量相关的概念（相关函数）x(t)y(t)如果所研究的变量x,y是与时间有关的函数，即x(t)与y(t)，二者之间是否存有关联？信号的相关描述又称信号的时差描述。它的特点是在广义积分平均时，将信号作了恰当时延，从而反映信号取值的大小及先后的影响。8工程测试技术华中科技大学材料学院相关函数反映了二个信号在时移中的相关性。信号的互相关函数定义为：Rxy(τ)与Ryx(τ)是两个不同函数,Rxy(τ)=R

4、yx(-τ)。均值为零的两个统计独立的随机信号其Rxy(τ)=0。1).信号的相关函数9工程测试技术华中科技大学材料学院2).相关函数系数由于信号x(t)和y(t)本身的取值大小直接影响了相关函数的大小，因而在比较不同的成对信号相关程度时，仅视其相关函数值大小是不确切的。一对弱信号虽然相关程度很高，但相关函数值很小：反之，一对强信号虽然相关程度很低，但相关函数值却很大．为了避免信号本身幅值对其相关程度度量的影响。引入一个无量纲的相关系数，其定义ρxy(τ)=1说明x(t)和y(t)完全相关；ρxy

5、(τ)=0说明x(t)和y(t)完全不相关;0<ρxy(τ)<1说明x(t)和y(t)部分相关10工程测试技术华中科技大学材料学院令x(t)、y(t)二个信号之间产生时差τ，再相乘和积分，就可以得到τ时刻二个信号的相关性。x(t)y(t)时延器乘法器y(t+τ)x(t)y(t+τ)积分器Rxy(τ)图例自相关函数：x(t)=y(t)3).算法11工程测试技术华中科技大学材料学院4).相关函数的性质相关函数描述了两个信号间或信号自身不同时刻的相似程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西。1)

6、.自相关函数是的偶函数，RX()=Rx(-);2).当=0时，自相关函数具有最大值。3).周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。4).随机噪声信号的自相关函数将随的增大快速衰减。一般认为，当→∞时，X(t)与X(t+)相互独立，RX()→05).两同频率周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，且保留了原信号的相位信息。6).两个非同频率的周期信号互不相关。12工程测试技术华中科技大学材料学院5).相关分析的工程应用案例一：机械加工表面粗糙度自相关

7、分析性质3,性质4:提取出回转误差等周期性的故障源。被测工件相关分析13工程测试技术华中科技大学材料学院案例二：自相关测转速性质3，性质4：提取周期性转速成分。14工程测试技术华中科技大学材料学院案例二：地下输油管道漏损位置的探测X1X215工程测试技术华中科技大学材料学院案例四：地震位置测量16工程测试技术华中科技大学材料学院2.4信号的频域分析李娜-“青藏高原”庞龙-“两只蝴蝶”对初次接触频域这一概念的人来说，频域一词即陌生又奇怪。实际上，它是我们生活中一个非常重要的组成部分。人的耳-脑组

8、合就是一台极出色的频域分析仪。通过耳-脑人们可将声音频谱细分为小的频段并区分出不同频段的强弱，也可以从嘈杂的噪音听到小的声音。17工程测试技术华中科技大学材料学院时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。图例：受噪声干扰的多频率成分信号18工程测试技术华中科技大学材料学院小信号湮灭19工程测试技术华中科技大学材料学院TheFrequencyDomain:ANaturalDomainAtfirstthefreque