第3章-工程信號(hào)及其可測(cè)性分析-檢測(cè)技術(shù)與儀器-工程測(cè)試技術(shù)-教學(xué)課件

3.1概述信號(hào)是信息的載體，是工程測(cè)試的對(duì)象。工程測(cè)試中需考慮的問題：①不失真的獲取被測(cè)信號(hào)②測(cè)量系統(tǒng)要具有高的性價(jià)比●激勵(lì)（excitation）：測(cè)量系統(tǒng)的輸入量。●響應(yīng)（response）：測(cè)量系統(tǒng)的輸出量?！袷д妫簻y(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)與激勵(lì)的不相似了…解釋“相似”。理想的測(cè)量系統(tǒng)：響應(yīng)與激勵(lì)相似==

與下列因素有關(guān)：①與測(cè)量系統(tǒng)的特性有關(guān)（將在下一章具體討論）；②與的復(fù)雜程度有關(guān)。

有必要了解工程信號(hào)的特點(diǎn)及分析方法。信號(hào)分析的主要作用：①分析被測(cè)信號(hào)的類別、構(gòu)成及特征參數(shù)，使工程測(cè)試人員了解被測(cè)對(duì)象的特征參量，以便深入了解被測(cè)對(duì)象內(nèi)在的物理本質(zhì)—被測(cè)對(duì)象的信息。②為正確選用和設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)提供依據(jù)。如對(duì)信號(hào)的有效頻帶進(jìn)行分析，確定相應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的工作頻帶。3.2工程信號(hào)的分類●根據(jù)信號(hào)隨時(shí)間變化的情況可分為：

動(dòng)態(tài)信號(hào)：隨時(shí)間變化的信號(hào)。

靜態(tài)信號(hào)：不隨時(shí)間變化的信號(hào)。（本章主要討論動(dòng)態(tài)信號(hào)）●根據(jù)信號(hào)源的確定性可分為：

確定性信號(hào)

非確定性信號(hào)（隨機(jī)信號(hào)）3.2.1確定性信號(hào)1、定義：

由確定性對(duì)象（信號(hào)源）發(fā)出的信號(hào)。例：單自由度質(zhì)量彈簧系統(tǒng)作無阻尼自由振動(dòng)時(shí)的位移：mk2、特點(diǎn)：變化規(guī)律由信號(hào)源的可控參數(shù)確定。3、分類：根據(jù)信號(hào)的波形是否重復(fù)再現(xiàn)可分為：●周期信號(hào)

●非周期信號(hào)

●直流信號(hào)——特例，最簡單的信號(hào)（包含的信息量也最小。不隨時(shí)間變化）1）周期信號(hào)（定義）●按一定周期重復(fù)的信號(hào)。周期T定義。頻率（f）、圓頻率（）定義。分類：簡諧周期信號(hào)：復(fù)雜周期信號(hào)：由若干頻率之比為有理數(shù)的正弦信號(hào)組合而成的周期信號(hào)。x(t)t02）非周期信號(hào)特點(diǎn)：沒有重復(fù)周期。分類：無限延續(xù)的信號(hào)、瞬態(tài)信號(hào)（時(shí)限信號(hào)）?！駵?zhǔn)周期信號(hào)：準(zhǔn)周期信號(hào)是由一些不同頻率的簡諧信號(hào)合成的，組成它的簡諧分量的頻率之比不全為有理數(shù)。x(t)t0

實(shí)際意義不大！——在實(shí)用的精度范圍內(nèi)，它就是周期信號(hào)。瞬態(tài)信號(hào)(時(shí)限信號(hào))特點(diǎn)：只在有限的時(shí)域取值，而在其余時(shí)域數(shù)值為０．瞬態(tài)量與周期信號(hào)相比：周期為無窮大１x（t）t（瞬態(tài)量例１）x（t）t（瞬態(tài)量例２）tx（t）（瞬態(tài)量例３）■直流信號(hào)特點(diǎn)：幅值不隨時(shí)間變化的信號(hào)，實(shí)質(zhì)上是頻率為０的周期信號(hào)。分類（方法２）按取值情況分：連續(xù)信號(hào)、離散信號(hào)?！鲞B續(xù)信號(hào)離散信號(hào)t（連續(xù)信號(hào)例）０x（t）●●●●●x（t）t０

3.2.2不確定信號(hào)（隨機(jī)信號(hào)）

1、定義

不能宏觀控制其變化規(guī)律的信號(hào)，都可稱之為隨機(jī)信號(hào)。２、統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)隨機(jī)信號(hào)具有隨機(jī)特性，每次觀測(cè)的結(jié)果都不相同，無法獲得其時(shí)域變化規(guī)律—因?yàn)椴淮嬖谝?guī)律。但大部分隨機(jī)信號(hào)都可用概率統(tǒng)計(jì)的方法提煉出一些統(tǒng)計(jì)特征量，這些特征量往往可以可以描述信號(hào)（其實(shí)是信號(hào)源）的規(guī)律。

３、分類按概率統(tǒng)計(jì)特征可分為：平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)、非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)■平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)：隨機(jī)信號(hào)中統(tǒng)計(jì)特征量不隨時(shí)間變化的信號(hào)?！龇瞧椒€(wěn)隨機(jī)信號(hào)：隨機(jī)信號(hào)中統(tǒng)計(jì)特征量隨時(shí)間變化的信號(hào)。3.2.3工程信號(hào)的描述方法１、時(shí)域描述定義：以時(shí)間作為獨(dú)立變量，信號(hào)幅值為時(shí)間的函數(shù)。特點(diǎn)：直觀。２、頻域描述定義：以頻率作為獨(dú)立變量，信號(hào)幅值、相位為頻率的函數(shù)。特點(diǎn)：揭示了信號(hào)的頻率組成。x（f）f０（幅值－頻率）φ（f）f（相位－頻率）3.3周期信號(hào)描述及分析

周期信號(hào)是按一定的時(shí)間間隔T不斷重復(fù)的量，（n=1、2、…

）周期信號(hào)可分為簡單周期信號(hào)及復(fù)雜周期信號(hào)。3.3.1簡單周期信號(hào)1.數(shù)學(xué)描述式中說明：x（t）t０（時(shí)域描述）●０x（f）f（頻域描述—幅值）

3.3.2復(fù)雜周期信號(hào)如：x（t）t…復(fù)雜周期信號(hào)例（1）…x（t）t復(fù)雜周期信號(hào)例（2）1.分析方法1）借助于傅里葉級(jí)數(shù)2）狄里赫利（Dirichlet）條件根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)理論，在有限區(qū)間上，任何可展開成傅里葉級(jí)數(shù)的周期函數(shù)必須滿足狄里赫利條件，即①函數(shù)x(t)在周期T區(qū)間上連續(xù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)；②函數(shù)x(t)只有有限個(gè)極值點(diǎn)；③函數(shù)收斂。

2）將組成的各頻率諧波信號(hào)的三要素幅值譜圖（AmplitudeSpectrum）以圓頻率（或頻率f）為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為幅值的圖Anω0(f0)ω(f)ω2(f2)0●●●●●●

相位譜圖（PhaseSpectrum）以圓頻率（或頻率f）為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為幅值的圖說明：

■幅值譜圖和相位譜圖均由一系列譜線組成，每一個(gè)譜線組成對(duì)應(yīng)周期量的一個(gè)諧波。●●●●●●●ω1ω2ω3ω(f)φ(n)■物理解釋3、分析舉例例3-1用圓頻率為的正弦信號(hào)對(duì)圓頻率為的正弦載波進(jìn)行幅值調(diào)制，得到的調(diào)幅波的時(shí)域表示形式為：求：調(diào)幅波的頻譜

解：由三角公式得：

可見：調(diào)幅波是由兩個(gè)正弦分量合成的，它們是等幅的。分布在載波的兩側(cè)，一個(gè)頻率為載波與調(diào)制頻率之差，另一個(gè)為

3.6典型激勵(lì)信號(hào)描述

激勵(lì)信號(hào)在測(cè)試信號(hào)的分析中起著重要的作用。工程測(cè)試中常通過施加激勵(lì)信號(hào)來求取系統(tǒng)的沖激響應(yīng)或階躍響應(yīng)等，以獲得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)或傳感器的靈敏度等