傳感與測試技術 教學課件 作者 978-7-302-28748-3第2章 測試技術基礎.ppt

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1、2021/9/181第2章測試技術基礎BasicKnowledgeofTestingTechnology第2章測試技術基礎2.1信號分析基礎2.1.1信號分類2.1.2信號的頻譜分析2.1.3信號的強度描述2.2測試系統(tǒng)性能分析2.2.1測試系統(tǒng)的一般數(shù)學模型2.2.2測試系統(tǒng)的特性與指標2.2.3不失真測量2.1信號的分析基礎一個信號(signal)或，可以代表一個實際信號，也可以是一個數(shù)學上的函數(shù)（function）或序列（sequence）。比如，它既是正弦信號，也是正弦函數(shù)。而數(shù)字化了的語音信號序列則是蘊含了人類語音信息的語音信號，同時在數(shù)學上也可以看成是一個序列?，F(xiàn)實世界中

2、的信號有兩種：自然和物理信號；人工產(chǎn)生信號經(jīng)自然作用和影響而形成的信號；2.1.1信號分類1.確定性信號和隨機信號若信號可以由一確定的數(shù)學表達式所表示，或者信號的波形是唯一確定的，這種信號就是確定性信號。反之，如果信號具有不可預知的不確定性，則稱之為隨機信號或不確定信號。2.周期信號和非周期信號周期信號：2.1.1信號分類準周期信號3.時間連續(xù)信號和時間離散信號在自變量的整個連續(xù)區(qū)間內(nèi)都有定義的信號是時間連續(xù)信號或連續(xù)時間信號(continuous-timesignal)，簡稱連續(xù)信號。僅在一些離散的點上才有定義的信號稱為時間離散信號或離散時間信號(discrete-timesign

3、al)，簡稱離散信號。2.1.1信號分類4.模擬信號和數(shù)字信號模擬信號(analogsignal)是指定義域或值域均連續(xù)的信號，因此模擬信號肯定是時間連續(xù)的。數(shù)字信號(digitalsignal)是指定義域和值域均離散的信號，因此數(shù)字信號肯定是時間離散的。數(shù)字信號一般都是通過把模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉換(analog-to-digitalconversion，ADC)后得到。2.1.1信號分類5.因果信號和非因果信號如果一個信號只在自變量的非負半軸左閉區(qū)間才取非零值，而在開區(qū)間內(nèi)取值均為0，那么這樣的信號就稱為因果信號(causalsignal)，否則就稱為非因果信號。6.能量信號和功率信

4、號如果一個信號其能量是有限的，即，則稱之為能量有限信號(energy-limitedsignal)，簡稱能量信號。2.1.1信號分類對于能量無限的信號，如非零周期信號，我們往往研究它的功率。信號的功率分別定義為：如果信號是周期信號，且周期為，那么其功率為若信號的功率是有限的，即，則稱之為功率有限信號(power-limitedsignal)，簡稱功率信號。2.1.1信號分類7.實信號和復信號信號取值為實數(shù)的信號稱為實值信號(real-valuedsignal)，簡稱實信號；而取值為復數(shù)的信號稱為復值信號(complex-valuedsignal)，簡稱復信號。為原函數(shù)的角頻率，、、為

5、傅里葉系數(shù)。2.1.2信號的頻譜分析周期信號的傅里葉級數(shù)(1)傅里葉級數(shù)的基本形式2.1.2信號的頻譜分析周期信號的傅里葉級數(shù)(2)傅里葉級數(shù)的正弦形式2.1.2信號的頻譜分析周期信號的傅里葉級數(shù)(3)傅里葉級數(shù)的指數(shù)形式歐拉公式：2.1.2信號的頻譜分析周期信號的傅里葉級數(shù)(3)傅里葉級數(shù)的指數(shù)形式2.1.2信號的頻譜分析周期信號的傅里葉級數(shù)(4)傅里葉級數(shù)的指數(shù)形式2.1.2信號的頻譜分析周期信號的傅里葉級數(shù)(4)傅里葉級數(shù)的指數(shù)形式例2.1已知周期信號繪出該信號的頻譜圖。解1只要將直接展開成傅里葉級數(shù)，即得到正弦和余弦的線性組合，就可以直接得到傅里葉級數(shù)的系數(shù)。為了表示各頻率點

6、的幅度，需要計算對應點的幅度信息，即解2只要將按照復指數(shù)信號的線性組合方式直接展開，就可以直接得到傅里葉級數(shù)的系數(shù)。根據(jù)歐拉公式，有2.1.2信號的頻譜分析非周期信號的傅里葉變換(1)非周期信號的頻譜頻譜密度函數(shù)式中，其中為的偶部，為的奇部。若對信號作奇偶分解，即(2)幾種非周期信號的傅里葉變換2.1.2信號的頻譜分析非周期信號的傅里葉變換單位脈沖信號單位直流信號單位直流信號可以看成是雙邊指數(shù)信號時的極限，即單位階躍信號符號函數(shù)矩形脈沖信號高斯信號指數(shù)函數(shù)單邊指數(shù)衰減函數(shù)指數(shù)函數(shù)偶雙邊指數(shù)衰減函數(shù)指數(shù)函數(shù)虛指數(shù)信號虛指數(shù)信號的傅里葉變換為指數(shù)函數(shù)復指數(shù)信號對復指數(shù)信號峰-峰值是信號在

7、一個周期內(nèi)的最大幅值與最小幅值之差。峰值用于描述信號在時域中出現(xiàn)的最大瞬時幅值。2.1.2信號的頻譜分析(1)峰值與峰-峰值(2)均值與絕對均值2.1.2信號的頻譜分析(3)有效值(4)平均功率測量系統(tǒng)的輸入量和輸出量之間的關系可以用下述的微分方程描述：2.2測試系統(tǒng)性能分析2.2.1測試系統(tǒng)的一般數(shù)學模型1.微分方程均為與傳感器結構有關的常數(shù)2.2.1測試系統(tǒng)的一般數(shù)學模型2.傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)表達了線性測量系統(tǒng)的輸入量與輸出量之間的關系。只要知道三者中任