机械工程测试第五章精选PPT.ppt

机械工程测试 第五章第1页，此课件共38页哦 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 第2页，此课件共38页哦第一节 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 第3页，此课件共38页哦(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第4页，此课件共38页哦 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：第5页，此课件共38页哦第6页，此课件共38页哦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第7页，此课件共38页哦第8页，此课件共38页哦混频的时域特征第9页，此课件共38页哦 (2)混频的消除方法 被采样的模拟信号x(t)应带宽有限 第10页，此课件共38页哦采样频率应满足采样定理Fs2fmax第11页，此课件共38页哦2）量化及量化误差 *量化 把信号的瞬时值变为数字量的过程，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转换器的位数第12页，此课件共38页哦3.截断 泄漏及削弱泄漏的措施1）泄漏现象第13页，此课件共38页哦2）削弱方式：（1）增长截断长度第14页，此课件共38页哦（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、指数窗第15页，此课件共38页哦 5.栅栏效应及其消除整周截取第16页，此课件共38页哦第17页，此课件共38页哦 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第18页，此课件共38页哦2.自相关函数1）定义第19页，此课件共38页哦 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；第20页，此课件共38页哦 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第21页，此课件共38页哦 （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第22页，此课件共38页哦（2）信号类型识别第23页，此课件共38页哦3.互相关函数1）定义第24页，此课件共38页哦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，其相关程度最高第25页，此课件共38页哦（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。第26页，此课件共38页哦4）互相关函数的工程应用 1）相关滤波 2）相关探测第27页，此课件共38页哦2）相关测速第28页，此课件共38页哦4）寻求振动源第29页，此课件共38页哦 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第30页，此课件共38页哦 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第31页，此课件共38页哦4）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第32页，此课件共38页哦 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。第33页，此课件共38页哦（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；第34页，此课件共38页哦2）故障判断和分析第35页，此课件共38页哦 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 第36页，此课件共38页哦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。第37页，此课件共38页哦2）应用第38页，此课件共38页哦