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1、机械工程测试 第五章你现在浏览的是第一页，共38页 信号处理的基本步骤1.信号处理目的1)分离信、噪，提高信噪比;2)从信号中提取有用的特征信号;3)修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。2.信号处理类别 模拟信号处理 数字信号处理 你现在浏览的是第二页，共38页第一节 数字信号处理的一般步骤 处理的一般步骤1）予处理 (1)电压幅值调理 你现在浏览的是第三页，共38页(2)必要的滤波(3)隔离信号中的直流分量(4)对调制信号进行解调(5)剔除数据中的奇异点(6)分离趋势项2）模拟信号的 数字化，3）数字化处理，4）数字信号的模拟化，5）显示处理结果，或将结果送入其它设备你现
2、在浏览的是第四页，共38页 第二节 信号数字化的基本步骤与问题1.信号数字化的数学基础-DFT2.连续函数的傅立叶变换的处理过程：你现在浏览的是第五页，共38页你现在浏览的是第六页，共38页3.数字化中存在的问题及解决的方法 1)混频和采样定理 (1)混频及其产生原因 混频的频域特征及影响你现在浏览的是第七页，共38页你现在浏览的是第八页，共38页混频的时域特征你现在浏览的是第九页，共38页 (2)混频的消除方法 被采样的模拟信号x(t)应带宽有限 你现在浏览的是第十页，共38页采样频率应满足采样定理Fs2fmax你现在浏览的是第十一页，共38页2）量化及量化误差 *量化 把信号的瞬时值变为数
3、字量的过程，称为量化。量化由人工或A/D完成。*量化误差 模拟信号幅值量化时，其量化值经取舍而得，取舍时产生的误差即量化误差。对有舍有入的量化方式，采样值为区间 上均匀分布的随机变量，其平均误差 ，最大误差em=x/2,方差 ，标准差 。*提高量化精度的方法加大A/D转换器的位数你现在浏览的是第十二页，共38页3.截断 泄漏及削弱泄漏的措施1）泄漏现象你现在浏览的是第十三页，共38页2）削弱方式：（1）增长截断长度你现在浏览的是第十四页，共38页（2）采用不同的窗函数*对窗函数的基本要求是：窗谱的主瓣窄而高，以 提高分辨率；旁瓣要小，正、负交替接近相等。*常用的窗函数有：矩形窗、汉宁窗、三角窗
4、、指数窗你现在浏览的是第十五页，共38页 5.栅栏效应及其消除整周截取你现在浏览的是第十六页，共38页你现在浏览的是第十七页，共38页 第三节 相关分析及其应用1.两随机变量的相关性及相关系数你现在浏览的是第十八页，共38页2.自相关函数1）定义你现在浏览的是第十九页，共38页 2）性质（1）自相关函数与方差、均值有如下关系：（2）当0时，自相关函数取最大值 （3）均值为零且无周期信号的随机信号，其自相关函数在趋于无穷大时为零；你现在浏览的是第二十页，共38页 均值非零且无周期信号的随机信号，其自相关函数在趋于无穷大时为均值的平方，即（4）自相关函数是偶函数你现在浏览的是第二十一页，共38页
5、（5）周期信号的自相关函数为同频的周期函数，其幅值与原周期信号的幅值有关，但无原周期信号的相位信息。3）自相关函数的应用 （1）信号中的周期成分分析你现在浏览的是第二十二页，共38页（2）信号类型识别你现在浏览的是第二十三页，共38页3.互相关函数1）定义你现在浏览的是第二十四页，共38页2）性质（1）互相关函数非偶函数；（2）0时的函数值并非最大，函数值最大点对应的值表示了两信号错位多大时差时，其相关程度最高你现在浏览的是第二十五页，共38页（3）均值为零的两独立随机变量x(t)、y(t)，对一切，其互相关函数为零；（4）两信号x(t)和y(t)，若两者中无同频周期成分或直流成分，则 ；若有
6、直流成分，则 ；若有同频周期成分，则 中有该频率的周期成分。即同频率相关，不同频不相关。你现在浏览的是第二十六页，共38页4）互相关函数的工程应用 1）相关滤波 2）相关探测你现在浏览的是第二十七页，共38页2）相关测速你现在浏览的是第二十八页，共38页4）寻求振动源你现在浏览的是第二十九页，共38页 第四节 功能谱分析及其应用 1.自功率谱密度函数（自谱）1）定义 2）自功率谱的物理意义你现在浏览的是第三十页，共38页 3）性质（1）自谱是偶函数，图形对称于纵轴；（2）自谱包含自相关的信息，可用于描述信号的相关性；（3）信号的自谱与其傅氏变化间存在如下关系你现在浏览的是第三十一页，共38页4
7、）自功率谱密度Sx(f)反映信号的频域结构，与幅值谱 一致，但自谱所反映的是信号幅值的平方，因此其频域结构特征更明显你现在浏览的是第三十二页，共38页 2.互功率谱密度函数（互谱）1）定义 2）性质 （1）互谱中包含了互相关的所有信息，不同的是，互相关是在时差域中，而互谱是频域上。你现在浏览的是第三十三页，共38页（2）互谱一般为复数，非奇非偶（因为互相关为非奇非偶实函数），有虚、实两部分。互谱可写成如下形式：3.功率谱的应用 1）求取系统的频响特性；你现在浏览的是第三十四页，共38页2）故障判断和分析你现在浏览的是第三十五页，共38页 3）排除噪声干扰；4）判断信号中有无周期成分；5）确定构件的载荷谱 你现在浏览的是第三十六页，共38页4.相干函数（凝聚函数）及其应用 1）定义 2）含义 相干函数从频域上描述了系统的输入信号和输出信号之间的因果性，即输出信号的功率谱中有多少是输入量所引起的响应。或者说，两信号在哪些频率成分上相关，哪些频率成分上不相关。你现在浏览的是第三十七页，共38页2）应用你现在浏览的是第三十八页，共38页