《机械工程测试技术》第五章.pptx

14五月2025机械工程测试技术基础1第五章信号处理初步

214五月2025机械工程测试技术基础重点：数字信号处理的初步概念。相关分析及其应用、功率谱分析及其应用。难点：信号数字化中出现的问题：采样、混叠、截断、泄漏和窗函数等概念。

314五月2025机械工程测试技术基础测试的目的是获取反映被测对象状态和特征的信息。实际中有用的信息总是和各种噪声混杂在一起，难于直接识别和利用。只有分离信号和噪声并经过必要处理和分析，消除和修正系统误差之后，才能准确提取信息中有用信息。信号处理目的:分离信号和噪声，提高信噪比。从信号中提取有用的特征信号。修正测试系统的某些误差（如非线性误差，温度影响）。

14五月2025机械工程测试技术基础4信号分析（Signalanalysis）：研究信号的构成和特征值（对信号结构无影响）。信号处理（Signalprocess）：把信号经过必要的变换，以获得所需信息的过程（有可能改变信号本身结构）。二者密切相关，没明确的界限，有时作同义语。信号处理类型模拟信号处理系统：由模拟滤波器、乘法器、微分放大器等实现模拟运算功能的电路组成。作为数字信号处理的前奏。数字信号处理系统：用数学方法处理信号，通常在计算机上实现，也可用专用信号处理机完成。优点：稳定，灵活，快速，高效，应用广，设备轻。

51）电压幅值调理，以适宜采样。2）滤波，以提高信噪比。3）隔离信号中的直流分量。4）调制信号的解调。模拟信号经采样、量化并转化为二进制。数字信号处理器或计算机预处理预处理A/D转换x(t)y(t)A/D转换结果显示第一节数字信号处理的基本步骤图5-1数字信号处理系统的简图对采集到的数字信号进行分析、计算。14五月2025机械工程测试技术基础

14五月2025机械工程测试技术基础6x(t)xq(nTS)量化计算机x(n)编码x(n)n001011100010010011tx(t)xq(nTS)tq2q3q4qTS2TS3TS…测试信号的数字化过程xS(nTS)采样/保持txS(nTS)TS2TS3TS…TsｑHowLong时间离散化幅值离散化

14五月2025机械工程测试技术基础7模—数转换（A／D）指模拟信号经采样、量化并转换为二进制的过程。采样：是将连续信号变为离散时间序列信号的过程。截断：将采样得到的离散时间序列乘以窗函数，使之成为有限时间序列的过程。量化：是把采样信号经过舍入变为有限个有效数字的数的过程。编码：将经过量化的值变为二进制数字的过程。

14五月2025机械工程测试技术基础8第二节信号数字化出现的问题一概述（以计算一个模拟信号的频谱为例）采样图5-2原模拟信号及其幅频谱图5-3采样函数及其幅频谱Ts采样间隔1/Ts=fs采样频率图5-4采样后信号及其幅频谱若fm1/2Tsfm-fm采样：就是用一个等时距的周期脉冲序列s(t)去乘x(t)，Ts采样间隔；1/Ts=fs采样频率；

14五月2025机械工程测试技术基础9图5-5时窗函数及其幅频谱T：窗宽图5-6有限长离散信号及其幅频谱N=T/Ts：序列长度截断截断：就是再乘一个窗口函数（矩形），T为窗宽；N=T/Ts所截取的时间序列数据点数（序列长度）；

14五月2025机械工程测试技术基础10离散频率序列△f=fs/N=1/(TsN)=1/Ts(T/Ts)=1/T图5-8DFT后的频谱及其时域函数图5-7频域采样函数及其时域函数N点的离散频率序列离散频率序列：就是离散傅立叶变换；

14五月2025机械工程测试技术基础11计算机按照一定算法—离散傅立叶变换(DiscreteFourieTransform)将N点长的离散时间序列x(t)s(t)w(t)变换为N点的离散频率序列，并输出。输出离散频率序列的频率间距△f=1/T。频域采样函数是计算机实际输出是：(5-1)频域采样形成的频域函数离散化，把其时域函数周期化了。上述处理过程的每一个步骤：采样、截断、DFT计算都会引起失真或误差。

14五月2025机械工程测试技术基础12二时域采样、混叠和采样定理长度为T的连续信号x(t)，采样得到的离散时间序列为x(n)=x(nTs)=x(n/fs)n=0,1,2,…N-1(5-2)Ts—采样间隔；N—序列长度，N=T/Ts；fs—采样频率采样间隔太小，其数字序列就长，效率低；采样间隔太大，可能丢掉有用的数据，出现混叠现象。图5-9混叠现象

14五月2025机械工程测试技术基础13图5-4采样后信号及其幅频谱f1f2f1混叠必定