信号数字化 机械工程测试技术 知识课件.pptVIP

机械工程测试技术 第五章、信号处理初步 信号处理的目的： 1.分离信、噪，提高信噪比 2.从信号中提取有用信息　　 3.修正测试系统误差 信号处理的手段： 1.模拟信号处理 2.数字信号处理　　 第五章、信号处理初步 本章学习要求： 1.了解数字信号处理的基本步骤 2.了解信号模数转换和数模转换原理　　 3.掌握信号采样定理，能正确选择采样频率 4.了解数字信号处理中信号截断、能量泄露、栅栏效应等现象　 5.掌握常用的数字信号处理方法（相关分析、功率谱分析等） 5.1 数字信号处理概述 　 第五章 信号处理初步 1、数字信号处理的主要研究内容 数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。内容包括数字波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。 0 A t X(0) X(1) X(2) X(3) X(4) 2、测试信号数字化处理的基本步骤 物理信号 对象 传感器 电信号 预处理 电信号 A/D 转换 数字信号 计算机 显示 D/A转换 电信号 控制 物理信号 5.1 数字信号处理概述 　 预处理主要包括：放大、滤波、隔直、调制和解调。 3、数字信号处理的优势 1)用数学计算和计算机显示代替复杂的电路 和机械结构 5.1 数字信号处理概述 　 一、采样定理 　 采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘，取离散点x(nt)的值的过程。 5.2 数字信号处理中的问题 　 X(0), X(1), X(2), ……, X(n) 5.2 数字信号处理中的问题 每周期应该有多少采样点？ 最少2点: 5.2 数字信号处理中的问题 5.2 数字信号处理中的问题 最低采样频率的确定 0 t 0 f 0 t 0 f t 0 0 f x(t) X(f) x(t)p(t) X(f)*P(f) x(t)p(t) X(f)*P(f) 频率混叠 5.2 数字信号处理中的问题 为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。 fs ＞ 2 fmax 工程实际中为保证采样信号能真实地反映原信号x(t)，通常取采样频率大于信号中最高频率成分的3到5倍。 5.2 数字信号处理中的问题 A/D采样前的抗混迭滤波： 物理信号 对象 传感器 电信号 放大调制 电信号 A/D 转换 数字信号 展开 低通滤波(0-Fs/2) 放大 5.2 数字信号处理中的问题 二、模数(A/D)转换与量化 　 采样――利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列 离散值，使之成为采样信号x(nTs)的过程． 编码――将经过量化的值变为二进制数字的过程。 量化――把采样信号经过舍入变为只有有限个有 效数字的数，这一过程称为量化． 5.2 数字信号处理中的问题 4位A/D: XXXX X(1) ? 0101 X(2) ? 0011 X(3) ? 0000 5.2 数字信号处理中的问题 单位：V 对应的二进制编码： A/D转换器的技术指标 　 模拟信号的输入范围： 如，5V， +/-5V，10V，+/-10V等。 分辨率： 用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。 转换速度： 指完成一次转换所用的时间，如:1ms(1KHz)； 10us(100kHz) 5.2 数字信号处理中的问题 A/D、D/A转换过程中的量化误差实验： 　 5.2 数字信号处理中的问题 三、截断、能量泄漏和窗函数 　 为便于数学处理，对截断信号做周期延拓，得到虚拟的无限长信号。 用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，这个过程称信号截断。 5.2 数字信号处理中的问题 设有余弦信号x(t), 用矩形窗函数w(t)与其相乘，得到截断信号: y(t) =x(t)w(t) 将截断信号谱 XT(ω)与原始信号谱X(ω)相比较可知，它已不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱. 原来集中在f0处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为频谱能量泄漏。 5.2 数字信号处理中的问题 能量泄漏分主瓣泄漏和旁瓣泄漏，通过选择不同的窗函数，可以减小或抑制泄漏。 理想的窗函数：主瓣宽度窄、旁瓣幅度小。 5.2 数字信号处理中的问题 机械工程测试技术