机械工程测试基础信号的调理与记录精品PPT课件
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机械工程测试技术基础ppt
机械工程测试技术基础
欢迎来到《机械工程测试技术基础ppt》。通过本课程，您将了解机械工程测 试技术的重要性以及其在实际应用中的作用。
什么是机械工程测试技术
机械工程测试技术是一种应用于机械领域的测试方法和技术，旨在评估和验 证机械系统的性能、可靠性和安全性。
Hale Waihona Puke 机械工程测试技术的重要性机械工程测试技术对于确保产品质量、提高系统可靠性以及减少故障率至关重要。它帮助工程师们识别问题并 提供解决方案。
疲劳寿命测试
使用疲劳试验台，评估材料和构件在长期应力作用 下的寿命。
振动测试
使用振动试验台，评估产品在振动环境下的可靠性 和耐久性。
机械工程测试技术的未来发展方向
未来，机械工程测试技术将继续发展，更加注重自动化、智能化和可持续性，以适应不断变化的工程需求和环 境要求。
总结和要点
机械工程测试技术是评估机械系统性能的重要工具，它可以帮助我们提高产 品质量、确保系统可靠性，并推动创新和发展。
动态测试
通过施加实际工作条件下的力和负载，评估系 统的响应和稳定性。
可靠性测试
通过长时间运行和负载测试，评估系统的可靠 性和寿命。
机械工程测试技术在实际应用中的案例
汽车发动机测试
结构性能测试
使用动力测功机和传感器，评估汽车发动机的性能、 燃油效率和排放。
使用载荷和弯曲测试机，评估建筑物、桥梁等结构 的强度和耐久性。
机械工程测试技术的基本原理
机械工程测试技术基于物理和工程原理，利用传感器、仪器和数据分析方法 来监测和评估机械系统的性能和行为。
常见的机械工程测试技术方法
非破坏性测试
使用无损检测方法，如超声波、磁粉检测等， 评估材料和构件的质量和完整性。
欢迎来到《机械工程测试技术基础ppt》。通过本课程，您将了解机械工程测 试技术的重要性以及其在实际应用中的作用。
什么是机械工程测试技术
机械工程测试技术是一种应用于机械领域的测试方法和技术，旨在评估和验 证机械系统的性能、可靠性和安全性。
Hale Waihona Puke 机械工程测试技术的重要性机械工程测试技术对于确保产品质量、提高系统可靠性以及减少故障率至关重要。它帮助工程师们识别问题并 提供解决方案。
疲劳寿命测试
使用疲劳试验台，评估材料和构件在长期应力作用 下的寿命。
振动测试
使用振动试验台，评估产品在振动环境下的可靠性 和耐久性。
机械工程测试技术的未来发展方向
未来，机械工程测试技术将继续发展，更加注重自动化、智能化和可持续性，以适应不断变化的工程需求和环 境要求。
总结和要点
机械工程测试技术是评估机械系统性能的重要工具，它可以帮助我们提高产 品质量、确保系统可靠性，并推动创新和发展。
动态测试
通过施加实际工作条件下的力和负载，评估系 统的响应和稳定性。
可靠性测试
通过长时间运行和负载测试，评估系统的可靠 性和寿命。
机械工程测试技术在实际应用中的案例
汽车发动机测试
结构性能测试
使用动力测功机和传感器，评估汽车发动机的性能、 燃油效率和排放。
使用载荷和弯曲测试机，评估建筑物、桥梁等结构 的强度和耐久性。
机械工程测试技术的基本原理
机械工程测试技术基于物理和工程原理，利用传感器、仪器和数据分析方法 来监测和评估机械系统的性能和行为。
常见的机械工程测试技术方法
非破坏性测试
使用无损检测方法，如超声波、磁粉检测等， 评估材料和构件的质量和完整性。
机械工程测试技术基础ppt(共70张PPT)
瞬时功率对时间的积分即为能量。
定义：当x〔t〕满足x2(关t)d系t式
那么称信号x〔t〕为有限能量信号 ，简称能量信号 。
矩形脉冲、衰减指数信号等均属这类信号。
• 功率信号：
• 假设信号在区间〔－∞，＋ ∞〕的能量是无限的
x2(t)dt
•
但它在有限区间〔t1,t2)的平均功率有限，即
1 t2 x2(t)dt
令
Cn
C n
C0
1 2
(an
1 2
(an
a0
jbn ) jbn )
n 1,2,3
那么
x (t) C 0 C n e j n 0 t C n ej n 0 t n 1 ,2 ,3
n 1
n 1
或
x(t)
Cejn 0t n
n0,1,2,(1-
n
15)
这就是傅里叶级数的复指数展开形式。
若 x(t) X (f )
则有
d n x (t) dt n
( j2 f )n X （ f )
( j2 t)n x (t)
d nX (f ) df n
t
1
x ( t ) dt X ( f )
j2 f
三、几种典型信号的频谱
1. 矩形窗函数的频谱
结论：
➢矩形窗函数在时域中有限区间取值，但频域中频谱在频率 轴上连续且无限延伸。 ➢实际工程测试总是时域中截取有限长度(窗宽范围)的信号，其本 质是被测信号与矩形窗函数在时域中相乘，因而所得到的频谱必 然是被测信号频谱与矩形窗函数频谱在频域中的卷积，所以实际 工程测试得到的频谱也将是在频率轴上连续且无限延伸。
★周期信号的频谱是离散的!
n
例题1－1，求图1－6中周期三角波的傅里叶级数。
机械工程测试技术ppt
1.1.1 信号的分类 2、功率信号 在所分析的区间（-∞，∞），能量不是有限 值．而信号的平均功率是有限的。
1 lim T 2T
T
T
x (t )dt
2
一般持续时间无限的信号都属于功率信号:
1.1.1 信号的分类
三、 时限与频限信号 1、 时域有限信号 在时间段 (t1，t2)内有定义，其外恒等于零．
k
x(t ) x 0cos(
k m
t 0 )
1.1.1 信号的分类
2、特点： 给定一个时间值就可得到一个确定的函数 值。 3、分类： 根据信号的波形是否重复再现可分为： ●周期信号 ●非周期信号
1.1.1 信号的分类
1）周期信号（定义） ●按一定周期重复的信号。 周期T：重复间隔时间。 2 f 频率（f=1/T ）、圆频率（ 2 ） T 分类： 简单周期信号： x(t ) A0sin(t 0 )
１ x（t） x（t） x（t）
t
t
t
（瞬变量例２）（瞬变量例３） （瞬变量例１）
1.1.1 信号的分类
（二） 不确定信号（随机信号）
1、定义 不能用精确的数学关系式来表达，也无法 确切地预测未来任何瞬间精确值的信号，也可 以称之为随机信号。 例如：环境噪声、温度、股市行情 ２、统计特点 对于随机信号同样可以用某一量纲（dB、 温度℃、股市指数）来表示某一时刻的大小， 也可建立某些数学模型进行分析和预测，但只 能是在概率统计意义上的近似描述，这种数学 模型称为统计模型。
机械工程测试技术基础
第一章 信号及其描述
本章学习要求：
1.了解信号分类方法
2.掌握周期信号强度表示方法
3.掌握周期信号频分析方法及其特点
机械工程测试技术基础PPT(共41页)
！！！
x t a 0 n 1 1 2 a n jn b e j n 0 t 1 2 a n jn b e j n 0 t
实频谱、虚频谱 余弦函数
正弦函数
！！！
！！！
由于
0
2
T0
当 T 0 趋于无穷 时，频率间隔 成为 d，
离散谱中相邻的谱线紧靠在一起，n0 成为连续变
量，求和符号 就变为积分符号 ，则
且有
A na n 2 b n 2
tg n
an bn
*
xta0 A nco n s0tn
0
注意此二 式的区别
且有
A na n 2 b n 2
tg n
bn an
P 22-23
算例：求右图周期性三角波的傅立叶级数
解：在x(t)的一个周期中可表示为X(t)
xt
A A
2A T0 2A
t t
T0 t 0 2
xt d x t ejtdtejt
2
1 x t ejtdtejtd
2
这就是傅立叶积分
二、傅立叶变换的主要性质(P 30) 熟悉傅立叶变换的性质的重要意义 简化作用,推广于复杂复杂情况！！！
第2章 测试装置的基本特性
§2.1 概述 §2.2 测试装置的静态特性 §2.3 测试装置动态特性的数学描述 §2.4 测试装置对任意输入的响应 §2.5 实现不失真测试的条件 §2.6 测试装置动态特性的测试
0 t T0
t
T 0
2
常值分量
1 T0
a0
T0
x 2
T0
t
dt
2
2 T0
T0 2
0
A
机械工程测试技术基础(第三版)段富海-第四章 信号调理与记录
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2019/2/1
PAGE: 2
§4-1 电桥
一、直流电桥
U y U ab U ad I 1 R1 I 2 R4 R1 R4 U o R1 R2 R3 R4 R1 R3 R2 R4 U o ( R1 R2 )(R3 R4 )
当某一桥臂随被测量变化时， 电桥失去平衡，调节电位器H，改 变电阻R5触电位置，可使电桥重新 平衡，电表G指针回零。
电位器H上的标度与桥臂电阻 值的变化成比例，故H的指示值可 以直接表达被测量的数值。
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2019/2/1
PAGE: 11
Uy
灵敏度：
R0 U0 R0
U0
S
Uy R / R
全桥输出电压高，有补偿作用
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY DATE: 2019/2/1 PAGE: 9
§4-1 电桥
电桥的和差特性： 若相邻两桥臂电阻同向变化（两电阻同时增大或同时 减小），所产生的输出电压的变化将相互抵消； 若相邻两桥臂电阻反向变化（两电阻一个增大一个减 小），所产生的输出电压的变化将相互叠加。
x(t ) cos 2 f 0t cos 2 f 0t x(t ) 1 x(t ) cos 4 f 0t 2 2
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY DATE: 2019/2/1 PAGE: 23
§4-2 调制与解调
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2019/2/1
机械工程测试技术基础第四章
2020/7/18
二、交流电桥
供桥电压的正弦交流电压为：
U ~0Esi n.t
直流电桥推导出Uy 与ΔR 的关系仍然适用。
1、交流电桥的平衡条件
因U~0 为正弦交流电（频率为10~15KHz），所 以，各桥臂为受阻抗
2020/7/18
Z 1 r1 jx 1 Z 01 e j Z 2 r2 jx 2 Z 02 e j 2 Z 3 r3 jx 3 Z 03 e j 3 Z 4 r4 jx 4 Z 04 e j 4
x (t)y (t) X (f) Y (f)
余弦信号频率域图形是一对脉冲谱线，一个函数与脉 冲卷积的结果，就是将其图形由坐标原点平移至该脉 冲函数（频率f0）处，其幅值减半。 调幅过程相当于频谱“搬移”过程。
2020/7/18
2020/7/18
若把调幅波与原载波信号相乘，则频域图形将再
次进行“搬移”，如果用一个低通滤波器滤去中心频率
C—— 电 容 调 ห้องสมุดไป่ตู้ 平 衡 差动电容器
6 、带感应耦合臂的电桥
用差动式三绕组电感传感器，将被测位移量转换为互感的变化 具有较高的精确度，灵敏度及性能稳定
2020/7/18
§4-2调制与解调
调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控制下而发
生变化的过程。
前一个信号称为载波，一般为较高频率的交变信号。 后一信号（控制信号）称为调制信号。 最后输出是已调制波。已调制波一般都便于放大和传
2020/7/18
二、理想滤波器
根据线性系统的不失真传输条件,理想测量系统的
频率响应函数应是 H(f)A0e2f0t
若滤波器的频率响应H(f)满足下列条件：
H(f)A0e2ft0 0
二、交流电桥
供桥电压的正弦交流电压为：
U ~0Esi n.t
直流电桥推导出Uy 与ΔR 的关系仍然适用。
1、交流电桥的平衡条件
因U~0 为正弦交流电（频率为10~15KHz），所 以，各桥臂为受阻抗
2020/7/18
Z 1 r1 jx 1 Z 01 e j Z 2 r2 jx 2 Z 02 e j 2 Z 3 r3 jx 3 Z 03 e j 3 Z 4 r4 jx 4 Z 04 e j 4
x (t)y (t) X (f) Y (f)
余弦信号频率域图形是一对脉冲谱线，一个函数与脉 冲卷积的结果，就是将其图形由坐标原点平移至该脉 冲函数（频率f0）处，其幅值减半。 调幅过程相当于频谱“搬移”过程。
2020/7/18
2020/7/18
若把调幅波与原载波信号相乘，则频域图形将再
次进行“搬移”，如果用一个低通滤波器滤去中心频率
C—— 电 容 调 ห้องสมุดไป่ตู้ 平 衡 差动电容器
6 、带感应耦合臂的电桥
用差动式三绕组电感传感器，将被测位移量转换为互感的变化 具有较高的精确度，灵敏度及性能稳定
2020/7/18
§4-2调制与解调
调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控制下而发
生变化的过程。
前一个信号称为载波，一般为较高频率的交变信号。 后一信号（控制信号）称为调制信号。 最后输出是已调制波。已调制波一般都便于放大和传
2020/7/18
二、理想滤波器
根据线性系统的不失真传输条件,理想测量系统的
频率响应函数应是 H(f)A0e2f0t
若滤波器的频率响应H(f)满足下列条件：
H(f)A0e2ft0 0
机械工程测试精品PPT课件
n k 0
N
2 h(k) x(n k)x(n ) 2 z(n)x(n ) 0 4
K 0
n
n
x(n)的自相关函数 Z（n）与x（n） 的互相关函数 Wiener—Hopf 方程
维纳滤波器
nT
n= 0 , 1, …, N
x(n k)x(n ) rxx ( k)
n
z(n)x(n ) rzx ()
不确定性原理
1. 理想的时间分辨率 2. 理想的频率分辨率
2020/12/22
13
10-2 小波变换
小波变换的目的 既要看到森林（信号的概貌），又要看到树木（信
号的细节）。 数字显微镜
一、小波变换与短时傅里叶变换
2020/12/22
14
2020/12/22
基函数
时频平面的划分
15
短时傅里叶变换
n
N
h(k)rxx ( k) rzx ()
k 0
N
h(k)rxx (k ) rzx ()
k 0
已知输入 x（n）和要求的输出 z（n）
并知 rxx（n）和 rzx（n）
求 h（n）
2020/12/22
5
卷积
h(n) * rxx (n) rzx (n)
Z变换
H (z) Rzx (z) / Rxx (z)
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
2020/12/22
7
第十章 信号的时频分析
信号处理的发展史 40年代 简单处理 60年代 算法 FFT 现代 系统化
热点 非… 系统
参考书目 张贤达 现代信号处理 清华出版社 1995. 王宏禹 现代谱估计 东南大学出版社 1991. 王宏禹 随机数字信号处理 科学出版社 1988.
机械工程测试 信号调理PPT文档共24页
工程测试 信号调理
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
机械工程测试技术PPT电子课件-第五章 信号的获取与调理05.3.3光电式传感器_OK
2021/7/31
合肥学院机械工程系 10 10
机械工程测试技术
光敏电阻——基本特性
第五章 信号的 获取与调理
➢ 光谱特性 • 光敏电阻灵敏度与入射波长有关; • 光敏电阻灵敏度与半导体掺杂的材料有关。
2021/7/31
合肥学院机械工程系 11 11
机械工程测试技术
光敏电阻——基本特性
第五章 信号的 获取与调理
第五章 信号的 获取与调理
(3) 烟尘浊度监测仪 防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业 烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行 监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光 在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增 加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检 测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道 浊度的变化。
2021/7/31
合肥学院机械工程系 31 31
机械工程测试技术
第五章 信号的 获取与调理
(4) 光电转速传感器
图示为光电式数字转速表工作原理图。图(a)表示转轴上涂黑 白两种颜色的工作方式。当电机转动时，反光与不反光交替 出现，光电元件间断地接收反射光信号，输出电脉冲。经放 大整形电路转换成方波信号，由数字频率计测得电机的转速。 图(b)为电机轴上固装一齿数为z的调制盘〔相当图(a)电机轴上 黑白相间的涂色〕的工作方式。其工作原理与图(a)相同。若 频率计的计数频率为f
硅光敏二极管结构
2021/7/31
合肥学院机械工程系 14 14
机械工程测试技术
第五章 信号的 获取与调理
➢工作原理： 光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态，
✓ 无光照时，反向电阻很大， 反向电流很小；
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2）原因
（a） 采样频率 f太s 低；
（b） 原模拟信号不是有限带宽的信号，即
fh 。
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 2、混 叠 混叠现象—时域解释
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理
2、混 叠
混叠现象实验：
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理
目的：获取有用的信息
内容：用数字序列来表示测试信号，并用数学 公式和运算来对这些数字序列进行处理。 内容包括截断、剔除奇异点和趋势项、 数字波形分析、幅值分析、频谱分析和 数字滤波等。
A
X(0)
0
t
X(1) X(2) X(3)
x
1 N
N 1
X
i0
i
4）显示
X(4)
5.1 数字信号处理概述 案例：铁路机车FSK信号检测与分析
机械工程测试技术基础
第五章 信号处理初步
本章学习要求：
1.掌握数字信号处理目的和基本步骤 2.掌握信号采样定理，能正确选择采样频率 3.认识并处理好数字信号处理过程中出现的（混
迭、量化误差、能量泄漏、栅栏效应等）问题 ★4.掌握相关分析和功率谱分析方法
机械工程测试技术基础
第五章 信号处理初步
信lg Us
5.2 信号数字化出现的问题
5.2.1 概述
x(nTs)
步骤二
时域截断
x(t)s(t)ω(t)
x(nTs)ω(t)
X(f)*S(f)*W(f)
第五章 信号处理初步 5.2 信号数字化出现的问题 5.2.1 概述
步骤三
频域采样
x(t)s(t)ω(t)*d(t)
1/T
[X(f)*S(f)*W(f)]D(f)
Un
2.从信号中提取有用信息；
3.修正测试系统的某些误差。 信号处理系统：
模拟信号处理系统
数字信号处理系统
第五章 信号处理初步
模拟信号处理系统：由一系列能实现模拟运算的 电路（模拟滤波器、乘法器、微分放大器等） 组成。
模拟信号处理是信号处理的一种方法，也是数字 信号处理的基础、前奏和后处理方法。
数字信号处理系统：由硬件和软件组成。硬件可 以是计算机，也可以是专用信号处理机。
Comb f ,
fs
S f
1 Ts
f
r
rfs
1 Ts
r
f
r Ts
r 0, 1, 2, 3......
1、时域采样
时域相乘频域卷积
xt st
Xf
S f
Xf
1
Ts
r
f
r Ts
1 Ts
X
r
f
r Ts
1 Ts
X
r
f rfs
r 0, 1, 2, 3......
最少2点:
fs
1 Ts
1 Tc 2
2 fc
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理
2、混 叠(Aliasing)
1）定义 在频域中，如果平移距离过小，平移后的频
谱就会有一部分相互交叠，从而使新合成的频 谱与原频谱不一致，因而无法准确地恢复原时 域信号，这种由于采样频率过低产生频谱的重 叠导致的失真现象称为混叠。
数字信号处理具有稳定、灵活、快速、高效、应 用范围广、设备体积小、重量轻等优点。数字 信号处理方法发展很快，应用极其广泛。
第五章 信号处理初步
5.1 数字信号处理概述 1、测试信号数字化处理的基本步骤
对象
物理信号
传 感
电信号
预 处
电信号
器
理
A/D 转换
数字信号
物理信号
控制
显 示
计
电信号 D/A
算
转换
xn xnTs xn fs
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样
1、时域采样 时域波形
频谱图
combt,Ts
1
•••
combf , fs
1
1 Ts
•••
•••
•••
2Ts Ts 0 Ts 2Ts t
3/Ts 1/Ts0 1/Ts 3/Ts f
comb(t,Ts ) st t nTs , n 0, 1, 2, 3...... n
机
1）信号预处理 目的：把信号变成适于数字处理形式，减轻数字 处理的困难，提高数字处理的精度。 内容：根据测试对象、信号特点和数字处理设 备的不同而不同。 例如：电压幅值调理 滤波—提高信噪比、抗混频滤波 隔直 解调
2）A/D转换 目的：将模拟信号→数字信号 内容：采样、量化和编码
第五章 信号处理初步 3）数字信号处理器或计算机
(FSK--数字频率调制又称频率键控)
京沪高速铁路全长1318公里，贯穿四省三市，设计时速 350公里，总投资2209亿元 。
问题：机车状态信号识别(频率解调)
第五章 信号处理初步
5.2 信号数字化出现的问题
-----本节以计算一模拟信号的频谱为例来 说明出现的相关问题 5.2.1 概述
设模拟信号的傅立叶变换为 X f ，为了利用计
可见，时域采样导致： 时域离散，频域连续、周期性延拓。
1、时域采样 采样间隔、采样频率、序列长度之间的关系：
xnTs xt tnTs 其中,n=0,1,2,3,…N-1…
Ts 采样间隔； fs 采样频率，fs 1 Ts N 序列长度，N T Ts
可见，采样间隔的选择是个重要的问题
Ts fs 工作量增加，丢失有用信号； Ts fs 出现混叠现象
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样 采样是将采样脉冲序列s(t)与信号x(t)相乘， 取离散点x(nTs)的值的过程。 问题：应该取多少个采样点 ？
每周期取9个采样点。
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样
X(0), X(1), X(2), ……, X(n)
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样 每周期取2个采样点。
算机来计算，时域和频域都必须变换成有限长的离 散序列。这就必须对其进行时域采样、截断和频域 采样。
模拟信号数字化过程可分为三个步骤。
第五章 信号处理初步
5.2 信号数字化出现的问题
5.2.1 概述
X(t)
步骤一
时域采样
x(nTs)=x(t)s(t)
x(nTs)
x(t)s(t) X(f)*S(f)
第五章 信号处理初步
5.2 信号数字化出现的问题 5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样
采样是把连续时间信号变成离散时间序列的过 程，就是等间距地取点。而从数学的角度来看，则 是用采样函数去乘连续信号。 依据： FT的卷积特性——时域相乘则频域卷积
函数的卷积特性——频域作卷积就产生频谱
的周期延拓
长度为T的连续时间信号x(t),从t=0点开始采样， 得到离散时间序列x(n)为
（a） 采样频率 f太s 低；
（b） 原模拟信号不是有限带宽的信号，即
fh 。
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 2、混 叠 混叠现象—时域解释
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理
2、混 叠
混叠现象实验：
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理
目的：获取有用的信息
内容：用数字序列来表示测试信号，并用数学 公式和运算来对这些数字序列进行处理。 内容包括截断、剔除奇异点和趋势项、 数字波形分析、幅值分析、频谱分析和 数字滤波等。
A
X(0)
0
t
X(1) X(2) X(3)
x
1 N
N 1
X
i0
i
4）显示
X(4)
5.1 数字信号处理概述 案例：铁路机车FSK信号检测与分析
机械工程测试技术基础
第五章 信号处理初步
本章学习要求：
1.掌握数字信号处理目的和基本步骤 2.掌握信号采样定理，能正确选择采样频率 3.认识并处理好数字信号处理过程中出现的（混
迭、量化误差、能量泄漏、栅栏效应等）问题 ★4.掌握相关分析和功率谱分析方法
机械工程测试技术基础
第五章 信号处理初步
信lg Us
5.2 信号数字化出现的问题
5.2.1 概述
x(nTs)
步骤二
时域截断
x(t)s(t)ω(t)
x(nTs)ω(t)
X(f)*S(f)*W(f)
第五章 信号处理初步 5.2 信号数字化出现的问题 5.2.1 概述
步骤三
频域采样
x(t)s(t)ω(t)*d(t)
1/T
[X(f)*S(f)*W(f)]D(f)
Un
2.从信号中提取有用信息；
3.修正测试系统的某些误差。 信号处理系统：
模拟信号处理系统
数字信号处理系统
第五章 信号处理初步
模拟信号处理系统：由一系列能实现模拟运算的 电路（模拟滤波器、乘法器、微分放大器等） 组成。
模拟信号处理是信号处理的一种方法，也是数字 信号处理的基础、前奏和后处理方法。
数字信号处理系统：由硬件和软件组成。硬件可 以是计算机，也可以是专用信号处理机。
Comb f ,
fs
S f
1 Ts
f
r
rfs
1 Ts
r
f
r Ts
r 0, 1, 2, 3......
1、时域采样
时域相乘频域卷积
xt st
Xf
S f
Xf
1
Ts
r
f
r Ts
1 Ts
X
r
f
r Ts
1 Ts
X
r
f rfs
r 0, 1, 2, 3......
最少2点:
fs
1 Ts
1 Tc 2
2 fc
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理
2、混 叠(Aliasing)
1）定义 在频域中，如果平移距离过小，平移后的频
谱就会有一部分相互交叠，从而使新合成的频 谱与原频谱不一致，因而无法准确地恢复原时 域信号，这种由于采样频率过低产生频谱的重 叠导致的失真现象称为混叠。
数字信号处理具有稳定、灵活、快速、高效、应 用范围广、设备体积小、重量轻等优点。数字 信号处理方法发展很快，应用极其广泛。
第五章 信号处理初步
5.1 数字信号处理概述 1、测试信号数字化处理的基本步骤
对象
物理信号
传 感
电信号
预 处
电信号
器
理
A/D 转换
数字信号
物理信号
控制
显 示
计
电信号 D/A
算
转换
xn xnTs xn fs
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样
1、时域采样 时域波形
频谱图
combt,Ts
1
•••
combf , fs
1
1 Ts
•••
•••
•••
2Ts Ts 0 Ts 2Ts t
3/Ts 1/Ts0 1/Ts 3/Ts f
comb(t,Ts ) st t nTs , n 0, 1, 2, 3...... n
机
1）信号预处理 目的：把信号变成适于数字处理形式，减轻数字 处理的困难，提高数字处理的精度。 内容：根据测试对象、信号特点和数字处理设 备的不同而不同。 例如：电压幅值调理 滤波—提高信噪比、抗混频滤波 隔直 解调
2）A/D转换 目的：将模拟信号→数字信号 内容：采样、量化和编码
第五章 信号处理初步 3）数字信号处理器或计算机
(FSK--数字频率调制又称频率键控)
京沪高速铁路全长1318公里，贯穿四省三市，设计时速 350公里，总投资2209亿元 。
问题：机车状态信号识别(频率解调)
第五章 信号处理初步
5.2 信号数字化出现的问题
-----本节以计算一模拟信号的频谱为例来 说明出现的相关问题 5.2.1 概述
设模拟信号的傅立叶变换为 X f ，为了利用计
可见，时域采样导致： 时域离散，频域连续、周期性延拓。
1、时域采样 采样间隔、采样频率、序列长度之间的关系：
xnTs xt tnTs 其中,n=0,1,2,3,…N-1…
Ts 采样间隔； fs 采样频率，fs 1 Ts N 序列长度，N T Ts
可见，采样间隔的选择是个重要的问题
Ts fs 工作量增加，丢失有用信号； Ts fs 出现混叠现象
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样 采样是将采样脉冲序列s(t)与信号x(t)相乘， 取离散点x(nTs)的值的过程。 问题：应该取多少个采样点 ？
每周期取9个采样点。
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样
X(0), X(1), X(2), ……, X(n)
5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样 每周期取2个采样点。
算机来计算，时域和频域都必须变换成有限长的离 散序列。这就必须对其进行时域采样、截断和频域 采样。
模拟信号数字化过程可分为三个步骤。
第五章 信号处理初步
5.2 信号数字化出现的问题
5.2.1 概述
X(t)
步骤一
时域采样
x(nTs)=x(t)s(t)
x(nTs)
x(t)s(t) X(f)*S(f)
第五章 信号处理初步
5.2 信号数字化出现的问题 5.2.2 时域采样、混叠和采样定理 1、时域采样
采样是把连续时间信号变成离散时间序列的过 程，就是等间距地取点。而从数学的角度来看，则 是用采样函数去乘连续信号。 依据： FT的卷积特性——时域相乘则频域卷积
函数的卷积特性——频域作卷积就产生频谱
的周期延拓
长度为T的连续时间信号x(t),从t=0点开始采样， 得到离散时间序列x(n)为