工程測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)-2013

1、工程測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)工程測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)主 講 人：黃弢、王峻峰課程安排課程安排 獨(dú)立設(shè)課8學(xué)時(shí)講：2學(xué)時(shí)做：6學(xué)時(shí)工程實(shí)驗(yàn)：4學(xué)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)：2學(xué)時(shí)教材：教材：盧文祥、杜潤(rùn)生，工程測(cè)試與信息處理，華中科技大學(xué)出版社； 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) （機(jī)械新大樓東樓B314#黃老師：87557415）下學(xué)期下學(xué)期 16學(xué)時(shí)：做一個(gè)綜合性測(cè)控實(shí)驗(yàn)作品本學(xué)期本學(xué)期實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：東1樓一樓中部（從靠東3樓的門(mén)進(jìn)）性質(zhì)性質(zhì): 機(jī)械大類專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課對(duì)象對(duì)象: 35班班/年年,1千多名學(xué)生千多名學(xué)生課程特色和成果課程特色和成果 以工程案例和實(shí)驗(yàn)為主線的教學(xué)模式，解決了傳感器原理以工程案例和實(shí)驗(yàn)為主線的教學(xué)模

2、式，解決了傳感器原理沒(méi)有實(shí)物、枯燥無(wú)味，信號(hào)分析理論深?yuàn)W、難懂的問(wèn)題。沒(méi)有實(shí)物、枯燥無(wú)味，信號(hào)分析理論深?yuàn)W、難懂的問(wèn)題。綜合測(cè)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)綜合測(cè)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)DRVI虛擬儀器平臺(tái)虛擬儀器平臺(tái)綜合測(cè)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)綜合測(cè)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)一、測(cè)試技術(shù)的基本概念一、測(cè)試技術(shù)的基本概念 測(cè)試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種測(cè)試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種物物理量的測(cè)量原理理量的測(cè)量原理和和測(cè)量信號(hào)分析處理測(cè)量信號(hào)分析處理方法。方法。 測(cè)試定義： 是具有 試驗(yàn) 性質(zhì)的 測(cè)量。Measurement & Test對(duì)未知事物的探索性認(rèn)識(shí)過(guò)程(Process)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程而非靜止為確定被測(cè)對(duì)象量值(Value)

3、而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是了解傳感器，理解計(jì)算工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是了解傳感器，理解計(jì)算機(jī)機(jī)A/D采樣，熟悉常用信號(hào)處理方法，（包括時(shí)采樣，熟悉常用信號(hào)處理方法，（包括時(shí)域、頻域兩方面）域、頻域兩方面） 一般說(shuō)來(lái)，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和一般說(shuō)來(lái)，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。顯示記錄裝置三部分組成。測(cè)試信號(hào)數(shù)字化處理的基本步驟測(cè)試信號(hào)數(shù)字化處理的基本步驟物理信號(hào)物理信號(hào)對(duì)象對(duì)象傳傳感感器器電信號(hào)電信號(hào)放放大大調(diào)調(diào)制制電信號(hào)電信號(hào)A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)D/AD/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換電信號(hào)電信號(hào)控制控制物理信號(hào)物理信號(hào)二、二、A/D

4、轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換采樣采樣利用采樣脈沖序列，從信號(hào)中抽取一系列利用采樣脈沖序列，從信號(hào)中抽取一系列離散值，使之成為采樣信號(hào)離散值，使之成為采樣信號(hào)x(nTs)x(nTs)的過(guò)程的過(guò)程 編碼編碼將經(jīng)過(guò)量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過(guò)程。將經(jīng)過(guò)量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過(guò)程。 量化量化把采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)舍入變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效把采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)舍入變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效數(shù)字的數(shù)，這一過(guò)程稱為量化數(shù)字的數(shù)，這一過(guò)程稱為量化采樣是將采樣脈沖序列采樣是將采樣脈沖序列p(t)p(t)與信號(hào)與信號(hào)x(t)x(t)相相乘，取離散點(diǎn)乘，取離散點(diǎn)x(nt)x(nt)的值的過(guò)程。的值的過(guò)程。4 4位位A/D: XXXXA/D: XXXXX(1)

5、0101X(2) 0011X(3) 0000離散采樣誤差離散采樣誤差 模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后變?yōu)橛邢迋€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的離模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后變?yōu)橛邢迋€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的離散信號(hào)，數(shù)據(jù)點(diǎn)間用直線進(jìn)行插值逼近，所造成散信號(hào)，數(shù)據(jù)點(diǎn)間用直線進(jìn)行插值逼近，所造成的誤差稱為離散采樣誤差，采樣頻率越高，誤差的誤差稱為離散采樣誤差，采樣頻率越高，誤差越小。越小。 為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的頻率成分的2 2倍。這是采樣的基本法則，稱為采倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。樣定理。Fs 2

6、Fmax 采樣定理采樣定理每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn) ？最少最少2點(diǎn)點(diǎn): (4) (4) 模擬信號(hào)的輸入范圍：如，模擬信號(hào)的輸入范圍：如，5V5V， +/-5V+/-5V，10V10V，+/-10V+/-10V等。等。 (2) (2) 分辨率：用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。分辨率：用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有有8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1616位等。位等。 (3)(3)采樣速率采樣速率(轉(zhuǎn)換速度）轉(zhuǎn)換速度）：指完成一次轉(zhuǎn)換所用：指完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間，如的時(shí)間，如:1ms(1

7、KHz):1ms(1KHz)； 10us(100kHz) 10us(100kHz) (1)(1)輸入模式（單端輸入或者差分輸入）輸入模式（單端輸入或者差分輸入）、 A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 單端輸入以一個(gè)共同接地點(diǎn)為參考點(diǎn)。這種方式適用于輸入信號(hào)為高電平（大于一伏），信號(hào)源與采集端之間的距離較短（小于15英尺），并且所有輸入信號(hào)有一個(gè)公共接地端。 如果不能滿足上述條件，則需要使用差分輸入。差分輸入方式下，每個(gè)輸入可以有不同的接地參考點(diǎn)。并且，由于消除了共模噪聲的誤差，所以差分輸入的精度較高。 輸入方式測(cè)量系統(tǒng)分類 -參考地單端參考地單端測(cè)量系統(tǒng)所有信號(hào)均使用同一個(gè)參考電壓或接地電

8、壓，也稱為接地測(cè)量系統(tǒng)。在接地測(cè)量系統(tǒng)中，被測(cè)信號(hào)一端接模擬輸入通道，另一端直接與系統(tǒng)地AIGND相連。 測(cè)量系統(tǒng)分類 -差分測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)的正負(fù)極分別與一個(gè)模擬輸入通道相連接。具有儀器放大器（Instrumentation Amplifier）的數(shù)據(jù)采集設(shè)備可配置成差分測(cè)量系統(tǒng)。 一個(gè)理想的差分測(cè)量系統(tǒng)能夠精確測(cè)量（+）和（-）輸入端口之間的電位差，并將共模電壓完全抑制掉。需要注意需要注意，若輸入共模電壓超過(guò)允許范圍，將會(huì)降低測(cè)量系統(tǒng)的共模抑制比。為了避免測(cè)量誤差，需要限制信號(hào)地與數(shù)據(jù)采集卡的地之間的浮地電壓。 分辨率是模/數(shù)轉(zhuǎn)換所使用的數(shù)字位數(shù)。分辯率越高，輸入信號(hào)的細(xì)分程度就越高，能夠識(shí)別

9、的信號(hào)變化量就越小。 下圖表示的是一個(gè)正弦波信號(hào)，以及用三位模/數(shù)轉(zhuǎn)換所獲得的數(shù)字結(jié)果。三位模/數(shù)轉(zhuǎn)換把輸入范圍細(xì)分為23或者就8份。二進(jìn)制數(shù)從000到111分別代表每一份。分辨率 顯然，此時(shí)數(shù)字信號(hào)不能很好地表示原始信號(hào)，因?yàn)榉洲q率不夠高，許多變化在模/數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中丟失了。然而，如果把分辯率增加為16位，模/數(shù)轉(zhuǎn)換的細(xì)分?jǐn)?shù)值就可以從8增加到216即65536，它就可以相當(dāng)準(zhǔn)確地表示原始信號(hào)。 輸入范圍是指ADC能夠量化處理的最大、最小輸入電壓值。如 5V， +/-5V，10V，+/-10V等等它與分辨率、增益等配合，以獲得最佳的測(cè)量精度。 增益表示輸入信號(hào)被處理前放大或縮小的倍數(shù)。給信號(hào)設(shè)置

10、一個(gè)增益值，你就可以實(shí)際減小信號(hào)的輸入范圍，使模數(shù)轉(zhuǎn)換能盡量地細(xì)分輸入信號(hào)。例如，當(dāng)使用一個(gè)3位模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入信號(hào)范圍為0到10伏， 上面的圖顯示了給信號(hào)設(shè)置增益值的效果。當(dāng)增益=1時(shí)，模/數(shù)轉(zhuǎn)換只能在5伏范圍內(nèi)細(xì)分成4份，而當(dāng)增益=2時(shí)，就可以細(xì)分成8份，精度大大地提高了。但是必須注意，此時(shí)實(shí)際允許的輸入信號(hào)范圍為0到5伏。一但超過(guò)5伏，當(dāng)乘以增益2以后，輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)值就會(huì)大于允許值10伏。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成模擬多路開(kāi)關(guān) 模擬多路開(kāi)關(guān)可以分時(shí)選通來(lái)自多個(gè)輸入通道的某一路信號(hào)，使得在一個(gè)特定的時(shí)間范圍內(nèi)，只允許一路模擬信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。因此，在多路開(kāi)關(guān)后的單元電路，如采樣/保持電

11、路、A/D及處理器電路等，只需一套即可，這樣可以降低成本，減小設(shè)備體積。 多路開(kāi)關(guān)從一個(gè)通道切換到另一個(gè)通道時(shí)會(huì)發(fā)生瞬變現(xiàn)象，使輸出產(chǎn)生短暫的尖峰電壓。 模擬多路開(kāi)關(guān)的源負(fù)載效應(yīng)誤差源負(fù)載效應(yīng)誤差和串?dāng)_串?dāng)_等因素對(duì)檢測(cè)精度有較大的影響，尤其是在信號(hào)源內(nèi)阻較大的時(shí)候，因此，信號(hào)源的內(nèi)阻應(yīng)該盡可能的小信號(hào)源的內(nèi)阻應(yīng)該盡可能的小。 任意一個(gè)信號(hào)是隨時(shí)間而改變的物理量。一般情況下，信號(hào)所運(yùn)載信息是很廣泛的，比如：狀態(tài)（state）、速率(rate)、電平(level)、形狀(shape)、頻率成分(frequency content)。 根據(jù)信號(hào)運(yùn)載信息方式的不同，可以將信號(hào)分為模擬或數(shù)字信號(hào)。數(shù)字(

12、二進(jìn)制)信號(hào)分為開(kāi)關(guān)信號(hào)和脈沖信號(hào)。模擬信號(hào)可分為直流、時(shí)域、頻域信號(hào)。第一類數(shù)字信號(hào)是開(kāi)-關(guān)信號(hào)。一個(gè)開(kāi)-關(guān)信號(hào)運(yùn)載的信息與信號(hào)的瞬間狀態(tài)有關(guān)。TTL信號(hào)就是一個(gè)開(kāi)-關(guān)信號(hào)，一個(gè)TTL信號(hào)如果在2.0到5.0V之間，就定義它為邏輯高電平，如果在0到0.8V之間，就定義為邏輯低電平。第二類數(shù)字信號(hào)是脈沖信號(hào)。這種信號(hào)包括一系列的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，信息就包含在狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)生的數(shù)目、轉(zhuǎn)換速率、一個(gè)轉(zhuǎn)換間隔或多個(gè)轉(zhuǎn)換間隔的時(shí)間里。安裝在馬達(dá)軸上的光學(xué)編碼器的輸出就是脈沖信號(hào)。有些裝置需要數(shù)字輸入，比如一個(gè)步進(jìn)式馬達(dá)就需要一系列的數(shù)字脈沖作為輸入來(lái)控制位置和速度。 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬直流信號(hào)是靜止的或變化非常

13、緩慢的模擬信號(hào)。直流信號(hào)最重要的信息是它在給定區(qū)間內(nèi)運(yùn)載的信息的幅度。常見(jiàn)的直流信號(hào)有溫度、流速、壓力、應(yīng)變等。采集系統(tǒng)在采集模擬直流信號(hào)時(shí)，需要有足夠的精度以正確測(cè)量信號(hào)電平，由于直流信號(hào)變化緩慢，用軟件計(jì)時(shí)就夠了，不需要使用硬件計(jì)時(shí)。模擬直流信號(hào)模擬直流信號(hào)模擬時(shí)域信號(hào)模擬時(shí)域信號(hào) 模擬時(shí)域信號(hào)與其他信號(hào)不同在于，它在運(yùn)載信息時(shí)不僅有信號(hào)的電平，還有電平隨時(shí)間的變化。在測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào)時(shí)，也可以說(shuō)是一個(gè)波形，需要關(guān)注一些有關(guān)波形形狀的特性，比如斜度、峰值等。 用于測(cè)量時(shí)域信號(hào)的采集系統(tǒng)包括一個(gè)AD、一個(gè)采樣時(shí)鐘和一個(gè)觸發(fā)器。AD的分辨率要足夠高，保證采集數(shù)據(jù)的精度，帶寬要足夠高，用于高速率

14、采樣；精確的采樣時(shí)鐘，用于以精確的時(shí)間間隔采樣；觸發(fā)器使測(cè)量在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間開(kāi)始。存在許多不同的時(shí)域信號(hào)，比如心臟跳動(dòng)信號(hào)、視頻信號(hào)等，測(cè)量它們通常是因?yàn)閷?duì)波形的某些方面特性感興趣。 模擬頻域信號(hào)模擬頻域信號(hào) 模擬頻域信號(hào)與時(shí)域信號(hào)類似，然而，從頻域信號(hào)中提取的信息是基于信號(hào)的頻域內(nèi)容，而不是波形的形狀，也不是隨時(shí)間變化的特性。 為了實(shí)現(xiàn)這樣的數(shù)字信號(hào)處理，可以使用應(yīng)用軟件或特殊的DSP硬件來(lái)迅速而有效地分析信號(hào)。模擬頻域信號(hào)也很多，比如聲音信號(hào)、地球物理信號(hào)、傳輸信號(hào)等。 模擬信號(hào)的連接方式 接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備的信號(hào)根據(jù)參考點(diǎn)的不同可以分為接地信號(hào)和浮動(dòng)信號(hào)兩種類型。接地信號(hào)接地信號(hào)：就是以系統(tǒng)地

15、（如建筑物的地）為參考點(diǎn)的信號(hào)，也稱參考信號(hào)。因?yàn)榻拥匦盘?hào)用的是系統(tǒng)地，所以與數(shù)據(jù)采集設(shè)備是共地的。最常見(jiàn)的接地信號(hào)源是通過(guò)墻上的接地引出線接入建筑物地的設(shè)備，如信號(hào)發(fā)生器和電源。一個(gè)不與任何地（如大地或建筑物的地）連接的電壓信號(hào)稱為浮動(dòng)信號(hào)浮動(dòng)信號(hào)，浮動(dòng)信號(hào)的每個(gè)端口都與系統(tǒng)地獨(dú)立。一些常見(jiàn)的浮動(dòng)信號(hào)源有電池、熱電偶、變壓器和隔離放大器等。 A/D應(yīng)用：數(shù)字信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)應(yīng)用：數(shù)字信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)1 1、正弦波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、正弦波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器 )2(.)(ftSinAtxsFdt1)2(.dtfkSinAkx三、信號(hào)的頻域分析三、信號(hào)的頻域分析信號(hào)頻域分析是用傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)信號(hào)頻域分

16、析是用傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)x(t)x(t)變換為頻域信號(hào)變換為頻域信號(hào)X(f)X(f)，從而幫助人們從另一個(gè)角度，從而幫助人們從另一個(gè)角度來(lái)了解信號(hào)的特征。來(lái)了解信號(hào)的特征。 8563ASPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz傅里葉傅里葉變換變換X(t)= sin(2ft)0 t0 f時(shí)域分析與頻域分析的關(guān)系時(shí)域分析與頻域分析的關(guān)系時(shí)間時(shí)間幅值幅值頻率頻率時(shí)域分析時(shí)域分析頻域分析頻域分析頻譜頻譜X(f)X(f)代表了信號(hào)在不同頻率分量代表了信號(hào)在不同頻率分量的大小，能提供更直觀，豐富的信息。的大小，能提供更直觀，豐富的信息。 時(shí)域分析只能反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化時(shí)

17、域分析只能反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化情況，除單頻率分量的簡(jiǎn)諧波外，很難明確揭示情況，除單頻率分量的簡(jiǎn)諧波外，很難明確揭示信號(hào)的頻率組成和各頻率分量大小。信號(hào)的頻率組成和各頻率分量大小。 圖例：受噪聲干擾的多頻率成分信號(hào)圖例：受噪聲干擾的多頻率成分信號(hào) 周期信號(hào)的頻譜分析周期信號(hào)的頻譜分析 周期信號(hào)是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信周期信號(hào)是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)，滿足條件：號(hào)，滿足條件： x ( t ) = x ( t + nT )對(duì)周期函數(shù)：對(duì)周期函數(shù)：對(duì)采樣數(shù)據(jù)：對(duì)采樣數(shù)據(jù)：三角函數(shù)展開(kāi)：三角函數(shù)展開(kāi)： 簡(jiǎn)記為：簡(jiǎn)記為： H(f) = Re +j*Im或：或： )2cos()(fAfH

18、 采樣信號(hào)頻譜是一個(gè)連續(xù)頻譜，不可能計(jì)算采樣信號(hào)頻譜是一個(gè)連續(xù)頻譜，不可能計(jì)算出所有頻率點(diǎn)值。設(shè)頻率取樣間隔為：出所有頻率點(diǎn)值。設(shè)頻率取樣間隔為：f = Fs / N 頻率取樣點(diǎn)為頻率取樣點(diǎn)為0,f,2f,3f,.0,f,2f,3f,.，有：，有： 該公式就是離散傅立葉計(jì)算公式該公式就是離散傅立葉計(jì)算公式(DFT)(DFT)離散離散傅里葉變換傅里葉變換快速傅立葉變換快速傅立葉變換 快速傅立葉變換快速傅立葉變換(FFT)(FFT)是離散傅立葉變換的一是離散傅立葉變換的一種有效的算法，通過(guò)選擇和重新排列中間結(jié)果，減種有效的算法，通過(guò)選擇和重新排列中間結(jié)果，減小運(yùn)算量。小運(yùn)算量。頻譜圖的概念頻譜圖的

19、概念 工程上習(xí)慣將分析結(jié)果用圖形表示，以工程上習(xí)慣將分析結(jié)果用圖形表示，以f fn n(0 0) )為為橫坐標(biāo)，橫坐標(biāo)，b bn n、a an n為縱坐標(biāo)畫(huà)圖，稱為實(shí)頻虛頻譜。為縱坐標(biāo)畫(huà)圖，稱為實(shí)頻虛頻譜。圖例圖例)sincos()(01020tnbtnatxnnna,.)3 , , 2 , 1( n以以f fn n為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，A An n、 為縱坐標(biāo)畫(huà)圖，則稱為幅值為縱坐標(biāo)畫(huà)圖，則稱為幅值相位譜；相位譜；102)cos()(0nnnatnAtx,.)3 , , 2 , 1( n以以f fn n為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，A An n2 2為縱坐標(biāo)畫(huà)圖，則稱為功率譜。為縱坐標(biāo)畫(huà)圖，則稱為功率譜

20、。 102)cos()(0nnnatnAtx,.)3 , , 2 , 1( nMatlab正弦波頻譜分析 Fs=5120;dt=1.0/Fs; N=1024T=dt*N;t=linspace(0,T,N);y=sin(2*3.14*100*t)+ 1/3*sin(3*2*3.14*100*t);plot(t,y);figure;P=fft(y,N);Pyy =2*sqrt(P.* conj(P)/N;f=linspace(0,Fs/2,N/2);plot(f,Pyy(1:N/2);四、數(shù)字相關(guān)分析技術(shù)四、數(shù)字相關(guān)分析技術(shù)變量相關(guān)的概念變量相關(guān)的概念 統(tǒng)計(jì)學(xué)中用相關(guān)系數(shù)來(lái)描述變量統(tǒng)計(jì)學(xué)中用相關(guān)系

21、數(shù)來(lái)描述變量x x，y y之間的相關(guān)性。之間的相關(guān)性。是兩隨機(jī)變是兩隨機(jī)變量之積的數(shù)學(xué)期望，稱為相關(guān)性，表征了量之積的數(shù)學(xué)期望，稱為相關(guān)性，表征了x x、y y之間的關(guān)聯(lián)程度。之間的關(guān)聯(lián)程度。 如果所研究的隨機(jī)變量如果所研究的隨機(jī)變量x, yx, y是與時(shí)間有關(guān)的函數(shù)，即是與時(shí)間有關(guān)的函數(shù)，即x(t)x(t)與與y(t)y(t)，這時(shí)，這時(shí)可以引入一個(gè)與時(shí)間可以引入一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的量有關(guān)的量xy()xy()，稱為相關(guān)系數(shù)，并有：，稱為相關(guān)系數(shù)，并有： 2122)()()()()(dttydttxdttytxxy式中假定式中假定x(t)x(t)、y(t)y(t)是不含直流分量是不含直流分量( (

22、信號(hào)均值為零信號(hào)均值為零) )的能量信號(hào)。分母的能量信號(hào)。分母部分是一個(gè)常量，分子部分是時(shí)移部分是一個(gè)常量，分子部分是時(shí)移的函數(shù)，反映了二個(gè)信號(hào)在時(shí)移中的的函數(shù)，反映了二個(gè)信號(hào)在時(shí)移中的相關(guān)性，稱為相關(guān)函數(shù)。因此相關(guān)函數(shù)定義為：相關(guān)性，稱為相關(guān)函數(shù)。因此相關(guān)函數(shù)定義為：dttytxRxy)()()( 計(jì)算時(shí)，令x(t)、y(t)二個(gè)信號(hào)之間產(chǎn)生時(shí)差，再相乘和積分，就可以得到時(shí)刻二個(gè)信號(hào)的相關(guān)性。連續(xù)變化參數(shù)，就可以得到x(t)、y(t)的相關(guān)函數(shù)曲線。相關(guān)函數(shù)具有如下性質(zhì)(1) 自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù) (2) 當(dāng)=0時(shí)，自相關(guān)函數(shù)具有最大值 (3) 周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)仍然是同頻率周期信號(hào)，但不具

23、有原信號(hào)相位信息。 (4) 兩周期信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)仍然是同頻率周期信號(hào)，但保留了原信號(hào)相位信息。 (5) 兩個(gè)非同頻率的周期信號(hào)互不相關(guān)。 (6) 隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)將隨|值增大而很快趨于零。相關(guān)函數(shù)描述了兩個(gè)信號(hào)或一個(gè)信號(hào)自身波形不同時(shí)刻的相關(guān)性（或相似程度）， 數(shù)字相關(guān)分析技術(shù)數(shù)字相關(guān)分析技術(shù)MATLAB算例：算例：Fs=5120;N=1024; dt=1.0/5120.0;T=dt*N;x=linspace(0,T,N);y=sin(2*3.14*50*x);plot(x,y);s=xcorr(y)x1=linspace(0,2*T,2*N-1);plot(x1,s); 虛擬儀器虛擬儀器是在計(jì)算機(jī)上是在計(jì)算機(jī)上顯示傳統(tǒng)儀器顯示傳統(tǒng)儀器面板，它將硬面板，它將硬件電路完成的件電路完成的信號(hào)調(diào)理和處信號(hào)調(diào)理和處理功能由計(jì)算理功能由計(jì)算機(jī)程序完成，這種硬件功能軟件化是虛擬儀器的機(jī)程序完成，這種硬件功能軟件化是虛擬儀器的一大特征。一大特征。五五 虛擬儀器虛擬儀器1.1.定義定義2.2.虛擬儀器的組成虛擬儀器的組成PXIVXIGPIB