1、机械工程测试技术,第五章 信号处理初步,信号处理的基本步骤,1.信号处理目的 1)分离信、噪，提高信噪比; 2)从信号中提取有用的特征信号; 3)修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。 2.信号处理类别模拟信号处理 数字信号处理,第一节 数字信号处理的一般步骤处理的一般步骤1）予处理(1) 电压幅值调理,(2)必要的滤波 (3)隔离信号中的直流分量 (4)对调制信号进行解调 (5) 剔除数据中的奇异点 (6)分离趋势项 2）模拟信号的 数字化， 3）数字化处理， 4）数字信号的模拟化， 5）显示处理结果，或将结果送入其它设备,第二节 信号数字化的基本步骤与问题 1.信号数字化
2、的数学基础-DFT 2.连续函数的傅立叶变换的处理过程：,3.数字化中存在的问题及解决的方法1 )混频和采样定理 (1) 混频及其产生原因混频的频域特征及影响,混频的时域特征,(2)混频的消除方法被采样的模拟信号x(t)应带宽有限,采样频率应满足采样定理,Fs2fmax,2 ）量化及量化误差*量化 把信号的瞬时值变为数字量的过程，称为量化。量化由人工或A/D完成。*量化误差 模拟信号幅值量化时，其量化值经取舍而得，取舍时产生的误差即量化误差。对有舍有入的量化方式，采样值为区间 上均匀分布的随机变量，其平均误差 ，最大误差em=x/2, 方差 ， 标准差 。 *提高量化精度的方法加大A/D转换器
3、的位数,3.截断 泄漏及削弱泄漏的措施 1）泄漏现象,2）削弱方式： （1）增长截断长度,（2）采用不同的窗函数 *对窗函数的基本要求是：窗谱的主瓣窄而高，以提高分辨率；旁瓣要小，正、负交替接近相等。 *常用的窗函数有：矩形窗、汉宁窗、三角窗、指数窗,5.栅栏效应及其消除整周截取,第三节 相关分析及其应用 1.两随机变量的相关性及相关系数,2.自相关函数,1）定义,2）性质 （1）自相关函数与方差、均值有如下关系：,（2）当0时，自相关函数取最大值,（3）均值为零且无周期信号的随机信号，其自相关函数在趋于无穷大时为零；,均值非零且无周期信号的随机信号，其自相关函 数在趋于无穷大时为均值的平方，
4、即,（4）自相关函数是偶函数,（5）周期信号的自相关函数为同频的周期函数，其幅值与原周期信号的幅值有关，但无原周期信号的相位信息。3）自相关函数的应用（1）信号中的周期成分分析,（2）信号类型识别,3.互相关函数 1）定义,2）性质 （1）互相关函 数非偶函数；（2）0时的函数值并非 最大，函数值最大点对应的 值表示了两信号错位多大 时差时，其相关程度最高,（3）均值为零的两独立随机变量x(t)、y(t)，对一切，其互相关函数为零； （4）两信号x(t)和y(t)，若两者中无同频周期成分或直流成分，则 ；若有直流成分，则；若有同频周期成分，则 中有该频率的周期成分。即同频率相关，不同频不相关。
5、,4）互相关函数的工程应用1）相关滤波,2）相关探测,2）相关测速,4）寻求振动源,第四节 功能谱分析及其应用1.自功率谱密度函数（自谱）1）定义2）自功率谱的物理意义,3）性质 （1）自谱是偶函数，图形对称于纵轴；（2）自谱包含自相关的信息，可用于描述信号的相关性； （3）信号的自谱与其傅氏变化间存在如下关系,4）自功率谱密度Sx(f)反映信号的频域结构，与幅值谱 一致，但自谱所反映的是信号幅值的平方，因此其频域结构特征更明显,2.互功率谱密度函数（互谱）1）定义2）性质（1）互谱中包含了互相关的所有信息，不同的是，互相关是在时差域中，而互谱是频域上。,（2）互谱一般为复数，非奇非偶（因为互相关为非奇非偶实函数），有虚、实两部分。互谱可写成如下形式：3.功率谱的应用 1）求取系统的频响特性；,2）故障判断和分析,3）排除噪声干扰；4）判断信号中有无周期成分； 5）确定构件的载荷谱,4.相干函数（凝聚函数）及其应用1）定义2）含义 相干函数从频域上描述了系统的输入信号和输 出信号之间的因果性，即输出信号的功率谱中有 多少是输入量所引起的响应。或者说，两信号在 哪些频率成分上相关，哪些频率成分上不相关。,2）应用,
