现代测试技术 PPT

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机械工程测试技术
第3章 信号分析与处理
▲自相关函数的工程应用
1）区别信号类型
2）检测混杂在随机信号中的周期成分。
例 某一机械加工表面粗糙度波形的自相关分析。
a）表面粗糙度 b）自相关函数
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自相关图呈现出周期性， 表明造成表面粗糙度的原 因中包含有某种周期因素。
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数字信号处理系统
模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算的电路，如模拟 滤波器、乘法器、微分放大器等环节组成。
数字信号处理系统可以在通用计算机上借助程序来实现，也可 以用专用信号处理机来完成。数字信号处理机具有稳定、灵活、 快速、高效、应用范围广、设备体积小、重量轻等优点，在各 行业中得到广泛的应用。
2）实际上，和信号获取、处理的其他误差相比，量 化误差通常不大，所以一般可忽略其影响。
▲测定热轧钢带运动速度
钢带表面的反射光经透镜聚焦在相距为d的两个光电池上。反
射光强度的波动，经过光电池转换为电信号，再进行相关处
理。当可调延时τ等于钢带上某点在两个测试点之间经过所
需的时间τd时，互相关函数为最大值。则钢带的运动速度为
d
v
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d
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第3章 信号分析与处理
2）抗混滤波，按照被测有用信号的最高频率进行低通滤 波，以提高信噪比，并滤去信号中的高频噪声。
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机械工程测试技术 3）隔离信号中的直流分量。
第3章 信号分析与处理
4）如原信号经过调制，则应先行解调。
▲模-数(Leabharlann Baidu／D)转换是模拟信号经采样、量化并转化为二进制 的过程。
▲数字信号处理器或计算机对离散的时间序列进行运算处理。
s
1 2
v m
s—两传感器的中点至漏损处的距离
v—音响通过管道的传播速度
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第3章 信号分析与处理
第三节 模拟信号数字化处理
信号处理的目的：
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。
{ 信号处理系统
模拟信号处理系统
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第3章 信号分析与处理
第3章 测试信号分析与处理
第一节 相关分析及其应用 第二节 功率谱分析及其应用 第三节 模拟信号数字化处理 第四节 频谱分析的应用
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第3章 信号分析与处理
第一节 相关分析及其应用
一、相关与相关系数
当两个随机变量之间具有某种关系时，随着某一个变量 数值的确定，另一变量却可能取许多不同值，但取值有一定 的概率统计规律，这时称两个随机变量存在着相关关系。
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第3章 信号分析与处理
▲互相关函数的应用
1）互相关函数的计算要用到时间延时信息，因而可用来测 量有时间延时信息的物理量(如速度、距离、流量等)，而构 成相关流量计，这是一种先进的流速、流量测量方法。
2）对信号中的随机干扰噪声有极强的抑制能力。基于相关 原理可以将混叠在噪声中的微弱有用信号提取出来，或者说 将噪声从信号中分离出去（相关滤波器）。
a)变量x和变量y之间是无关的
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b)变量x和变量y之间有相关关系
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第3章 信号分析与处理
所以
xy 1
相关系数 xy 的绝对值愈接近1，变量x和y的线性相关
程度愈高。相关系数 xy 接近于零，则可认为变量x、y之间
完全无关。
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第3章 信号分析与处理
自相关函数：同一过程不同时刻的相互依赖关系，描 述随机信号x(t)在任意两个不同时刻t1和t2的取值之间的 相关程度。
互相关函数：不同过程在某一时刻的相互依赖关系， 描述随机信号x(t)，y(t)在任意两个不同时刻t1和t2的取 值之间的相关程度。
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采样函数
1
g (t)n (t ns)T G (f)T Sn (f ns)f
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第3章 信号分析与处理
采样
x (t)g (t) X (f)* G (f)
x(n)x(t)g(t)x(tnsT) n X (f)* G (f) X (f)* T 1 sn (f n s) fT 1 sn X (f n s)f
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机械工程测试技术 一、数字信号处理的基本步骤
第3章 信号分析与处理
▲信号的预处理是把信号变成适于数字处理的形式，以减 轻数字处理的困难。预处理包括：
1）电压幅值调理，将模拟信号的幅值进行衰减或者放大， 一符合采集系统输入信号量程的要求，以便充分利用A／D转 换器的精确度。
n x(tnsT ) T 1sn X(fnsf)
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机械工程测试技术 三、量化和量化误差
第3章 信号分析与处理
▲量化
采样所得的离散信号的电压幅值，若用二进制数码组来表 示，就使离散信号变成数字信号，这一过程称为量化。量化一 般是由A/D转换器来实现的。
▲量化误差
数字序列→截断（加窗函数）→剔除奇异点→数字滤 波→进行各种分析
▲运算结果可以直接显示或打印。若后接D／A，还可得到模拟 信号。如有需要可将数字信号处理结果送入后接计算机或通过 专门程序再做后续处理。
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二、时域采样及采样定理
模拟信号
x(t)X(f)
第3章 信号分析与处理
量化过程的量化误差与采集过程中寄存器的位数和采集卡 的最大输入幅值有关系。
(n)x(n)实 际 x(n)量电 化化
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机械工程测试技术 ▲降低量化误差的措施
第3章 信号分析与处理
1）提高A/D转换器的位数即可降低量化误差。但A／D 转换器位数选择应视信号的具体情况和量化的精度要求而 定，要考虑位数增多后，成本显著增加，转换速率下降的 影响。
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第3章 信号分析与处理
▲确定埋在地下输油管裂损位置
漏损处K视为向两侧传播声响的声源，在两侧管道上分别放置 传感器1和2，因为放传感器的两点距漏损处不等远，则漏油的 音响传至两传感器就有时差，在互相关图上τ=τm处互相关函 数有最大值，这个τm就是时差。由τm就可确定漏损处的位置：