機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)課件-第三版-第一章

機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)課件_第三版_第一章第一頁，共35頁。1.確定性信號與隨機信號第一節(jié)信號的分類與描述一、信號的分類周期信號：是按一定時間間隔周而復(fù)始重復(fù)出現(xiàn)，無始無終的信號。（1）周期信號例如，幾種參量的單自由度振動系統(tǒng)（見圖1-1）圖1-1第二頁，共35頁。1.確定性信號與隨機信號第一節(jié)信號的分類與描述一、信號的分類確定信號中那些不具有周期重復(fù)性的信號稱為非周期信號。其圖形如圖1-2所示。（2）非周期信號圖1-2第三頁，共35頁。2.連續(xù)信號和離散信號第一節(jié)信號的分類與描述一、信號的分類若信號數(shù)學(xué)表示式中的獨立變量取值是連續(xù)的，則稱為連續(xù)信號。如圖1-3a所示。

若獨立變量取離散值，則稱為離散信號。如圖1-3b所示。圖1-3第四頁，共35頁。3.能量信號和功率信號第一節(jié)信號的分類與描述一、信號的分類當電壓信號滿足一定條件時：則認為信號的能量是有限的，并稱之為能量有限信號。簡稱能量信號。若信號在區(qū)間（-∞，∞）的能量是無限的，但它在有限區(qū)間的平均功率是有限的。這種信號稱為功率有限信號，或功率信號。第五頁，共35頁。

第一節(jié)信號的分類與描述二、信號的時域描述和頻域描述直接測試或記錄到的信號，一般是以時間為獨立變量的，稱其為信號的時域描述。如圖1-4所示。圖1-4第六頁，共35頁。第一節(jié)信號的分類與描述二、信號的時域描述和頻域描述圖1-5表示的周期方波的時域圖形、幅頻譜和相頻譜三者之間的關(guān)系。圖1-5第七頁，共35頁。第二節(jié)周期信號與離散頻譜一、傅里葉級數(shù)的三角函數(shù)展開式在有限區(qū)間內(nèi)，凡滿足狄里赫利條件的周期函數(shù)都可以展開稱傅里葉級數(shù)。周期性三角函數(shù)的傅里葉級數(shù)如圖1-6所示。圖1-6第八頁，共35頁。第九頁，共35頁。第二節(jié)周期信號與離散頻譜一、傅里葉級數(shù)的三角函數(shù)展開式周期性三角波的頻譜圖如圖1-7所示。圖1-7第十頁，共35頁。有關(guān)負頻率的說明如圖1-8所示。第二節(jié)周期信號與離散頻譜二、傅里葉級數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式圖1-8第十一頁，共35頁。第二節(jié)周期信號與離散頻譜二、傅里葉級數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式正、余弦函數(shù)的頻譜圖如圖1-9所示。圖1-9第十二頁，共35頁。第二節(jié)周期信號與離散頻譜二、傅里葉級數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式周期信號的頻譜具有三個特點：1）周期信號的頻譜是離散的。2）每條頻譜只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍上，基波頻率是諸分量頻率的公約數(shù)。3）各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅值或相位角。第十三頁，共35頁。周期信號的強度以峰值、絕對均值、有效值和平均功率來表述。第二節(jié)周期信號與離散頻譜三、周期信號的強度表述第十四頁，共35頁。第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜通常所說的非周期信號是指瞬變非周期信號如圖1-11所示。圖1-11a為矩形脈沖信號，圖1-11b為指數(shù)衰減信號，圖1-11c為衰減振蕩，圖1-11d為單一脈沖。圖1-11一、傅里葉變換第十五頁，共35頁。第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜一、傅里葉變換圖1-11非周期性信號第十六頁，共35頁。求矩形窗函數(shù)的頻譜，函數(shù)如圖1-12所示。第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜一、傅里葉變換圖1-12第十七頁，共35頁。

sincθ的圖像如圖1-13所示。第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜一、傅里葉變換圖1-13第十八頁，共35頁。1.奇偶虛實性第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜二、傅里葉變換的主要性質(zhì)

一般X(f)是實變量f的復(fù)變函數(shù)。它可以寫成一個信號的時域描述和頻域描述依靠傅里葉變換來確立彼此一一對應(yīng)的關(guān)系。第十九頁，共35頁。2.對稱性第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜二、傅里葉變換的主要性質(zhì)對稱性舉例如圖1-14所示。圖1-14第二十頁，共35頁。3.時間尺度改變特性第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜二、傅里葉變換的主要性質(zhì)時間尺度改變特性舉例如圖1-15所示。圖1-15第二十一頁，共35頁。4.時移和頻移特性第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜二、傅里葉變換的主要性質(zhì)在時域中信號沿時間軸平移一常值t0時，則在頻域中信號沿頻率軸平移一常值f0時，則第二十二頁，共35頁。5.卷積特性第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜二、傅里葉變換的主要性質(zhì)第二十三頁，共35頁。6.微分和積分特性第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜二、傅里葉變換的主要性質(zhì)第二十四頁，共35頁。1.矩形窗函數(shù)的頻譜第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜三、幾種典型信號的頻譜矩形窗函數(shù)的頻譜如圖1-12所示。圖1-12第二十五頁，共35頁。2.δ函數(shù)及其頻譜第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜三、幾種典型信號的頻譜矩形脈沖與δ函數(shù)如圖1-16所示。圖1-16第二十六頁，共35頁。2.δ函數(shù)及其頻譜第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜三、幾種典型信號的頻譜δ函數(shù)與其他函數(shù)的卷積如圖1-17所示。圖1-17第二十七頁，共35頁。3、正、余弦函數(shù)的頻譜密度函數(shù)第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜三、幾種典型信號的頻譜正、余弦函數(shù)及其頻譜如圖1-19所示。圖1-19第二十八頁，共35頁。4、周期單位脈沖序列的頻譜第三節(jié)瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜三、幾種典型信號的頻譜周期單位脈沖序列及其頻譜如圖1-20所示。圖1-20第二十九頁，共35頁。第四節(jié)隨機信號一、概述隨機信號是不能用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述的，不能預(yù)測其未來的任何瞬時值。任何一次觀測值只代表在其變動范圍中可能產(chǎn)生的結(jié)果之一，但其值的變動服從統(tǒng)計規(guī)律。隨機過程與樣本函數(shù)如圖1-21所示。圖1-21第三十頁，共35頁。第四節(jié)隨機信號二、隨機信號的主要特征參數(shù)1）均值、方差和均方值

2）概率密度函數(shù)

3）自相關(guān)函數(shù)

4）功率譜密度函數(shù)第三十一頁，共35頁。1、均值、方差和均方值第四節(jié)隨機信號二、隨機信號的主要特征參數(shù)均值表示信號的常值分量

方差描述隨機信號的波動分量。

均方值描述隨機信號的強度。第三十二頁，共35頁。2、概率密度函數(shù)第四節(jié)隨機信號二、隨機信號的主要特征參數(shù)隨機信號的概率密度