测试技术_2_信号的分析与处理全解.pptVIP

信号分析和信号处理是密切相关的，二者并没有明确的界限。 本章重点讨论频域分析。 信号分析和处理的方法主要有模拟分析方法和数字处理分析方法。 数字信号处理可以在专用计算机上进行，也可以在通用计算机上实现。 2.1 信号的时域分析 (Signal Analysis in Time Domain) 离散时间序列统计参数 离散信号的均方值(mean square) 2.1.2 概率密度(probability density)函数分析 2.2 信号的相关分析  (Signal Correlation Analysis) 2.2.1 相关系数 2.2.2 自相关(self-correlation)分析 2.2.3 互相关(cross-correlation)分析 2.3 信号的频域分析 (Signal Analysis in Frequency Domain) 信号的时域描述反映了信号幅值随时间变化的特征； 相关分析从时域为在噪声背景下提取有用信息提供了手段； 信号的频域描述反映了信号的频率结构和各频率成分的幅值大小； 功率谱密度函数、相干函数、倒谱分析则从频域为研究平稳随机过程提供了重要方法。 2.3.1 巴塞伐尔（Paseval）定理 信号在时域中的总能量与信号在频域中的总能量相等 2.3.2功率谱(power spectrum)分析及其应用 2.3.4 倒谱(cepstrum)分析 倒频谱分析亦称为二次频谱分析 检测复杂信号频谱上的周期结构，分离和提取在密集泛频谱信号中周期成分 2.4 数字信号处理基础 (Basic of Digital Signail Processing) 2.4.1 数字信号处理的基本步骤 2.4.2 时域采样和采样定理 输入/输出自功率谱密度函数与系统频率响应函数关系 通过输入、输出自谱的分析，就能得出系统的幅频特性。但这样的谱分析丢失了相位信息，不能得出系统的相频特性。 单输入、单输出的理想线性系统 信号的频域分析 2）互谱排除噪声影响 由于输入和噪声是独立无关的， 信号的频域分析 + + + + + + + + + 3）功率谱在设备诊断中的应用 汽车变速箱上加速度信号的功率谱图 正常 异常 故障频率 信号的频域分析 （a） （b） 压缩机振动瀑布图 频率 f /Hz 转速 r /min 振幅 A /um 0 100 200 300 4）瀑布(water fall)图 信号的频域分析 5）坎贝尔（Canbel）图 信号的频域分析 2.3.3 相干函数(coherence function) 相干函数为零 - 输出信号与输入信号不相干。 相干函数为1 - 输出与输入信号完全相干。 相干函数在0~1之间 - 有如下三种可能：①测试中有外界噪声干扰；②输出是输入和其他输入的综合输出；③系统是非线性的。 对于线性系统 信号的频域分析 ≤ ≤ 油压脉动与油管振动的相干分析 压油管压力脉动的基频 润滑油泵转速为n=781 r/min,油泵齿轮的齿数为z=14 信号的频域分析 （a）信号x(t)的自谱 （b）信号y(t)的自谱 （c）相干函数 功率倒频谱函数 与自相关函数比较 信号的频域分析 幅值倒频谱函数 也可以定义为 倒频谱的应用 （1）分离信息通道对信号的影响 在机械状态监测和故障诊断中所测得的信号往往是由故障源经系统路径的传输而得到的响应，如欲得到该源信号，必须消除传递通道的影响。 信号的频域分析 信号的频域分析 （2）用倒频谱诊断齿轮故障 齿轮的振动 转轴频率 啮合频率 功率谱 倒谱 信号的频域分析 Sy Cy f /Hz q /ms 信号的频域分析 利用FFT频谱分析，将复杂的波形转换成频谱，以便进一步了解振动的构成原因。 0 信号预处理：幅值调理、滤波、隔离直流分量、解调等。 A/D转换：采样、量化为数字量。 数字信号处理器或计算机：信号分析与处理（数据截断、加窗、奇异点剔除、趋势分离、数字滤波、时域分析、频域分析等）。 结果显示：数据或图形显示、D/A、记录、打印等。 预处理 A/D转换 x(t) 数字信号 处理器 或 计算机 预处理 A/D转换 x(t) 结果 显示 数字信号处理系统简图 采样(sampling)：连续时间信号离散化的过程。 采样时间间隔为Ts，则x(t)经采样后的离散序列x(n)为 x(n)与x(t)是局部与整体的关系。 能否由x(n)唯一确定或恢复出x(t)，或能否通过对x(n)的分析获得x(t)的全部信息是采样最关心的问题。 数字信号处理基础 混叠(aliasing)和采样定理 时域采样间隔过长，造成频域周期化间隔不够大时，在重复频