汽车测试技术教学课件作者陈勇第二章.ppt

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1、第2章信号及其分类2.1概述2.2信号的分类及描述2.3周期信号及其频谱2.4非周期信号及其频谱2.5典型信号及其频谱2.6随机信号思考题下一页返回2.1概述2.1.1信号的概念在科学研究和生产过程中，测试是从客观事物中提取有关信息的认识过程，因此，测试技术属于信息科学范畴。所谓信息，一般可理解为消息、情报或知识，在自然科学中，信息是对这些物理对象的状态或特性的反映。信息是物理现象、过程或系统所固有的。信息本身不是物质，不具有能量，但信息的传输却依靠物质和能量。信号与信息不能混为一谈。信号只是信息的某种表现形式，是传输信息的载

2、体。信号是物理性的，并且随时间而变化，这是信号的本质所在。一般说来，传输信息的载体称为作号，信息蕴涵在信号中。例如，在无线电通信中，电磁波信号运载着新闻或音乐信息。信号是有能量的物质，它描述了物理量的变化过程，在数学上，可以表示为一上一页返回2.1概述个或几个独立变量的函数，可以是随时间或空间变化的图形。例如，汽车驾驶员座椅振动信号可以表示为一个时间函数;机械零件的表血粗糙度，则可以表示为一个二元空间变量的高度函数。实际的信号中往往包含着多种信息成分，其中有些是我们关心的有用信息，有些是我们不关心的噪声或冗余信息。测试的目的就

3、是把未知的被测信号转化为可观察的信号，以提取所研究对象的有关信息。下一页返回2.1概述2.1.2信号的时域分析和频域分析通常，信号可以被看作是一个随时间变化的量，是时间的函数x(t)。在相应的图形表示中，时间，作为自变量出现在横坐标上。信号的这种描述方法就是信号的时域描述。一般的，信号的波形就是指被测信号幅度随时间的变化历程。基于微分方程和差分方程等知识，在时域中对信号进行分析的方法称为信号的时域分析。对于快速变化的信号，时域描述不能很好地揭示信号特征。此时，人们感兴趣的是较大的幅值会出现在哪些频率或哪些频带上，或在特定的频率

4、或频带上，幅值是如何分布的。通常把时域描述的信号进行变换，以达到更加全血深入研究信号、从中获得更多有用信息的目上一页下一页返回2.1概述的。将信号的时域描述通过数学处理变换为频域分析的方法称为频谱分析。常用的变换方法有傅里叶(Fourier)变换、拉普拉斯(Laplace)变换和Z变换等.将频率作为自变量，把信号看作是频率厂的函数X(f)，在相应的图形表示中，频率厂作为自变量出现在横坐标上，信号的这种描述方法就是信号的频域描述。信号在频域中的图形表示又称作信号的频谱，包括幅频谱和相频谱等。幅频谱以频率为横坐标以幅度为纵坐标;相

5、频谱以频率为横坐标以相位为纵坐标。基于傅里叶变换理论，在频域中对信号进行分析的方法称为信号的频域分析。对信号的频域，可以用幅值谱、相位谱、幅值谱密度、功率谱密度等描述.上一页下一页返回2.1概述信号分析的主要任务就是要从尽可能少的信号中，取得尽可能多的有用信息。时域分析和频域分析，只是从两个不同角度去观察同一现象。时域分析比较直观，能一目了然地看出信号随时间的变化过程，但看不出信号的频率成分;而频域分析正好与此相反。在工程实际中应根据不同的要求和不同的信号特征，选择合适的分析方法，或两种分析方法结合起来，从同一测试信号中取得所

6、需要的信息。上一页返回2.2信号的分类及描述为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非常必要的。下血介绍几种比较常见的分类方法。下一页返回2.2信号的分类及描述2.2.1确定性信号和非确定性信号信号按其运动规律，可分为确定性信号和非确定性信号，如图2一1所示。1.确定性信号可以用明确的数学关系式描述的信号称为确定性信号，可以进一步分为周期信号、非周期信号。周期信号是经过一定时间就重复出现的信号。周期信号又分为正弦信号(包括余弦信号)和复杂周期信号图2-2所示为正弦信号的时间历程和频谱图。周期信号满足下列条件:上一页下一页返

7、回2.2信号的分类及描述式中n=0,±1,.....T----周期，(ω为角频率或圆频率，f为频率)。复杂周期信号可以看成由若干个频率之比为有理数(精确地表示为两个整数之比的数，整数和通常所说的分数都是有理数，包括正有理数，0，负有理数)的正弦波叠加而成。图2一3所示为复杂周期信号的时间历程和频谱图。非周期信号往往具有瞬变性，虽可用明确的时间函数描述，但不具有周期性。它包括瞬变信号和准周期性信号。瞬变信号其时间历程和频谱图如图2-4所示。例如锤子的敲击力为瞬变信号，上一页下一页返回2.2信号的分类及描述可以表示为F=sinωt

8、准周期信号是周期与非周期的边缘情况，是有限个周期信号的合成，但各周期信号的频率相互间不是公倍数的关系，其合成信号不满足周期条件，频谱如图2一5所示。例如:这是两个正弦信号的合成，其频率比ω1/ω2=不是有理数，不是谐波关系。2.非确定性信号非确定性信号，又称随机信号，不能用数