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1、济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院机械工程测试的基本任务是获取机械生产过程中有用的信息。机械工程测试的基本任务是获取机械生产过程中有用的信息。生生 产产 过过 程程有有 关关 信信 息息有有 用用 信信 息息检测检测观察者观察者信息处理或信息处理或 控制系统控制系统处理处理通过什么方通过什么方 式检测？式检测？如何处理？如何处理？形式如何？形式如何？PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院机械工程测试的基本任务是获取机械生产过程中有用的信息。机械工程测试的基本任务是获取机械生产过程中有用的信息。生生 产产 过过 程程有有
2、关关 信信 息息有有 用用 信信 息息检测检测观察者观察者信息处理或信息处理或 控制系统控制系统处理处理形式如何？形式如何？信息物理量物理量信号信号PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院第一章信号及其描述第一章信号及其描述本章学习要求：本章学习要求：1.1 信号分类与描述信号分类与描述1.2 信号时域波形分析方法信号时域波形分析方法1.3 信号频域频谱分析方法信号频域频谱分析方法1.4 信号分析中常用的函数信号分析中常用的函数作业作业测试技术测试技术PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械
3、工程学院济南大学机械工程学院信号分类信号分类 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。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。1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院从不同角度观察信号，可以将其分为：从不同角度观察信号，可以将其分为：1） 从信号描述上分） 从信号描述上分 -确定性信号与随机信号；确定性信号与随机信号； 2 ）从信号的幅值和能量上）从信号的幅值和能量上 -能量信号与功能量信号与功率率信号；信号； 3） 从分） 从分析域析域上上 -时域时域与与频域
4、频域；4） 从） 从连续连续性性 -连续时间连续时间信号与信号与离散时间离散时间信号；信号；5） 从可实） 从可实现现性性 -物理可实物理可实现现信号与物理不可实信号与物理不可实现现信号。信号。1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院1） 确定性信号与随机信号） 确定性信号与随机信号可以用可以用明明确确数数学关系式学关系式描述的信号描述的信号称称为确定性信号。不能用为确定性信号。不能用 确定的确定的数数学关系式描述的信号学关系式描述的信号称称为随机信号为随机信号（非确定性信号）。非确定性信号）
5、。1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院a) 周期周期信号：信号：经经过过一一定定时间时间可以可以重复出现重复出现的信号的信号 x ( t ) = x ( t + nT )简单周期信号简单周期信号复杂周期信号复杂周期信号1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院机械系统中，机械系统中，回转体回转体不不平衡引起平衡引起 的的振动振动，往往往往是是一种周期一种周期性性运动运动。 例例如，如，下图下
6、图是是某钢厂减速某钢厂减速机上测机上测 得得的的振动振动信号信号波波形形(测测点点3)，可以，可以 近似地看作近似地看作为为周期周期信号。信号。集集中中参参量的量的单自由单自由度度振动振动系统系统作作 无阻尼自由振动时无阻尼自由振动时，其，其位移位移x(t)就就 是确定性的；是确定性的；它它可用可用下下式式来来确定确定 质质点点的的瞬时位置瞬时位置。)sin()(00+=txtxmk1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院b) 非非周期信号：确定性信号中不具有周期重复性的信号。周期信号：确定性
7、信号中不具有周期重复性的信号。瞬态信号瞬态信号瞬态信号瞬态信号:持续时间有限的信号，如持续时间有限的信号，如)2sin()(ftAettx=例例如：如：锤子锤子的的敲击力、承载缆绳断裂时敲击力、承载缆绳断裂时的的应力变化、热电偶插应力变化、热电偶插入入加热炉加热炉中中温温度度 的的变化变化过程过程等等，这些这些信号信号都属于瞬变都属于瞬变非非周期周期信号，信号，并且并且可用可用数数学关系式描述。学关系式描述。 例例如，如，下图下图是是单自由单自由度度振动模振动模型在脉冲型在脉冲力作力作用用下下的的响响应应。1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“
8、试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院准周期信号准周期信号非非周期周期信号的信号的特特例例，处，处于周期于周期与非与非周期周期的的边缘情况边缘情况，由由多多 个个周期周期信号信号合成合成，但各但各周期周期信号的信号的频率频率不不成公倍成公倍数数，其，其合成合成 信号不是信号不是周期周期信号。如：信号。如：x(t) = sin(t)+sin(2t)这种这种信号信号往往出现于往往出现于通信通信、振动、振动系统，系统，应应用用于于机械机械转子振动转子振动 分分析、析、齿轮噪声齿轮噪声分分析、析、语音语音分分析等析等场合场合。准周期信号准周期信号1.1 信号分类与描述信号分类与描述PD
9、F 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院c)非确定性信号：非确定性信号：不能用不能用数数学式描述，其幅值学式描述，其幅值、相相位变化位变化不可不可预知预知，所所 描述物理描述物理现现象象是是一种一种随机过程。随机过程。例例如，如，汽车奔驰汽车奔驰时时所所产生的产生的振动、振动、飞飞机机在大在大 气流气流中的中的浮浮动、动、树叶树叶随随风飘荡风飘荡、环境噪声环境噪声等等。噪声信号噪声信号(平稳平稳)噪声信号噪声信号(非平稳非平稳)统计特性变异统计特性变异注意注意:实实际际物理过程物理过程往往往往是是很很复复杂杂的，的，既既无无理理想想
10、的确定性，的确定性，也也无无理理想想的非确的非确 定性，定性，而而是是相互相互参参杂杂的。的。1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院噪声信号噪声信号(平稳平稳)噪声信号噪声信号(非平稳非平稳)统计特性变异统计特性变异随机过程有随机过程有平平稳稳随机过程和非随机过程和非平平稳稳随机过程。随机过程。 平平稳稳随机过程：统随机过程：统计特计特性性参数参数不随不随时间时间而而变化变化的随机过程。的随机过程。各态历各态历经经随机过程：任随机过程：任一单一单个样个样本本函函数数的的时间平时间平均均统统计
11、计 特特性性等于等于该该过程的统过程的统计计平平均均统统计特计特性。性。1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院2 ）能量信号与功率信号能量信号与功率信号a)能量信号能量信号 在所在所分分析析的的区区间（间（- ，），能量为有），能量为有限限值的信号值的信号 称称为能量信号，为能量信号，满足条件满足条件：一一般持般持续时间续时间有有限限的的瞬瞬态态信号是能量信号。信号是能量信号。dttx)(2瞬态信号瞬态信号1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“
12、 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院b)功功率率信号信号 在所在所分分析析的的区区间（间（-，），能量不是有），能量不是有限限值值此此 时时，研究信号的，研究信号的平平均均功功率率更更为为合适合适。一一般持般持续时间无续时间无限限的信号的信号都属于都属于功功率率信号。信号。=ttdttxttP2 1221)(1复杂周期信号复杂周期信号噪声信号噪声信号(平稳平稳)dttxTTTT)(21lim02在区在区间（间（t1，t2）内内区区间间为为（ -， ）时时1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院
13、济南大学机械工程学院3）时限与频限信号时限与频限信号 a) 时域时域有有限限信号信号 在在时间时间段段 (t1，t2)内内有定有定义义，其，其外恒外恒等于等于零零b) 频域频域有有限限信号信号 在在频率频率区区间间(f1，f2 )内内有定有定义义，其，其外恒外恒等于等于零零三角脉冲信号三角脉冲信号正弦波幅值谱正弦波幅值谱一一个个信号不能信号不能够在够在时域时域和和频域都频域都是有是有限限的。的。1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院4 ）连续时间信号与离散时间信号连续时间信号与离散时间信号
14、a) 连续时间连续时间信号信号:独立独立变变量取值量取值连续连续b)离散时间离散时间信号信号:独立独立变变量取值量取值离散离散幅值连续幅值连续幅值不连续幅值不连续采样信号采样信号思考：思考： 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院幅值幅值连续连续的的连续时间连续时间信号，如：信号，如：电电话话、传真传真、电、电视视信号信号都都是是模模拟拟信号。信号。数数字字信号信号是幅值是幅值被限被限制制在在有有限个限个数数值值之内之内，是，是离散离散的。的。这种这种幅度
15、是幅度是离散离散的的 （量量化化）信号）信号称数称数字字信号。信号。1.1 信号分类与描述信号分类与描述PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院5 ）物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号a) 物理可实物理可实现现信号：信号：又又称称为为单单边边信号，信号，满足条件满足条件：t0 时时，x(t) = 0，即即在在时时刻小刻小于于零零的的一一侧全侧全为为零零。在在实实际际中中出现出现的信号，的信号，大大量的是物理可实量的是物理可实现现信号，信号，因因为为这种这种信号信号反映反映了了 物理上的物理上的因果因果关系。实关系。实际际中中所所能测能测得得的信号，的信号，许许多多都都是是由一由一个个激发激发脉冲脉冲作作 用用于一于一个个物理系统物理系统之之后后所所输输出出的信号。的信号。例例如，如，切削切削过程，可以过程，可以把把机机床床、刀刀 具具、工工件件构构成成的工的工艺艺系统系统作
