机械工程测试技术基础 第3版 教学课件 作者 熊诗波 黄长艺第一章测试1-1.ppt

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1、第一章信号及其描述第一节信号的分类与描述0信号的定义信号是带有信息（如语音、音乐、图象、数据等）的物理量或物理现象。如：古代烽火台燃放的烟火→光信号两军对垒鸣金击鼓→声信号十九世纪发明的Morse电报、Bell电话→电信号现代多媒体信息时代→声、光、电多种信号一．信号的分类（一）按时域变化特性来分：动态信号静态信号确定性信号周期信号非周期信号准周期信号简谐信号复合周期信号瞬态信号非平稳随机信号平稳随机信号非各态历经信号随机信号各态历经信号Ⅰ确定性信号：可以用数学关系式或图表来明确描述其关系的信号。1周期信号：按一定的时间间隔周而复

2、始重复出现，无穷无尽的信号。可表达为：如图，集中参量的单自由度系统作无阻尼振动时，其位移就是确定的；它可用下式来确定质点的瞬时位置：周期圆频率2非周期信号：将确定性信号中那些不具有周期重复性的信号称为非周期信号。①准周期信号：由有限个周期信号合成的，但其组成分量之间无法找到公共周期，因而无法按某一时间间隔周而复始重复出现。例：两个正弦信号合成，频率比不是有理数，不成谐波关系。波形如图②瞬变非周期信号在一定时间区域内存在，或随着时间的增长而衰减至零的信号。例：1、承载缆绳断裂时的应力m2、衰减振动信号：Ⅱ随机信号：是一种不能准确预测

3、其未来值，也无法用数学关系式来描述的信号。如图：汽车奔驰时的振动；树叶随风飘荡；环境噪声等都属于随机信号。随机信号具有某些统计特征，可用概率统计的方法由其过去估计其未来。（二）根据函数自变量的连续与否来分离散信号：若独立变量取离散值，则称为离散信号。连续信号：若信号数学表示式中的独立变量取值是连续的，则称为连续信号。模拟信号：独立变量和幅值均取连续值的信号。数字计算机的输入、输出都是数字信号。数字信号：若离散信号的幅值也是离散的，则为数字信号。连续信号（幅值不一定连续）离散信号（幅值可能是连续的）数字信号（时间、幅值均离散）模拟信

4、号（时间、幅值均连续）（三）从能量的角度来分：能量信号功率信号定义：①信号的功率：②信号的能量：信号的功率对时间的积分③能量信号：若满足（能量有限信号）对于信号的能量，可作如下解释：对于电信号，通常是电压或电流，电压在已知区间(t1,t2)内消耗在电阻上的能量对于电流，能量以上能量都是正比于信号平方的积分。讨论消耗在1Ω电阻上的能量时，上述两式具有相同的形式，则称为任意信号x(t)的“能量”。但要注意式中包含一个带有适当量纲的数“1”。通常定义，当区间(t1,t2)为(－∞,＋∞)时，能量为有限值的信号称为能量信号，或称为能量有限

5、信号，例如，矩形脉冲(t1,t2)、减幅正弦波(0,∞)、衰减指数等信号。④功率信号：若但（功率有限信号）一般持续时间无限的信号都属于功率信号。复杂周期信号噪声信号例如：能量信号[注意]一个信号不能既是能量信号又是功率信号；但可以既不是能量信号又不是功率信号。非能量、非功率信号功率信号二．信号的描述方法通常以三个变量域来描述信号时间域（含时延域）频率域幅值域1．时域描述：直接观测或记录到的信号，以时间作为独立变量的描述。信号的时域描述能反映信号幅值随时间变化的关系，除简谐波外，一般不能明显揭示信号的频率组成关系2．频域描述：以频率

6、作为独立变量的描述。例：周期方波的时域描述和频域描述①时域描述②频域描述应用傅立叶级数展开，则得：即：其中周期方波的频域描述此式表明周期方波是由一系列幅值和频率不等、相角为零的正弦信号叠加而成的。若视t为参变量，视为独立变量，则此式为周期方波的频域描述。时域描述频域描述（傅立叶分析）幅频谱相频谱（奇次谐波叠加而成）3．幅值域描述：反映信号某一范围的幅值出现的概率。（概率密度函数）信号的各种描述方法仅是从不同的角度去认识同一事物，它们相互间可以通过一定的数学关系进行转换。频谱：把组成信号的各种频率成分找出来，就得到信号的“频谱”，“

7、频谱”即频率排列的意思。幅频谱：以频率为横坐标，以幅值位纵坐标。相频谱：以频率为横坐标，以相位为纵坐标。幅频谱相频谱①信号的时域描述直观地反映出信号的瞬时值随时间变化的情况；频域描述则反映信号的频率组成及其幅值、相角的大小。②实际应用中要根据不同的目的而采取不同的描述方式。例如，评定机器的振动强度，用到振动速度的均方根值，则要采用时域描述信号；在机器的故障诊断中要寻找振源，需作频谱分析，则要用频域描述信号。③同一信号无论用哪一种描述方法，都含有相同的信息量，即只是两种描述方法的相互转化，而并不增加新的信息。小结