机械工程测试技术基础课件第一章

1、第一节第一节 信号的分类与描述信号的分类与描述第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱第四节第四节 随机信号随机信号第二节第二节 周期信号与离散频谱周期信号与离散频谱1.确定性信号与随机信号第一节第一节 信号的分类与描述信号的分类与描述一、信号的分类一、信号的分类周期信号：是按一定时间间隔周而复始重复出现，无始无终的信号。（1）周期信号例如，几种参量的单自由度振动系统（见图1-1）图图1-11-11.确定性信号与随机信号第一节第一节 信号的分类与描述信号的分类与描述一、信号的分类一、信号的分类确定信号中那些不具有周期重复性的信号称为非周期信号。其图形如图1-2所示。（2）

2、非周期信号图图1-21-22.连续信号和离散信号第一节第一节 信号的分类与描述信号的分类与描述一、信号的分类一、信号的分类若信号数学表示式中的独立变量取值是连续的，则称为连续信号。如图1-3a所示。 若独立变量取离散值，则称为离散信号。如图1-3b所示。图图1-31-33.能量信号和功率信号第一节第一节 信号的分类与描述信号的分类与描述一、信号的分类一、信号的分类当电压信号满足一定条件时：则认为信号的能量是有限的，并称之为能量有限信号。简称能量信号。若信号在区间（- ， ）的能量是无限的，但它在有限区间的平均功率是有限的。这种信号称为功率有限信号，或功率信号。dttx)(2dttxtttt)(

3、121212 第一节第一节 信号的分类与描述信号的分类与描述二、信号的时域描述和频域描述二、信号的时域描述和频域描述直接测试或记录到的信号，一般是以时间为独立变量的，称其为信号的时域描述。如图1-4所示。图图1-41-4第一节第一节 信号的分类与描述信号的分类与描述二、信号的时域描述和频域描述二、信号的时域描述和频域描述图1-5表示的周期方波的时域图形、幅频谱和相频谱三者之间的关系。图图1-51-5第二节第二节 周期信号与离散频谱周期信号与离散频谱一、傅里叶级数的三角函数展开式一、傅里叶级数的三角函数展开式在有限区间内，凡满足狄里赫利条件的周期函数都可以展开称傅里叶级数。周期性三角函数的傅里叶

4、级数如图1-6所示。图图1-61-6第二节第二节 周期信号与离散频谱周期信号与离散频谱一、傅里叶级数的三角函数展开式一、傅里叶级数的三角函数展开式周期性三角波的频谱图如图1-7所示。图图1-71-7有关负频率的说明如图1-8所示。第二节第二节 周期信号与离散频谱周期信号与离散频谱二、二、 傅里叶级数的复指数函数展开式傅里叶级数的复指数函数展开式图图1-81-8第二节第二节 周期信号与离散频谱周期信号与离散频谱二、二、 傅里叶级数的复指数函数展开式傅里叶级数的复指数函数展开式正、余弦函数的频谱图如图正、余弦函数的频谱图如图1-9所示。所示。图图1-91-9第二节第二节 周期信号与离散频谱周期信号

5、与离散频谱二、二、 傅里叶级数的复指数函数展开式傅里叶级数的复指数函数展开式周期信号的频谱具有三个特点：1）周期信号的频谱是离散的。2）每条频谱只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是诸分量频率的公约数。3）各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。周期信号的强度以峰值、绝对均值、有效值和平均功率来表述。第二节第二节 周期信号与离散频谱周期信号与离散频谱三、周期信号的强度表述三、周期信号的强度表述第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱通常所说的非周期信号是指瞬变非周期信号如图1-11所示。图1-11a为矩形脉冲信号，图1-11b为指数衰减信号，图1-11c为衰减振荡，

6、图1-11d为单一脉冲。图图1-111-11一、傅里叶变换一、傅里叶变换第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱一、傅里叶变换一、傅里叶变换 图1-11 非周期性信号求矩形窗函数的频谱，函数如图1-12所示。第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱一、傅里叶变换一、傅里叶变换图图1-121-12sinc的图像如图1-13所示。第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱一、傅里叶变换一、傅里叶变换图图1-131-131.奇偶虚实性第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱二、傅里叶变换的主要性质二、傅里叶变换的主

7、要性质 一般X(f)是实变量f的复变函数。它可以写成2( )( )Re( )Im( )jftX fx t edtX fjX f一个信号的时域描述和频域描述依靠傅里叶变换来确立彼此一一对应的关系。2.对称性第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱二、傅里叶变换的主要性质二、傅里叶变换的主要性质对称性举例如图1-14所示。图图1-141-143.时间尺度改变特性第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱二、傅里叶变换的主要性质二、傅里叶变换的主要性质时间尺度改变特性举例如图1-15所示。图图1-151-154.时移和频移特性第三节第三节 瞬变非周期信号与连

8、续频谱瞬变非周期信号与连续频谱二、傅里叶变换的主要性质二、傅里叶变换的主要性质( )( )x tX f 在时域中信号沿时间轴平移一常值t0时，则020()( )jftx ttX f e 在频域中信号沿频率轴平移一常值f0时，则020( )()jf tx t eX ff 5.卷积特性第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱二、傅里叶变换的主要性质二、傅里叶变换的主要性质112212121212( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )x tXfx tXfx tx tXf Xfx t x tXfXf 6.微分和积分特性第三节第三节 瞬变非周期信号

9、与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱二、傅里叶变换的主要性质二、傅里叶变换的主要性质( )( 2)( )nnnd x tjfX fdt ( )(2)( )nnnd X fjfx tdf 1.矩形窗函数的频谱第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱三、几种典型信号的频谱三、几种典型信号的频谱矩形窗函数的频谱如图1-12所示。图图1-121-122. 函数及其频谱第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱三、几种典型信号的频谱三、几种典型信号的频谱矩形脉冲与函数如图1-16所示。图图1-161-162. 函数及其频谱第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变

10、非周期信号与连续频谱三、几种典型信号的频谱三、几种典型信号的频谱函数与其他函数的卷积如图1-17所示。图图1-171-173、 正、余弦函数的频谱密度函数第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱三、几种典型信号的频谱三、几种典型信号的频谱正、余弦函数及其频谱如图1-19所示。图图1-191-194、 周期单位脉冲序列的频谱第三节第三节 瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱三、几种典型信号的频谱三、几种典型信号的频谱周期单位脉冲序列及其频谱如图1-20所示。图图1-201-20第四节第四节 随机信号随机信号一、概述一、概述随机信号是不能用确定的数学关系式来描述的

11、，不能预测其未来的任何瞬时值。任何一次观测值只代表在其变动范围中可能产生的结果之一，但其值的变动服从统计规律。随机过程与样本函数如图1-21所示。图图1-211-21第四节第四节 随机信号随机信号二、随机信号的主要特征参数二、随机信号的主要特征参数1） 均值、方差和均方值2） 概率密度函数3） 自相关函数4） 功率谱密度函数1、 均值、方差和均方值第四节第四节 随机信号随机信号二、随机信号的主要特征参数二、随机信号的主要特征参数均值表示信号的常值分量方差描述随机信号的波动分量。均方值描述随机信号的强度。2、 概率密度函数第四节第四节 随机信号随机信号二、随机信号的主要特征参数二、随机信号的主要特征参数随机信号的概率密度函数是表示信号幅值落在指定区间的概率。如图1-22所示。图图1-221-222、 概率密度函数第四节第四节 随机信号随机信号二、随机信号的主