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1、11.0序(Introduction)1.1信號的分類(SignalClassification)1.2信號的描述(SignalDescription)1.3幾種典型信號的頻譜(SeveralTypicalSignal’sSpectrum)1.4隨機信號的描述(DescriptionoftheRandomSignal)信息是事物存在方式和運動狀態(tài)的特征。測試工作是按一定的目的和要求,獲取感興趣的、有限的某些特定信息。信號是信息的載體。工程測試就是信號的獲取、加工、處理、顯示記錄及分析的過程。本章主要介紹信號及其描
2、述的內(nèi)容。1.0序(Introduction)信號(signal):隨時間或空間變化的物理量。信號是信息的載體,信息是信號的內(nèi)容。依靠信號實現(xiàn)電、光、聲、力、溫度、壓力、流量等的傳輸電信號易于變換、處理和傳輸,非電信號?電信號。信號分析與處理(signalanalysisandprocessing)不考慮信號的具體物理性質(zhì),將其抽象為變量之間的函數(shù)關(guān)系,從數(shù)學(xué)上加以分析研究,從中得出具有普遍意義的結(jié)論。2信號無處不在通信古老通信方式:烽火、旗語、信號燈。近代通信方式:電報、電話、無線通訊。現(xiàn)代通信方式:計算機網(wǎng)絡(luò)
3、通信、視頻電視傳播、衛(wèi)星傳輸、移動通信。序(2/6)3000110100111110001100101010101110110010100011000摩爾碼4序(3/6)故障診斷5序(4/6)心電圖波形醫(yī)學(xué)6序(5/6)生物醫(yī)學(xué)信號處理應(yīng)用舉例濾波以前干擾嚴重濾波以后干擾去除7序(6/6)1.1信號的分類(SignalClassification)根據(jù)信號隨時間的變化規(guī)律分為:確定性信號和非確定性信號8信號1確定性信號和非確定性信號(1)能用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式或圖象表達的信號稱為確定性信號。確定性信號分為周期信號和
4、非周期信號。單自由度的無阻尼質(zhì)量-彈簧振動系統(tǒng)位移信號9信號的分類(2/13)周期信號(1)特點:信號按一定時間間隔周而復(fù)始重復(fù)出現(xiàn)。數(shù)學(xué)表達式為:x(t)=x(t+nTo)T0=2π/ω0=1/f0;ω0為角頻率,f0為頻率正弦波信號波形10信號的分類(3/13)周期信號(2)諧波信號——頻率單一的正、余弦信號一般周期信號——由多個乃至無窮多個頻率成分(頻率不同的諧波分量)疊加所組成,疊加后存在公共周期。如周期方波、周期三角波等。11信號的分類(4/13)正弦信號的特征參數(shù)(1)按諧波成分多少,周期信號分為簡諧
5、周期信號和復(fù)雜周期信號。正弦信號的數(shù)學(xué)表達式為:12周期信號常用均值、絕對均值、均方值、均方根值、平均功率和相關(guān)函數(shù)來表示。其數(shù)學(xué)表達式分別為:均值絕對均值信號的分類(5/13)正弦信號的特征參數(shù)(2)均方值13均方根值平均功率相關(guān)函數(shù)信號的分類(6/13)非周期信號—準周期信號非周期信號分為準周期信號和非周期信號。多個頻率成分疊加的信號,但頻率之比不是有理數(shù),疊加后不存在公共周期。柴油機振動信號14信號的分類(7/13)一般非周期信號(瞬變非周期信號)一般非周期信號特點:在有限時間段存在,或隨著時間的增加而幅值
6、衰減至零的信號。如;電容放電、試件斷裂、衰減振蕩信號等。15信號的分類(8/13)思考?某鋼廠減速機上測得的振動信號波形(測點3)如圖所示,其基本波形屬于何種信號?近似的看作為周期信號16信號的分類(9/13)(2)非確定性信號(隨機信號)無法用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式表達。其幅值、相位變化是不可預(yù)知的,所描述的物理現(xiàn)象是一種隨機過程。如分子熱運動,環(huán)境的噪聲等,分為平穩(wěn)隨機信號和非平穩(wěn)隨機信號。加工過程中螺紋車床主軸受環(huán)境影響的振動信號波形17信號的分類(10/13)2連續(xù)信號和離散信號根據(jù)信號的連續(xù)性分為連續(xù)時間信號
7、和離散信號。若信號的獨立變量取值連續(xù),則是連續(xù)信號若信號的獨立變量取值離散,則是離散信號18信號的分類(11/13)連續(xù)信號和離散信號示意圖19信號的分類(12/13)t0連續(xù)信號t0離散信號3能量信號和功率信號能量信號:在所分析的區(qū)間(-∞,∞),能量有限值的信號,滿足條件:功率信號:若x(t)在區(qū)間(-∞,∞)的能量無限,但在有限區(qū)間(-T/2,T/2)滿足平均功率有限的條件的信號。如周期信號、常值信號等。20信號的分類(13/13)1.2信號的描述(SignalDescription)信號的時域表述—以時間
8、作為獨立變量,反映信號幅值隨時間變化。信號的頻域表述—揭示信號的頻率結(jié)構(gòu)特征。頻率作為獨立變量,反映信號各頻率成分的幅值和相位特征。頻域頻譜分析時域時域圖幅頻譜圖頻譜圖相頻譜圖211周期信號的描述周期信號可以利用傅里葉級數(shù)展開成不同頻率的諧波信號的線性疊加。傅里葉級數(shù)展開三角函數(shù)展開式復(fù)指數(shù)展開式22信號的描述(2/53)(1)三角函數(shù)展開式滿足狄里赫勒條件(區(qū)間分段單調(diào)