機械工程測試·信息·信號分析-課件ch.ppt

04:27,1,MEASUREMENTINFORMATIONSIGNALANALYSISINMECHANICALENGINEERING,機械科學(xué)與工程學(xué)院機械電子信息工程系軒建平李錫文,機械工程測試信息信號分析,04:27,2,課件資料下載：郵箱地址：jxgccs“機械工程測試”每個字拼音的第一個字母密碼：111111注意下載時不要刪除原始文件,04:27,3,一、課程簡介,名稱：機械工程測試信息信號分析測試具有試驗性質(zhì)的測量工程測試工程中物理量為研究對象的測試機械工程測試應(yīng)用背景廣泛的機械領(lǐng)域信息事物運動的狀態(tài)和方式信號信息的載體信號分析研究信號的構(gòu)成和特征以信息為核心，研究工程中信息的獲取。課程的理論基礎(chǔ)：信息理論。主要研究內(nèi)容：工程信息的獲取、傳輸、轉(zhuǎn)換、分析、變換、處理、顯示及應(yīng)用。,04:27,4,教材,教材1盧文祥，杜潤生。機械工程測試信息信號分析（第二版），武漢：華中科技大學(xué)出版社，1999.8。2盧文祥，杜潤生。機械工程測試信息信號分析習(xí)題例解，華中科技大學(xué)教材科，2003。,04:27,5,參考資料及相關(guān)數(shù)學(xué)知識,參考資料TP14信息、信號類TN911信號系統(tǒng)類相關(guān)的數(shù)學(xué)知識1.積分變換2.概率論與數(shù)理統(tǒng)計3.隨機過程聯(lián)系地址電話：軒建平東三樓2218755741513886035139李錫文東一樓331A8755900418971072799,04:27,6,內(nèi)容安排,（一）信息論基礎(chǔ)第三章第四章5161（二）信號分析第二章52536265第七章第八章第九章第十章（三）信號分析設(shè)備第十一章（四）機械工程中的信號分析技術(shù)第十二章（五）實驗MatlabMiniDRVI何嶺松教授幾個專題：高階統(tǒng)計分析；非線性、非平穩(wěn)信號處理（時頻、小波分析、Hilbert-Huang變換）,04:27,7,考核評分標(biāo)準(zhǔn),考核評分標(biāo)準(zhǔn)平時成績20%作業(yè)20%實驗？期末考試60%考試方式待定,04:27,8,二、工程測試方法,測試對象的特征動態(tài)被測量是時間t的函數(shù)f(t)測試方法非電量電測法,04:27,9,例：電機振動測量及頻譜分析,04:27,10,圖電動機在線識別,在某電動機生產(chǎn)線上，利用響應(yīng)頻譜診斷技術(shù)實現(xiàn)電動機在線自動識別、分類的過程。,例：電機故障診斷,04:27,11,例：電機故障診斷實驗步驟,具體檢測步驟如下：（1）將裝有微型加速度計的測頭接觸傳送帶上運送的電動機；（2）檢測電動機的振動信號，經(jīng)放大器后輸入FFT分析儀；（3）將檢測得的振動頻譜與預(yù)先在分析儀中設(shè)定的判別譜進(jìn)行比較；（4）進(jìn)行合格與否判斷，輸出判斷信號。,04:27,12,例：電機故障診斷實驗結(jié)果,上圖分別為典型合格品與廢品的振動頻譜。圖中可看出，廢品的頻譜圖中往往在某一頻率有較大的幅值。,04:27,13,第二章信號分析基礎(chǔ),主要內(nèi)容一、信號的概念二、信號的描述三、信號的分類四、信號處理的目的、步驟五、典型信號介紹六、信號的基本運算七、信號的分解,04:27,14,一、信號的概念,信號是反映（或載有）信息的各種物理量，是系統(tǒng)直接進(jìn)行加工、變換以實現(xiàn)通信的對象。信號是信息的表現(xiàn)形式，信息則是信號的具體內(nèi)容。傳輸信息的載體稱為信號自然和物理信號例如：語音、圖象、地震信號、生理信號等,04:27,15,一、信號的概念,自然和物理信號例如：語音、圖象、地震信號、生理信號等,圖正常心音時域波形圖,圖房室隔缺損病人心音時域波形圖,04:27,16,一、信號的概念,人工產(chǎn)生的信號例如：雷達(dá)信號、通訊信號、醫(yī)用超聲信號、機械探傷信號等,04:27,17,二、信號描述方法-數(shù)學(xué),數(shù)學(xué)描述使用具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式，把信號描述為一個或若干個自變量的函數(shù)或序列的形式。,因此，?？蓪ⅰ靶盘枴迸c“函數(shù)”和“序列”等同起來,04:27,18,信號描述方法-時域波形,波形描述函數(shù)的圖象稱為波形用被測物理量的強度作為縱坐標(biāo)，用時間做橫坐標(biāo)，記錄被測物理量隨時間的變化情況。橫坐標(biāo)為時間或整數(shù)。,04:27,19,信號描述方法-波形繪制,04:27,20,信號描述方法-頻譜圖,橫坐標(biāo)為頻率：(),f,04:27,21,信號描述方法-時頻分析,時間,頻率,能量,STFT,Theinstantaneousfrequencyincreaseslinearlywithtime,04:27,22,信號描述方法-時頻分析,1,信號由三個不同頻率的正弦波組成，但頻率在不同的時候存在,時間,頻率,04:27,23,信號描述方法-時頻分析,弓頭鯨發(fā)出聲音的聯(lián)合時頻分布曲線,時間,頻率,能量,04:27,24,三、信號的分類,1.按能否用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述分類確定性信號非確定性信號2.按信號的功率和能量是否有限分類功率信號能量信號3.按函數(shù)的自變量存在范圍分類時限信號頻限信號物理可實現(xiàn)信號4.按自變量是否連續(xù)分類連續(xù)信號離散信號,04:27,25,三、信號的分類,FS,FT,功率譜,按能否用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述分類,04:27,26,三、信號的分類,確定信號與非確定性信號要點：給定的自變量的值，是否可以唯一確定信號的取值。區(qū)分方法：任意給定一個自變量的值，如果可以唯一確定其信號和取值，則該信號是確定信號，否則，如果取值是確定的隨機值，則是隨機信號。非平穩(wěn)隨機信號是非確定性信號。,04:27,27,三、信號的分類,周期信號與非周期信號經(jīng)過一定時間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號，滿足條件T周期，T2/0,0基頻;n0，土l，.周期T(正值)，最小T值。非周期信號可以視為是周期T無窮大。例，機械系統(tǒng)回轉(zhuǎn)體不平衡引起的振動信號是周期性的。,簡單周期信號:正余弦信號,復(fù)雜周期信號,04:27,28,三、信號的分類,非周期信號瞬變非周期信號非周期信號往往具有瞬變性。,準(zhǔn)周期信號組成信號的各頻率相互間不是公倍關(guān)系，合成信號不滿足周期條件,04:27,29,三、信號的分類,瞬態(tài)信號:持續(xù)時間有限的信號，如,04:27,30,三、信號的分類,非確定性信號,噪聲信號(平穩(wěn)),04:27,31,三、信號的分類,非確定性信號-平穩(wěn)隨機信號統(tǒng)計特征參數(shù)不隨時間變化的隨機信號，概率密度函數(shù)為正態(tài)分布集平均與子集平均,04:27,32,三、信號的分類,平穩(wěn)隨機信號-各態(tài)歷經(jīng)信號若一個平穩(wěn)隨機信號的集平均等于任一子集的時間平均值，則稱為各態(tài)歷經(jīng)信號。,集平均,04:27,33,三、信號的分類,時間連續(xù)信號與時間離散信號信號的自變量是否在整個連續(xù)區(qū)間內(nèi)都有定義?,定義域連續(xù)？,NO,時間離散信號,YES,時間連續(xù)信號,通常被稱為“序列”,時間連續(xù)信號:在所有時間點上有定義,04:27,34,三、信號的分類,模擬信號與數(shù)字信號模擬信號的定義域和值域都有是連續(xù)的；數(shù)字信號在定義域和值域都是離散的。,適合于計算機處理,04:27,35,三、信號的分類,因果信號與非因果信號如果信號在時間零點之前，取值為零，則稱為因果信號，為物理可實現(xiàn)信號，又稱為單邊信號，滿足條件：t0時，x(t)=0，即在時刻小于零的一側(cè)全為零。,表示信號不能在過去存在(有值)！也表示信號的產(chǎn)生是符合邏輯的！,04:27,36,三、信號的分類,因果信號與非因果信號不是因果信號，就是非因果信號。在時間零點之前信號有值（或存在），則稱為反因果信號，是物理不可實現(xiàn)信號：在事件發(fā)生前(t0：右移,b1：壓縮,0：不需反褶,0：需要反褶,倍數(shù)為1/|a|,04:27,69,信號運算-微積分,數(shù)學(xué)運算：,微分運算,積分運算,連續(xù)n次微分,連續(xù)n次積分,連續(xù)進(jìn)行,04:27,70,相關(guān)運算與卷積,相關(guān)運算：,相關(guān)與卷積的關(guān)系,04:27,71,相關(guān)運算,自相關(guān)函數(shù)常用來檢測準(zhǔn)周期信號的準(zhǔn)周期,t是平移量,04:27,72,信號分解,信號,直流分量+交流分量,偶分量+奇分量,實部分量+虛部分量,脈沖分量,正交分量,分解結(jié)果是唯一的,04:27,73,信號分解,信號的奇分量,信號的偶分量,信號的實部分量,信號的虛部分量,信號的直流分量,信號的均值,信號的交流分量,04:27,74,信號分解,信號的脈沖分量分解,信號可以近似表示為一組矩形脈沖的和的形式。,04:27,75,信號正交分量分解,正交函數(shù)：,如果在區(qū)間(t1,t2)上,函數(shù)f1(t)和f2(t)互不含有對方的分量，則稱f1(t)與f2(t)在(t1,t2)上正交,函數(shù)正交的充要條件是它們的內(nèi)積為0,函