工程测试技术.ppt
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1、工程测试技术 第二章 信号分析基础,本章学习要求: 了解信号分类方法; 掌握信号时域波形分析方法; 掌握信号时差域相关分析方法; 掌握信号频域频谱分析方法; 了解其它信号分析方法。,工程测试技术 华中科技大学材料学院,2,本章目录,2.1 信号的分类与描述 2.2 信号的时域波形分析 2.3 信号的时差域相关分析 2.4 信号的频域分析 2.5 卷积分,工程测试技术 华中科技大学材料学院,3,2.1 信号的分类与描述,信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的,也就是根据被测信号信号幅度随时间的变化历程来划分。,工程测试技术 华中科技大学材料学院,4,2.1 信号的分类,从信号描述上-确定性信号
2、与非确定性信号 从信号的幅值和能量上-能量信号与功率信号 从分析域上-时域信号与频域信号 从连续性上-连续时间信号(模拟信号)与离散时间信号(数字信号) 从可实现性上-物理可实现信号与物理不可实现信号,工程测试技术 华中科技大学材料学院,5,2.2 信号的时域分析,1周期 - T,频率 - f=1/T 峰值 - P 双峰值 - Pp-p,工程测试技术 华中科技大学材料学院,6,统计变量,工程测试技术 华中科技大学材料学院,7,2.3 信号的时差域相关分析,1. 变量相关的概念 统计学中用相关系数来描述变量x,y之间的相关性。是两随机变量之积的数学期望,称为相关性,表征了x、y之间的关联程度。,
3、工程测试技术 华中科技大学材料学院,8,2. 波形变量相关的概念(相关函数 ),x(t),y(t),如果所研究的变量x, y是与时间有关的函数,即x(t)与y(t),二者之间是否存有关联?信号的相关描述又称信号的时差描述。它的特点是在广义积分平均时,将信号作了恰当时延,从而反映信号取值的大小及先后的影响。,工程测试技术 华中科技大学材料学院,9,相关函数反映了二个信号在时移中的相关性。信号的互相关函数定义为:,Rxy()与Ryx()是两个不同函数, Rxy()=Ryx(-) 。 均值为零的两个统计独立的随机信号其Rxy()=0。,1). 信号的相关函数,工程测试技术 华中科技大学材料学院,10
4、,2). 相关函数系数,由于信号x(t)和y(t)本身的取值大小直接影响了相关函数的大小,因而在比较不同的成对信号相关程度时,仅视其相关函数值大小是不确切的。一对弱信号虽然相关程度很高,但相关函数值很小:反之,一对强信号虽然相关程度很低,但相关函数值却很大为了避免信号本身幅值对其相关程度度量的影响。引入一个无量纲的相关系数,其定义,xy()=1说明x(t)和y(t)完全相关;xy()= 0说明x(t)和y(t)完全不相关;0xy()1说明x(t)和y(t)部分相关,工程测试技术 华中科技大学材料学院,11,令x(t)、y(t)二个信号之间产生时差,再相乘和积分,就可以得到时刻二个信号的相关性。
5、,图例,自相关函数:x(t)=y(t),3). 算法,工程测试技术 华中科技大学材料学院,12,4). 相关函数的性质,相关函数描述了两个信号间或信号自身不同时刻的相似程度,通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西。,1). 自相关函数是 的偶函数,RX()=Rx(-); 2). 当 =0 时,自相关函数具有最大值。 3). 周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号,但不保留原信号的相位信息。 4). 随机噪声信号的自相关函数将随 的增大快速衰减。 一般认为,当时,X(t)与X(t+)相互独立, RX() 0 5). 两同频率周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号,且保留了原信号的相位
6、信息。 6). 两个非同频率的周期信号互不相关。,工程测试技术 华中科技大学材料学院,13,5). 相关分析的工程应用,案例一:机械加工表面粗糙度自相关分析,性质3,性质4:提取出回转误差等周期性的故障源。,被测工件,相关分析,工程测试技术 华中科技大学材料学院,14,案例二:自相关测转速,性质3,性质4:提取周期性转速成分。,工程测试技术 华中科技大学材料学院,15,案例二:地下输油管道漏损位置的探测,工程测试技术 华中科技大学材料学院,16,案例四:地震位置测量,工程测试技术 华中科技大学材料学院,17,2.4 信号的频域分析,李娜- “青藏高原” 庞龙- “两只蝴蝶”,对初次接触频域这一
7、概念的人来说,频域一词即陌生又奇怪。实际上,它是我们生活中一个非常重要的组成部分。人的耳-脑组合就是一台极出色的频域分析仪。通过耳-脑人们可将声音频谱细分为小的频段并区分出不同频段的强弱,也可以从嘈杂的噪音听到小的声音。,工程测试技术 华中科技大学材料学院,18,时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况,除单频率分量的简谐波外,很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。,图例:受噪声干扰的多频率成分信号,工程测试技术 华中科技大学材料学院,19,小信号湮灭,工程测试技术 华中科技大学材料学院,20,The Frequency Domain: A Natural Domain,At firs
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