1、Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1工程测试技术全册配套工程测试技术全册配套完整教学课件完整教学课件2Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 2工程测试技术工程测试技术Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 3工程测试技术工程测试技术Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 4课程内容课程内容本课程主要介绍工业自动化、环境监测、楼宇控制、交通等领域中常见物理量(压力、应变、位移、加速度、温度等）的传感器测量原理、测量电路原理、信号分析及处理方法。内容如下内容如下Dr. Xiwen Li & Wuxing
2、 Lai Page 5学习方法学习方法本课程是一门培养学生解决实际工程测量问题的能力的专业技术基础课，课程具有很强的实践性。学习时应充分利用课程所开设实验和提供的仿真课件。只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能得到应有的能力培养，才能更好的掌握书本知识和具备解决实际测量问题的能力。 理论学习、实践学习和研究学习三元并重。理论学习、实践学习和研究学习三元并重。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 6考试考试 实验单独计分：实验不及格不能参加期实验单独计分：实验不及格不能参加期终考试，成绩为终考试，成绩为0分；分； 平时作业和考勤平时作业和考勤：30分。 平时作业 考勤 期
3、终考试占：70分。 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 7第一章绪论第一章绪论本章学习要点：本章学习要点：1.1 掌握测试技术的概念及研究内容1.2 了解测试技术的应用情况 1.3 了解测试技术的发展动态 1.4 了解主要测试仪器生产厂商 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 81.1 测试技术的基本概念测试技术的基本概念 测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。 测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。简单的测试系统可以简单的测试系统可以只有一个模块，如玻只有
4、一个模块，如玻璃管温度计。它直接璃管温度计。它直接将被测对象温度变化将被测对象温度变化转化液面示值。没有转化液面示值。没有电量转换和分析处理电量转换和分析处理电路，很简单，但测电路，很简单，但测量精度底，无法实现量精度底，无法实现测量自动化。测量自动化。 为提高测量精度和为提高测量精度和自动化程度，以便自动化程度，以便于和其它环节一起于和其它环节一起构成自动化装置，构成自动化装置，通常先将被测物理通常先将被测物理量转换为电量，再量转换为电量，再对电信号进行处理对电信号进行处理和输出。如图所示和输出。如图所示的声级计。的声级计。 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 9例
5、1：热轧设备诊断Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 10例例1热轧设备诊断热轧设备诊断问题及解决方法：（1）怎样测量压力、振动位移、电气信号以及控制信号开关量？（2） 信号如何传输？（3） 多传感器信息融 合处理（fusion)？（4） 设备的管理、调度 和控制传感器技术信息处理技术计算机等技术Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 11例例2汽车防抱死制动系统汽车防抱死制动系统ABS 如果刹车片抱死车轮 汽车的制动力来自轮胎与地面的摩擦力，而地面与车轮间的静摩擦系数大于滑动摩擦系数，则刹车距将增长。 前轮若抱死，前轮转向附着力达极限，即使转动方
6、向盘，汽车仍会沿原方向滑行。 后轮若抱死，后轮无法转动，如有侧向力，极易发生甩尾现象。 ABS的任务 保持刹车时的方向稳定性 保持转向控制能力 提供最大制动力并缩短制动距离 减少轮胎磨损 ABS = Antilock Braking SystemDr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 12例例2汽车防抱死制动系统汽车防抱死制动系统ABS组成和工作原理组成和工作原理：ABS是普通制动系统基础上加装车轮速度传感器、车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路调节装置及制动控制电路等组成。工作过程分为常规制动，制动压力保持、制动压力减小和制动
7、压力增大等阶段。制动中，ABS电控单元判断车轮速度信号，加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。ABS增压阶段：增压阶段：如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置不参与工作，制动主缸和各制动轮缸相通，制动轮缸中的压力继续增大。ABS保压阶段：保压阶段：如果电控单元判断出某个车轮（假设为左前轮）即将抱死拖滑，它即向制动压力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸压力不再增大。ABS减压阶段：减压阶段：若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或储能器的通道，使左前制动轮缸中的油压降低。装有ABS的车辆在干柏油路、雨
8、天、雪天等路面防滑性能分别达到80%90%、30%10%、15%20%。 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 13ABS工作原理：轮速传感器+电子控制模块+执行器图电子控制模块轮速传感器制动踏板黄色-速度传感器通道蓝色-液压管路ECU制动压力调节器Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 14例3电机故障诊断图图 电动机在线识别电动机在线识别在某电动机生产线上，利用频谱诊断技术实现电动在某电动机生产线上，利用频谱诊断技术实现电动机在线自动识别、分类的过程。机在线自动识别、分类的过程。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 15
9、例：电机故障诊断实验步骤例：电机故障诊断实验步骤 具体检测步骤如下： （1）将装有微型加速度计的测头接触传送带上运送的电动机； （2）检测电动机的振动信号，经放大器后输入FFT分析仪； （3）将检测得的振动频谱与预先在分析仪中设定的判别谱进行比较； （4） 进行合格与否判断，输出判断信号。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 16例：电机故障诊断实验结果例：电机故障诊断实验结果 上图分别为典型合格品与废品的振动频谱。上图分别为典型合格品与废品的振动频谱。 图中可看出，废品的频谱图中往往在某一频率有较图中可看出，废品的频谱图中往往在某一频率有较大的幅值。大的幅值。Dr.
10、Xiwen Li & Wuxing Lai Page 17三个实际问题的启示三个实际问题的启示 机、电、液、气技术相结合； 传感器、信息处理、计算机技术的综合运用； 相关学科的整体发展才可能有某一项技术的提高。 测试技术是解决这类问题的第一步。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 18 本课程的研究对象 （机械）工程 中的 动态 物理量 广义的 随时间而变化的 静态 物理量 不随时间而变化的 g的测量的测量、电子半径（1964 MIT和Harvard 1966丁肇中） 1*10e-17m 1*10e-24m G目前测量最高精度是目前测量最高精度是13个个ppm，角加速度
11、法测量，角加速度法测量 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 19测试技术定义 测试技术涵义是研究客观事物变化规律的方法（手段），是从客观事物中摄取有关信息的认识过程。运用专门的设备，通过合适的实验方法和必要的数据处理，求得所研究的有关信息的量值。 测试定义： 是具有 试验 性质的 测量。为确定被测对象量值(Value)而进行的实验过程对未知事物的探索性认识过程(Process)，是一个动态过程而非静止Measurement & TestDr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 20 测试的意义 测试是人类认识自然、掌握自然规律的实践途径之一，是科学
12、研究中获得感性材料、接受自然信息的途径，是形成、发展和检验科学理论的实践基础。 测试属于信息科学范畴，因而被称为信息探测工程学。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 21信息信息 (Information) 较为典型和著名的几个定义： 美国科学家维纳(N. Wiener)在1948年出版的奠基性著作控制论-动物和机器中的通信与控制问题一书中指出：“信息就是信息，不是物质，也不是能量。” 美国科学家山农(C. E. Shanon)在1948年“通信的数学理论”一文中定义为：“能够用来消除不定性的东西。” 意大利学者郎格(G. Longer)在1975年出版的信息论：新趋势
13、和未决问题一书中定义为：“事物之间的差异，而不是事物本身。”Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 22信息信息 (Information) 较为典型和著名的几个定义： 唐李中诗暮春怀故人，“梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台”，“信息”两个字出现。 南宋哲学家、诗人陈亮诗梅花：“欲传春信息，不怕雪埋藏” 唐杜牧 寄远，“塞外音书无信息，道傍车马起尘埃”。 宋李清照-上枢密韩肖胄诗，“不乞隋珠与和壁，只乞乡关新信息”。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 23信息信息-信息的定义信息的定义 从纯客观的角度，信息定义为： 事物 运动 的 状态 和 方式广
14、义的广义的相对稳定运动变化事物运动的两个基本侧面注意：信息是客观存在的，但本身不是物质，不具有能量。“不是东西”。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 24信息的基本性质信息的基本性质 信息的基本性质 可识别（可获取）； 可转换； 可存储； 可传输； 信息的传输依靠物质能量，一般来说，传输信息的载体称为信号(Signal)。 信息 信号 如：古代的烽火；防空警笛；门铃；哑语。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 25信号信号 (Signal) 信号是事物运动状态和方式的表现。 信号是物理性的，是物质，具有能量，它以各种形式存在。 机械振动信号 心
15、电图信号 光电信号 图像信号 本课程研究的是信号，是信息的一种载体。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 26信号实例信号实例 自然和物理信号 例如：语音、图象、地震信号、生理信号等 实例：雨声、地震信号Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 27信号实例信号实例 自然和物理信号 例如：语音、图象、地震信号、生理信号等 实例：人的心音、弓头鲸发出声音图图 正常心音时域波形图正常心音时域波形图图图 房室隔缺损病人心音时域波形图房室隔缺损病人心音时域波形图 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 28信号实例信号实例 人工产生的信
16、号 例如：雷达信号、通讯信号、医用超声信号、机械探伤信号等 实例：雷达信号、机械声音Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 29测试技术的基本内容 测试技术的内容相当广泛。 例如：医生给病人看病。 病情 信息的获取 处理人病灶观察简单检查仪器检查诊断治疗Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 30典型信号处理过程 信息 信息获取 信号分析 信号处理 对象 （静态） （动态）信号源传感器信号分析中间变换记 录Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 31相关的概念 信息获取从传感器等一次敏感元件获得初始信息，再用一定设备手段进行分析
17、处理和信息提炼的过程。 信号分析研究信号的构成和特征值，对信号本身的信息结构没有影响。 信号处理把信号经过必要的加工变换，以期获得有用信息的过程。 信号分析方法时域分析和频域分析（谱分析）。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 32一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。传感器将被测物理量(如噪声,温度) 检出并转换为电量。中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析。显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。 信息转换信息转换信息提取信息提取1.1 测试技术的基本概念测试技术的基本
18、概念 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 331.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 341、工业自动化中的应用、工业自动化中的应用 a) 机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。 在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。Dr. Xiwen
19、Li & Wuxing Lai Page 35b) AGV自动送货车 超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。AGV=Automatic Guided VehicleDr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 36c) 生产加工过程监测 切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 372、流程工业设备运行状态监控、流程工业设备运行状态监控在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程
20、。通常建立24小时在线监测系统。 石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。扬子石化50MW热电机组监测系统阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统荆门电厂200MW机组监测系统青山热电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询系统宝钢30KW以上风机监测系统宝钢精轧F2轧机网络化监测系统宝钢冷轧带钢振动纹监测系统武钢风机状态监测系统Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 383、产品质量测量、产品质量测量 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。 图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力
21、及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量机床加工精度测量Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 394 4、楼宇控制与安全防护、楼宇控制与安全防护为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。 图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 405、家庭与办公
22、自动化、家庭与办公自动化在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 416、其他应用、其他应用航天航天农业农业交通交通医学医学Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 42鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦
23、克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡 + D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服7、PC机中的测试技术应用机中的测试技术应用Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 43测控实验测控实验DIY1.鼠标测位移实验鼠标测位移实验2.麦克风测声音麦克风测声音2.声卡声卡 采样频率采样频率 信号分析信号分析 频率合成与分解频率合成与分解3.简易声级计制作简易声级计制作4.CCD图象分析图象分析. Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 441.3 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势1、传感器方面 a) 利用新发现的材料和新发现的生物、物理、
24、化学效应开发出的新型传感器光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材料制作的电荧光材料制作的电子鼻传感器子鼻传感器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 45b) 传感器+嵌入式计算机 智能传感器 振动网络传感器振动网络传感器嵌入式计算机嵌入式计算机智能压力网络智能压力网络传感器传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度总线数字温度传感器传感器Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 462、测量信号处理方面、测量信号处理方面 计算机虚拟仪器技术 用PC机仪器板卡 代替传统仪器用计算机软件 代
25、替硬件分析电路优点Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 471.4 主要传感器和测试仪器生产厂商主要传感器和测试仪器生产厂商2 2、振动、振动/ /噪声传感器噪声传感器 丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）http:/http:/ /1 1、工业自动化类传感器、工业自动化类传感器 美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心） http:/http:/ Xiwen Li & Wuxing Lai Page 483、测量分析仪器、测量分析仪器 美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)http:/ Xiwen Li & Wuxing Lai Page 4
26、9本章小结 测试技术及其应用无处不在！测试技术及其应用无处不在！探测未知世界的工具探测未知世界的工具应用于日常生活的每一个角落应用于日常生活的每一个角落有有36位诺贝尔奖的贡献与测试有关！位诺贝尔奖的贡献与测试有关！Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 50思考题 1. 列出你身边的测试技术应用的例子。列出你身边的测试技术应用的例子。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 51系列捏合机成套设备及装药生产线系列捏合机成套设备及装药生产线-部分生产工序设备部分生产工序设备Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 52系列捏合机成套
27、设备及装药生产线系列捏合机成套设备及装药生产线-冗余控制系统冗余控制系统教育部科技进步二等奖教育部科技进步二等奖Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 53系列捏合机成套设备及装药生产线系列捏合机成套设备及装药生产线-基础理论研究基础理论研究三桨公转5周的轨迹Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 54神光神光公共搭载平台公共搭载平台Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 55大型风洞活动地板大型风洞活动地板Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 56工程测试技术工程测试技术主讲教师主讲教师：来五星博士、副
28、教授：来五星博士、副教授李锡文博士、教授李锡文博士、教授实验教师：黄弢高级工程师实验教师：黄弢高级工程师办公电话：办公电话： 87557415 87559004移动电话：移动电话：13349831325, 18971072799电子邮件：电子邮件： 办公地址：新大楼东楼办公地址：新大楼东楼B305 新大楼东楼新大楼东楼C306Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 57工程测试技术工程测试技术课件资料下载：课件资料下载：邮箱地址：邮箱地址： “机械工程测试机械工程测试”每个字拼音的第一个字母每个字拼音的第一个字母 密码：密码：111111注意下载时不要删除原始文件注意下载
29、时不要删除原始文件 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 58第二章、信号分析基础第二章、信号分析基础本章学习要求：本章学习要求：1. 掌握信号概念及分类方法掌握信号概念及分类方法 2. 了解信号分析中的常用函数了解信号分析中的常用函数/信号信号3. 掌握信号分析中函数的运算（卷积和相关）掌握信号分析中函数的运算（卷积和相关）4. 掌握信号时域统计分析方法掌握信号时域统计分析方法5. 掌握信号时域波形分析方法掌握信号时域波形分析方法6. 掌握信号频域频谱分析方法掌握信号频域频谱分析方法7. 了解其它信号分析方法了解其它信号分析方法工程测试技术工程测试技术Dr. Xiwe
30、n Li & Wuxing Lai Page 59 信号是反映（或载有）信息的各种物理量，是系统直接进行加工、变换以实现通信的对象。 信号是信息的表现形式，信息则是信号的具体内容。传输信息的载体称为信号 自然和物理信号 例如：语音、图象、地震信号、生理信号等前言前言 一、信号的概念一、信号的概念Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 60 自然和物理信号 例如：语音、图象、地震信号、生理信号等图图 正常心音时域波形图正常心音时域波形图图图 房室隔缺损病人心音时域波形图房室隔缺损病人心音时域波形图 前言前言 一、信号的概念一、信号的概念Dr. Xiwen Li & Wuxi
31、ng Lai Page 61 人工产生的信号 例如：雷达信号、通讯信号、医用超声信号、机械探伤信号等前言前言 一、信号的概念一、信号的概念Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 62 数学描述 使用具体的数学表达式，把信号描述为一个或若干个自变量的函数或序列的形式。)sin()(ttftttf)sin()()()(nuanxn因此，常可将因此，常可将“信号信号”与与“函数函数”和和“序列序列”等同起来等同起来前言前言 二、信号描述方法二、信号描述方法-数学数学Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 63 波形描述 函数的图象称为波形 信号波形图：用被
32、测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。横坐标为时间或整数。0At前言前言 二、二、信号描述方法信号描述方法-时域波形时域波形Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 64波形波形( )cosx tt( )cos(2/12)x nn前言前言 二、信号描述方法二、信号描述方法-波形绘制波形绘制Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 65横坐标为频率：横坐标为频率：(),),f f tF0cos tjF0sin () () () -0 -0 0 0 0 0 (-)前言前言 三、三、信号描述方法信号描述方法-频谱图频谱图Dr
33、. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 6600.20.40.60.8102004006008001000050100150t / sf / HzPower Spectrum时间时间频率频率能量能量STFTSTFTT The instantaneous frequency increases linearly with timehe instantaneous frequency increases linearly with time前言前言 三、信号描述方法三、信号描述方法-时频分析时频分析Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 671信号由三个不同
34、频率的正弦波组成，但频率在不同的时候存在信号由三个不同频率的正弦波组成，但频率在不同的时候存在时间时间频率频率前言前言 三、信号描述方法三、信号描述方法-时频分析时频分析Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 68弓头鲸发出声音的联合时频分布曲线弓头鲸发出声音的联合时频分布曲线时间时间频率频率能量能量前言前言 三、信号描述方法三、信号描述方法-时频分析时频分析Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 69第二章、信号分析基础第二章、信号分析基础2.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非为深入了解信号的物理实
35、质，将其进行分类研究是非常必要的，从不同角度观察信号，可以将其分为：常必要的，从不同角度观察信号，可以将其分为： 1 从信号描述上分从信号描述上分-确定性信号与非确定性信号确定性信号与非确定性信号2 从信号的幅值和能量上从信号的幅值和能量上-能量信号与功率信号能量信号与功率信号3 从分析域上从分析域上-时域与频域时域与频域4 从连续性从连续性-连续时间信号与离散时间信号连续时间信号与离散时间信号5 从可实现性从可实现性 -物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 702.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 1
36、 确定性信号与非确定性信号确定性信号与非确定性信号 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。按能否用明确的数学按能否用明确的数学关系式描述分类关系式描述分类信号信号确定性信号确定性信号非确定性信号非确定性信号周期信号周期信号非周期信号非周期信号简单周期信号简单周期信号复杂周期信号复杂周期信号准周期信号准周期信号瞬态信号瞬态信号平稳随机信号平稳随机信号非平稳随机信号非平稳随机信号各态历经信号各态历经信号非各态历经信号非各态历经信号时域分析时域分析FS 连续离
37、散连续离散FT连续离散连续离散功率谱功率谱非高斯信号非高斯信号高阶谱分析高阶谱分析专题专题时频分析、小波分析时频分析、小波分析独立变量独立变量 Hilbert-Huang变换变换Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 712.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 qa)周期信号周期信号 经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件 T周期，周期，T2 / 0, 0基频基频; n0，土，土l，. 周期周期T(正值正值)，最小，最小T值。值。 非周期信号可以视为是周期非周期信号可以视为是周期T无穷大。无穷大。 例，机械系统回转体不平衡引起的
38、振动信号是周期性的。例，机械系统回转体不平衡引起的振动信号是周期性的。( )(),f tf tnTtR 简单周期信号简单周期信号:正余弦信号正余弦信号复杂周期信号复杂周期信号Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 722.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 qb)非周期信号非周期信号 瞬变非周期信号瞬变非周期信号 非周期信号往往具有瞬变性。非周期信号往往具有瞬变性。( )sinsin 2 ,x ttttR 准周期信号准周期信号 组成信号的各频率相互间不是公倍关系，组成信号的各频率相互间不是公倍关系，合成信号不满足周期条件合成信号不满足周期条件Dr. Xiwen Li &
39、 Wuxing Lai Page 732.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 瞬态信号瞬态信号:持续时间有限的信号，如持续时间有限的信号，如( ). sin(2)Btx teAftDr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 742.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。 噪声信号噪声信号(平稳平稳)噪声信号噪声信号(非平稳非平稳)统计特性变化统计特性变化Dr. Xiwen Li & Wuxing
40、Lai Page 752.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 2 能量信号与功率信号能量信号与功率信号 a)能量信号能量信号 在所分析的区间（在所分析的区间（-，），能量为有限值的信号称），能量为有限值的信号称为能量信号，满足条件：为能量信号，满足条件： 一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。dttx)(2瞬态信号瞬态信号Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 762.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 b)功率信号功率信号 在所分析的区间（在所分析的区间（-，），能量不是有限值此时，），能量不是有限值此时，研究信号的平均功率更为
41、合适。研究信号的平均功率更为合适。 一般持续时间无限的信号都属于功率信号。一般持续时间无限的信号都属于功率信号。TTTTdttx)(lim221复杂周期信号复杂周期信号噪声信号噪声信号(平稳平稳)Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 772.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 3 时限与频限信号时限与频限信号 a) 时域有限信号时域有限信号 在时间段在时间段 (t1，t2)内有定义，其外恒等于零内有定义，其外恒等于零 b) 频域有限信号频域有限信号 在频率区间在频率区间(f1，f2 )内有定义，其外恒等于零内有定义，其外恒等于零 三角脉冲信号三角脉冲信号正弦波幅值谱正
42、弦波幅值谱Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 782.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 4 连续时间信号与离散时间信号连续时间信号与离散时间信号 a) 连续时间信号连续时间信号:在所有时间点上有定义在所有时间点上有定义 b)离散时间信号离散时间信号:在若干时间点上有定义在若干时间点上有定义幅值连续幅值连续幅值不连续幅值不连续采样信号采样信号Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 792.1 信号的分类与描述信号的分类与描述 5 物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号a) 物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件：物理
43、可实现信号：又称为单边信号，满足条件：t0时，时，x(t) = 0，即在时刻小于零的一侧全为零。，即在时刻小于零的一侧全为零。b) 物理不可实现信号：在事件发生前物理不可实现信号：在事件发生前(t能量能量功率信号功率信号功率功率Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1432.4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 计算时，令计算时，令x(t)、y(t)二个信号之间产生时差二个信号之间产生时差，再相乘和，再相乘和积分，就可以得到积分，就可以得到时刻二个信号的相关性。时刻二个信号的相关性。 x(t)y(t)时时延延器器 乘乘法法器器 y(t - )X(t)y(t -
44、)积积分分 器器 Rxy()*图例图例Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1442.4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 相关函数描述了两个信号间或信号自身相关函数描述了两个信号间或信号自身不同时刻不同时刻的相似的相似程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西。程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西。 （1）自相关函数是）自相关函数是 的偶函数，的偶函数，RX( )=Rx(- )； （2）当）当 =0 时，时，自相关函数具有最大值。自相关函数具有最大值。（3）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信
45、号， 但不保留原信号的相位信息。但不保留原信号的相位信息。（4）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信 号，且保留原了信号的相位信息。号，且保留原了信号的相位信息。（5）两个非同频率的周期信号互不相关。）两个非同频率的周期信号互不相关。 （6）随机信号的自相关函数将随）随机信号的自相关函数将随 的增大快速衰减。的增大快速衰减。3、相关函数的性质、相关函数的性质Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1452.4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1462.
46、4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1472.4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 案例：案例：机械加工表面粗糙度自相关分析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性质性质3，性质，性质4：（3）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。（但不保留原信号的相位信息。（4）两周期信号的互相关函数仍然是同频率）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，且保留原了信号的相位信息。的周期信号，且保留原了信号的相位信息。提取出
47、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。3、相关分析的工程应用、相关分析的工程应用Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1482.4信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析原因不明原因不明粗糙度分析粗糙度分析性质性质3，性质，性质4：（3）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。（但不保留原信号的相位信息。（4）两周期信号的互相关函数仍然是同频率）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，且保留原了信号的相位信息。的周期信号，且保留原了信号的相位信息。提取出回转误差等周期性
48、的故障源。提取出回转误差等周期性的故障源。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1492.4信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析相关信号相关信号轴心轨迹测量轴心轨迹测量T/4（4 4）随机噪声信号的自相关函数将随）随机噪声信号的自相关函数将随 的增大快的增大快速衰减。速衰减。（5 5）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，且保留了原信号的相位信息。期信号，且保留了原信号的相位信息。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1502.4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 案例：案例：相关分析测
49、量转速相关分析测量转速理想信号理想信号干扰信号干扰信号实测信号实测信号自相关系数自相关系数性质性质3，性质，性质4：提取周期性转速成分。提取周期性转速成分。Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 1510240480720960120014409409901040(a)Speed (r/min)0240480720960120014409409901040(b)Speed (r/min)0240480720960120014409409901040(c)Crank Angle (degCA)Speed (r/min)每周采样每周采样43个点。每循环采样个点。每循环采样86
50、个点。显示个点。显示2个循环的数据。个循环的数据。循环周期循环周期发火周期发火周期2.4 信号的时差域相关分析信号的时差域相关分析 案例：案例：基于转速测量和自相关分析的发动机失火故障诊断基于转速测量和自相关分析的发动机失火故障诊断Dr. Xiwen Li & Wuxing Lai Page 152020406080100120140160180-1-0.500.51020406080100120140160180-0.500.51020406080100120140160180-0.500.51每周采样每周采样43个点。每循环采样个点。每循环采样86个点。显示个点。显示2个循环的数据。个循环
