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1、华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术 数字信号处理是测试技数字信号处理是测试技术中最常用和最需要掌握的术中最常用和最需要掌握的部分，无论开发简单或复杂部分，无论开发简单或复杂的测控系统或仪器，都会用的测控系统或仪器，都会用到数字信号处理知识。到数字信号处理知识。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院时域波形分析是最常用的信时域波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器显示信号波用表等普通仪器显示信号波形就可以特征参数。形就可以特征参数。 6
2、.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 1 1、时域波形参数计算、时域波形参数计算 0At峰值峰值/ /双峰值双峰值均值均值有效值有效值方差方差周期周期华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院波形分析的应用波形分析的应用超门限报警超门限报警 信号类型识别信号类型识别 信号基本参数识别信号基本参数识别 Pp-p6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院1)1)峰值峰值P P，双峰值，双峰值P Pp-pp-pP1=data(0)P2=data(0)For K = 0 To NIf P1data(k) Then P2=data(k)En
3、d IfNextP=P1P2P=P1-P26.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 PPp-p华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院2)2)均值均值U=0For K = 0 To N U=U+data(k)NextU=U/N6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院3)3)均方值均方值E2=0For K = 0 To NE2=E2+data(k)*data(k)NextRMS=sqr(E2/N)6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院4)4)方差方差V2=0For K = 0
4、 To NV2=V2+(data(k)-U)*(data(k)-U)NextV=V2/N6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 大方差大方差 小方差小方差 U=0For K = 0 To N U=U+data(k)NextU=U/N华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 案例：管道压力监测与超门限报警案例：管道压力监测与超门限报警华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院信号幅值报警系统设计实验：信号幅值报警系统设计实验： 6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院5)5)周期
5、周期T Tn=0AT=0.8*PFor K = 2 To N If data(k-1)AT And data(k-2)AT And data(k+2)AT Then ti(n)=K n=n+1 End IfNextT=(ti(2)-ti(1)*dt6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 AtT华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 案例：发动机转速测量案例：发动机转速测量华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院数字转速表设计实验：数字转速表设计实验： 6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 华中科技大学机械学院华
6、中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 2 2、数字相关函数、数字相关函数计算计算 变量之间的相依关系称为相关。信号之间的相变量之间的相依关系称为相关。信号之间的相似关系称为相关函数。似关系称为相关函数。0At华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 x(t)y(t)时时延延器器乘乘法法器器y(t - )X(t)y(t - )积积分分 器器Rxy()For i = 0 To Nr(i)=0For j = 0 To N r(i)=r(i)+x(j)*y(j+i)NextNextFor i = 0 To Nr(i)
7、=r(i)/NNext计算公式：计算公式：华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院2.4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 相关分析的工程应用相关分析的工程应用 案例：机械加工表面粗糙度自相关分析案例：机械加工表面粗糙度自相关分析 被测工件被测工件相关分析相关分析提取出回转误差等周期性的故障源。提取出回转误差等周期性的故障源。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院2.4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 案例：地下输油管道漏损位置的探测案例：地下输油管道漏损位置的探测 案例：案例： AGV AGV小车定位，声位笔定位小车定位，声位笔定位华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院
8、实验：自相关分析实验：自相关分析6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 3.信号频率成分直接估计算法信号频率成分直接估计算法 f=？Fs=?N=1024dt=1.0/Fspi=3.1415926 XR=0XI=0 For n=0 To N-1 XR=XR+x(n)*cos(2*pi*f*n*dt)*dt XI=XI+x(n)*sin(2*pi*f*n*dt)*dtNextA=sqr(XR*XR+XI*XI) Q=atn(XI/XR)离散傅里叶变换的计算公式为：离散傅里叶变换的计算公式为：
9、 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 3 3、数字滤波、数字滤波 利用离散时间系统特性对输入信号进行加工利用离散时间系统特性对输入信号进行加工处理，把输入序列处理，把输入序列 x(n) x(n) 变换成一定的输出序列变换成一定的输出序列 y(n)y(n)， 从而达到改变信号频率构成的目的。从而达到改变信号频率构成的目的。 x(n)h(n)y(n)y(n)=x(n)*h(n) 设设数数字字滤滤波波器器的的脉脉冲冲响响应应序序列列为为hh0 0,
10、, h h1 1, , h h2 2,h,hm m, , 则则, ,展开：展开：y(k)=h0x(k)+h1x(k+1)+h2x(k+2)+ hmx(k+m) k=0,1,.华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 将数字滤波器系数带入公式中就可以对信号将数字滤波器系数带入公式中就可以对信号进行数字滤波。进行数字滤波。For i=0 To N7 Y(i)=-0.064X(i-0)+0.041X(i-1)+0.301X(i-2) +0.454X(i-3) +0.301X(i-4)+0.041X(i-5) -0.064X(i-6)Next华中科技
11、大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 样例信号：样例信号：华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 数字滤波器系数有专用软件计算，这里我们提数字滤波器系数有专用软件计算，这里我们提供一个网络计算工具：供一个网络计算工具：华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院数字滤波应用实例数字滤波应用实例: :6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律滤除信号中的高频噪声，以
12、便于观察轴心运动规律华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 动手做：动手做：用所学的数字信号分析算用所学的数字信号分析算法设计一个简单的声音信法设计一个简单的声音信号分析程序。号分析程序。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院思考题：思考题： 现的模拟信号处理，为什麽现的模拟信号处理，为什麽 ？6.6 常用的数字信号处理算法常用的数字信号处理算法 2.2.按数字信号处理公式，用你熟悉的计算机语言，按数字信号处理公式，用你熟悉的计算机语言， 写出常用数字信号处理算法的计算程序写出常用数字信号处理算法的计算程序 ？3.3.按采样数据按采样数据x(1),x(2),x(1),x(2),，x(n)x(n)，计算信号的，计算信号的 时域波形参数时域波形参数 ？Fs=10Hz,Xi0,2,3,0,-1,-2,0,2,3,0,-1,-2,0Fs=10Hz,Xi0,2,3,0,-1,-2,0,2,3,0,-1,-2,00At
