机械工程测试技术 第3版 第2章 机械测试信号分析.ppt

机械电子系统：机械和电子的有机集成，这种集成通过信息处理来实现的。从大的方面讲，机械电子系统由三个部分组成：机械系统、电气系统、计算机系统，实际上是将电子器件的信息处理和控制功能融入到机械系统中，使其硬件软性化，这种机械、电子、信息等技术的有机组织、渗透和综合，实现了机械电子系统….机械电子系统：机械和电子的有机集成，这种集成通过信息处理来实现的。从大的方面讲，机械电子系统由三个部分组成：机械系统、电气系统、计算机系统，实际上是将电子器件的信息处理和控制功能融入到机械系统中，使其硬件软性化，这种机械、电子、信息等技术的有机组织、渗透和综合，实现了机械电子系统….*******问题：其相频图是什么样？由于该矩形波的各次谐波的相位均是***自功率谱密度函数的特征：物理意义：描述随机信号的平均功率沿频率轴的分布密度Rx是偶函数，Sx是非负的实偶函数工程应用：单边自功率谱密度：非负频率上的谱应用：分析随机信号频率结构求线性系统幅频特性Gx(ω)0ωSx(ω)2.3.3随机信号的频谱分析平稳随机信号的频谱分析实例汽车变速箱振动加速度信号的自功率谱密度2.3.3随机信号的频谱分析a)正常自谱b)故障时自谱常见随机信号的自功率谱密度正弦波直流指数白噪声限带白噪声直流+白噪声正弦+白噪声2.3.3随机信号的频谱分析互相关函数：互功率谱密度：两个随机信号之间的谱密度Gxy(w)θxy(w)0ω0ω互功率谱没有物理意义，只是为了在频率域表示两者相关性。工程中应用：单边互功率谱密度：复数，分为幅值谱和相位谱2.3.3随机信号的频谱分析功率谱的应用之一：分析两信号之间的关系相关函数分析两信号幅值之间的相互依赖关系相干函数：分析两个信号频率之间的相关性2.3.3随机信号的频谱分析表示该频率下两信号不相关表示该频率下两信号完全相关表示存在外界噪声、综合输出、非线性系统声振相干函数图互功率谱的应用之二：识别系统的动态特性对于一个线性系统，输入x(t),输出y(t),系统的动态特性H(ω)可通过下式获得：2.3.3随机信号的频谱分析但由于实际测量中x(t)和y(t)均含有噪声，根据上式求得的频率响应函数H(ω)会有较大误差。已知随机信号与有用信号之间的相关函数为零，即：相关分析可以屏蔽噪声，据此得到的功率谱比较精确。经推导，系统的动态特性H(ω)可由下式求得：变换公式信号频谱分析总结傅里叶变换的缺陷傅里叶变换和反变换是一种整体变换，不是在时域就是在频域，无法同时分析频率和时间的特征2.4时频分析傅里叶变换的优点在频域分析信号，频率参数对应于设备转速、固有频率等参数，物理意义更明确，可获得更丰富的信息。时频分析——使用时间和频率的联合函数表示信号处理非平稳信号揭示随时间变化的频率特征主要方法：短时傅里叶变换、小波变换、Gabor变换等现实中问题短时傅里叶变换原理通过中心在t的窗函数h（τ-t）乘以信号，研究信号在时刻t的特性2.4时频分析傅里叶变换：相乘后的信号是两个时间的函数，即所关心的固定时间t和执行时间τ沿时间轴移动窗函数（中心t）限制时间窗宽度的傅里叶变换（窗宽τ）反映t时刻时间窗内信号的频率结构、幅值和相位选定固定的窗函数（矩形窗、汉明窗等）特点：2.4时频分析对于每个不同的时间，可以得到不同的频谱，这些频谱随时间的变化就是时频分布。实例1:转速波动引起的旋转机械振动信号分析从频谱图中几乎无法分辨出其频率构成。使用短时傅里叶变换处理该信号后，清晰展示出了3阶谐波分量随时间的变化轨迹实例2.压缩机高压缸喘振的时频分析2.4时频分析可见：存在频率很低而幅值很大的分量沿时间轴方向的调幅现象。tf实例3.语音信号Gabor的时频分析a)语音信号的时域波形和频谱b)语音信号的时频分布GABOR语音信号的波形及时频分布谐波分量2.4时频分析短时傅里叶变换优点：