機(jī)械工程測(cè)試·信息·信號(hào)分析-課件ch.ppt

04:27,1,MEASUREMENTINFORMATIONSIGNALANALYSISINMECHANICALENGINEERING,機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械電子信息工程系軒建平李錫文,機(jī)械工程測(cè)試信息信號(hào)分析,04:27,2,課件資料下載：郵箱地址：jxgccs“機(jī)械工程測(cè)試”每個(gè)字拼音的第一個(gè)字母密碼：111111注意下載時(shí)不要?jiǎng)h除原始文件,04:27,3,一、課程簡(jiǎn)介,名稱：機(jī)械工程測(cè)試信息信號(hào)分析測(cè)試具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量工程測(cè)試工程中物理量為研究對(duì)象的測(cè)試機(jī)械工程測(cè)試應(yīng)用背景廣泛的機(jī)械領(lǐng)域信息事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和方式信號(hào)信息的載體信號(hào)分析研究信號(hào)的構(gòu)成和特征以信息為核心，研究工程中信息的獲取。課程的理論基礎(chǔ)：信息理論。主要研究?jī)?nèi)容：工程信息的獲取、傳輸、轉(zhuǎn)換、分析、變換、處理、顯示及應(yīng)用。,04:27,4,教材,教材1盧文祥，杜潤(rùn)生。機(jī)械工程測(cè)試信息信號(hào)分析（第二版），武漢：華中科技大學(xué)出版社，1999.8。2盧文祥，杜潤(rùn)生。機(jī)械工程測(cè)試信息信號(hào)分析習(xí)題例解，華中科技大學(xué)教材科，2003。,04:27,5,參考資料及相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí),參考資料TP14信息、信號(hào)類TN911信號(hào)系統(tǒng)類相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)1.積分變換2.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)3.隨機(jī)過(guò)程聯(lián)系地址電話：軒建平東三樓2218755741513886035139李錫文東一樓331A8755900418971072799,04:27,6,內(nèi)容安排,（一）信息論基礎(chǔ)第三章第四章5161（二）信號(hào)分析第二章52536265第七章第八章第九章第十章（三）信號(hào)分析設(shè)備第十一章（四）機(jī)械工程中的信號(hào)分析技術(shù)第十二章（五）實(shí)驗(yàn)MatlabMiniDRVI何嶺松教授幾個(gè)專題：高階統(tǒng)計(jì)分析；非線性、非平穩(wěn)信號(hào)處理（時(shí)頻、小波分析、Hilbert-Huang變換）,04:27,7,考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)成績(jī)20%作業(yè)20%實(shí)驗(yàn)？期末考試60%考試方式待定,04:27,8,二、工程測(cè)試方法,測(cè)試對(duì)象的特征動(dòng)態(tài)被測(cè)量是時(shí)間t的函數(shù)f(t)測(cè)試方法非電量電測(cè)法,04:27,9,例：電機(jī)振動(dòng)測(cè)量及頻譜分析,04:27,10,圖電動(dòng)機(jī)在線識(shí)別,在某電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上，利用響應(yīng)頻譜診斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在線自動(dòng)識(shí)別、分類的過(guò)程。,例：電機(jī)故障診斷,04:27,11,例：電機(jī)故障診斷實(shí)驗(yàn)步驟,具體檢測(cè)步驟如下：（1）將裝有微型加速度計(jì)的測(cè)頭接觸傳送帶上運(yùn)送的電動(dòng)機(jī)；（2）檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)放大器后輸入FFT分析儀；（3）將檢測(cè)得的振動(dòng)頻譜與預(yù)先在分析儀中設(shè)定的判別譜進(jìn)行比較；（4）進(jìn)行合格與否判斷，輸出判斷信號(hào)。,04:27,12,例：電機(jī)故障診斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果,上圖分別為典型合格品與廢品的振動(dòng)頻譜。圖中可看出，廢品的頻譜圖中往往在某一頻率有較大的幅值。,04:27,13,第二章信號(hào)分析基礎(chǔ),主要內(nèi)容一、信號(hào)的概念二、信號(hào)的描述三、信號(hào)的分類四、信號(hào)處理的目的、步驟五、典型信號(hào)介紹六、信號(hào)的基本運(yùn)算七、信號(hào)的分解,04:27,14,一、信號(hào)的概念,信號(hào)是反映（或載有）信息的各種物理量，是系統(tǒng)直接進(jìn)行加工、變換以實(shí)現(xiàn)通信的對(duì)象。信號(hào)是信息的表現(xiàn)形式，信息則是信號(hào)的具體內(nèi)容。傳輸信息的載體稱為信號(hào)自然和物理信號(hào)例如：語(yǔ)音、圖象、地震信號(hào)、生理信號(hào)等,04:27,15,一、信號(hào)的概念,自然和物理信號(hào)例如：語(yǔ)音、圖象、地震信號(hào)、生理信號(hào)等,圖正常心音時(shí)域波形圖,圖房室隔缺損病人心音時(shí)域波形圖,04:27,16,一、信號(hào)的概念,人工產(chǎn)生的信號(hào)例如：雷達(dá)信號(hào)、通訊信號(hào)、醫(yī)用超聲信號(hào)、機(jī)械探傷信號(hào)等,04:27,17,二、信號(hào)描述方法-數(shù)學(xué),數(shù)學(xué)描述使用具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式，把信號(hào)描述為一個(gè)或若干個(gè)自變量的函數(shù)或序列的形式。,因此，?？蓪ⅰ靶盘?hào)”與“函數(shù)”和“序列”等同起來(lái),04:27,18,信號(hào)描述方法-時(shí)域波形,波形描述函數(shù)的圖象稱為波形用被測(cè)物理量的強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，用時(shí)間做橫坐標(biāo)，記錄被測(cè)物理量隨時(shí)間的變化情況。橫坐標(biāo)為時(shí)間或整數(shù)。,04:27,19,信號(hào)描述方法-波形繪制,04:27,20,信號(hào)描述方法-頻譜圖,橫坐標(biāo)為頻率：(),f,04:27,21,信號(hào)描述方法-時(shí)頻分析,時(shí)間,頻率,能量,STFT,Theinstantaneousfrequencyincreaseslinearlywithtime,04:27,22,信號(hào)描述方法-時(shí)頻分析,1,信號(hào)由三個(gè)不同頻率的正弦波組成，但頻率在不同的時(shí)候存在,時(shí)間,頻率,04:27,23,信號(hào)描述方法-時(shí)頻分析,弓頭鯨發(fā)出聲音的聯(lián)合時(shí)頻分布曲線,時(shí)間,頻率,能量,04:27,24,三、信號(hào)的分類,1.按能否用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述分類確定性信號(hào)非確定性信號(hào)2.按信號(hào)的功率和能量是否有限分類功率信號(hào)能量信號(hào)3.按函數(shù)的自變量存在范圍分類時(shí)限信號(hào)頻限信號(hào)物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)4.按自變量是否連續(xù)分類連續(xù)信號(hào)離散信號(hào),04:27,25,三、信號(hào)的分類,FS,FT,功率譜,按能否用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述分類,04:27,26,三、信號(hào)的分類,確定信號(hào)與非確定性信號(hào)要點(diǎn)：給定的自變量的值，是否可以唯一確定信號(hào)的取值。區(qū)分方法：任意給定一個(gè)自變量的值，如果可以唯一確定其信號(hào)和取值，則該信號(hào)是確定信號(hào)，否則，如果取值是確定的隨機(jī)值，則是隨機(jī)信號(hào)。非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)是非確定性信號(hào)。,04:27,27,三、信號(hào)的分類,周期信號(hào)與非周期信號(hào)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)，滿足條件T周期，T2/0,0基頻;n0，土l，.周期T(正值)，最小T值。非周期信號(hào)可以視為是周期T無(wú)窮大。例，機(jī)械系統(tǒng)回轉(zhuǎn)體不平衡引起的振動(dòng)信號(hào)是周期性的。,簡(jiǎn)單周期信號(hào):正余弦信號(hào),復(fù)雜周期信號(hào),04:27,28,三、信號(hào)的分類,非周期信號(hào)瞬變非周期信號(hào)非周期信號(hào)往往具有瞬變性。,準(zhǔn)周期信號(hào)組成信號(hào)的各頻率相互間不是公倍關(guān)系，合成信號(hào)不滿足周期條件,04:27,29,三、信號(hào)的分類,瞬態(tài)信號(hào):持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)，如,04:27,30,三、信號(hào)的分類,非確定性信號(hào),噪聲信號(hào)(平穩(wěn)),04:27,31,三、信號(hào)的分類,非確定性信號(hào)-平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)不隨時(shí)間變化的隨機(jī)信號(hào)，概率密度函數(shù)為正態(tài)分布集平均與子集平均,04:27,32,三、信號(hào)的分類,平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)-各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)若一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的集平均等于任一子集的時(shí)間平均值，則稱為各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)。,集平均,04:27,33,三、信號(hào)的分類,時(shí)間連續(xù)信號(hào)與時(shí)間離散信號(hào)信號(hào)的自變量是否在整個(gè)連續(xù)區(qū)間內(nèi)都有定義?,定義域連續(xù)？,NO,時(shí)間離散信號(hào),YES,時(shí)間連續(xù)信號(hào),通常被稱為“序列”,時(shí)間連續(xù)信號(hào):在所有時(shí)間點(diǎn)上有定義,04:27,34,三、信號(hào)的分類,模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)的定義域和值域都有是連續(xù)的；數(shù)字信號(hào)在定義域和值域都是離散的。,適合于計(jì)算機(jī)處理,04:27,35,三、信號(hào)的分類,因果信號(hào)與非因果信號(hào)如果信號(hào)在時(shí)間零點(diǎn)之前，取值為零，則稱為因果信號(hào)，為物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)，又稱為單邊信號(hào)，滿足條件：t0時(shí)，x(t)=0，即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。,表示信號(hào)不能在過(guò)去存在(有值)！也表示信號(hào)的產(chǎn)生是符合邏輯的！,04:27,36,三、信號(hào)的分類,因果信號(hào)與非因果信號(hào)不是因果信號(hào)，就是非因果信號(hào)。在時(shí)間零點(diǎn)之前信號(hào)有值（或存在），則稱為反因果信號(hào)，是物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：在事件發(fā)生前(t0：右移,b1：壓縮,0：不需反褶,0：需要反褶,倍數(shù)為1/|a|,04:27,69,信號(hào)運(yùn)算-微積分,數(shù)學(xué)運(yùn)算：,微分運(yùn)算,積分運(yùn)算,連續(xù)n次微分,連續(xù)n次積分,連續(xù)進(jìn)行,04:27,70,相關(guān)運(yùn)算與卷積,相關(guān)運(yùn)算：,相關(guān)與卷積的關(guān)系,04:27,71,相關(guān)運(yùn)算,自相關(guān)函數(shù)常用來(lái)檢測(cè)準(zhǔn)周期信號(hào)的準(zhǔn)周期,t是平移量,04:27,72,信號(hào)分解,信號(hào),直流分量+交流分量,偶分量+奇分量,實(shí)部分量+虛部分量,脈沖分量,正交分量,分解結(jié)果是唯一的,04:27,73,信號(hào)分解,信號(hào)的奇分量,信號(hào)的偶分量,信號(hào)的實(shí)部分量,信號(hào)的虛部分量,信號(hào)的直流分量,信號(hào)的均值,信號(hào)的交流分量,04:27,74,信號(hào)分解,信號(hào)的脈沖分量分解,信號(hào)可以近似表示為一組矩形脈沖的和的形式。,04:27,75,信號(hào)正交分量分解,正交函數(shù)：,如果在區(qū)間(t1,t2)上,函數(shù)f1(t)和f2(t)互不含有對(duì)方的分量，則稱f1(t)與f2(t)在(t1,t2)上正交,函數(shù)正交的充要條件是它們的內(nèi)積為0,函