测试技术 第三章 信号分析与处理PPT课件

工作原理
数字存储示波器采用数字技术将模拟 信号转换成数字信号，再通过高速数 字信号处理器对信号进行处理和分析 。
使用方法
数字存储示波器可以同时显示多个波 形，并且可以将波形存储到内存中， 以便于后续分析和处理。
应用场景
数字存储示波器适用于测量高频信号 、复杂信号以及进行信号的频谱分析 等。
04
信号分析与处理
模拟示波器
01
02
03
工作原理
模拟示波器是以电子束打 到涂有荧光物质的屏幕上 ，产生亮点，随着信号的 变化而形成波形轨迹。
使用方法
在模拟示波器上可以直接 观察信号的波形，通过调 节垂直和水平偏转板可以 改变波形的幅度和频率。
应用场景
模拟示波器适用于测量低 频信号，如音频、视频信 号等。
数字存储示波器
系统稳定性和频率响应
稳定性
如果系统对于所有时间t都满足 lim x(t) → 0，则系统是稳定的 。
频率响应
当输入信号为不同频率的正弦波 时，输出信号与输入信号的比值 随频率的变化而变化。
频率响应的分类
幅频响应和相频响应，前者表示 输出信号与输入信号幅度的比值 随频率的变化关系，后者表示输 出信号与输入信号相位差随频率 的变化关系。
软件无线电技术
总结词：基于软件定义的无线通信技术
软件无线电技术可以实现高度灵活和可扩展的通信系 统
通过软件无线电技术，可以用同一硬件平台实现多种 无线通信标准
在军事、民用等领域均有广泛应用
THANKS
谢谢您的观看
03
测量仪器与设备
测量仪器分类及特性
测量仪器分类
根据测量参数的不同，测量仪器可分为温度计、压力计、流 量计、秤等。根据测量原理不同，测量仪器可分为电学仪器 、光学仪器、磁学仪器等。

第2章 信号分析与处理基础
华南农业大学工程学院
被测对象
传感器
信号调理
显示记录 装置
信息输入 系统 信息输出
2
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物理上：信号是信息的载体，是信息的一种表现形 式，在测试技术中常常通过波形体现。
A 0
t
3
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第2章 信号分析与处理基础
主要内容如下：
一、信号的分类与描述 二、周期信号和离散频谱（傅里叶级数） 三、瞬态非周期信号和连续频谱（傅里叶变换） 四、随机信号分析
3）从信号的能量上 --能量信号与功率信号。
5
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1） 确定性信号和随机信号 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随机信号。
随机信号
6
华南农业大学工程学院
a) （确定性信号）周期信号：经一定时间间隔可重复出现的
信号 b)
x ( t ) = x ( t + nT0 ) (n =1，2，3….)
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33
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34
华南农业大学工程学院
第三节 瞬态非周期信号与连续频谱
离散频谱所对应的时域信号是否一定是周期信号
具有离散频谱的信号不一定是周期信号。 只有其各简谐分量的频率具有一个公约数（即频率 比为有理数）—基频，它们才能在某个时间间隔后 周而复始，合成后的信号才是周期信号。 把具有离散频谱的非周期信号称准周期信号。
0 30 50 ()
5 /2
0 30 50
/2

0 30 50
在频域中每个信号都需同时用幅频谱和相频谱来描述 15

第五章 滤波器
1
大纲
滤波器概述 模拟滤波器设计 数字滤波器设计
滤波概念及基本原理 滤波器的分类 滤波器的技术指标
相关概念及方法 巴特沃思低通滤波器 切比雪夫低通滤波器 模拟滤波器频率变换
相关概念及方法
无限冲激响应（IIR）数 字滤波器
有限冲激响应（FIR）数
字滤波器
2
第一节 滤波器概述
2
的所有频率的集合，即从0dB的峰值点下降到3dB的 频率的集合。
阻止信号通过滤波器的频率范围称为滤波器的 “阻频带”，简称“阻带”。
过渡带即为通带与阻带之间的频率范围
11
三、滤波器的技术指标
H ()
通带 过渡带 阻带
12
三、滤波器的技术指标
中心频率：滤波器上下两个截止频率的 几何平均值
0
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
一定的衰减范围，且幅频特性在这一范 围内允许有起伏。 在通带和阻带之间有一定的过渡带。
10
三、滤波器的技术指标
信号以很小的衰减通过滤波器的频率范围称为 滤波器的“通频带”，简称“通带”
对于频率响应函数为H(ω)的因果滤波器，设H(ω)的 峰值为1，通带定义为：满足 H () 1 0.707
H (0) 假定
已被归一
化为1
衰减函数α
20 lg H (0) 20 lg H () H ()
通带衰减函数αp
H (0)
p 20 lg H (p ) 20 lg H (p )

测量的基础知识
#2022
*
测量的基础知识
基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的
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测量的基础知识
3、基准与标准
基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。 国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。
物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量
*
四、测试技术的内容
测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化 学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
*
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
*
教材、参考书与课时安排 教材 机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时
教材、参考书与课时安排
*
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处理 。 通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试系统和测量电路以及信号分析的基本原理和分析方法。为后续课程打好基础。
领域：工业、农业、航天、军事等

(t)
a0
[ an
n1
2
jbn
e jnw0t
an
2
jbn
e ] jnw0t
a0
n1
an
jbn 2
e jnw0t
a n n1
jbn 2
e jnw0t
an
n
jbn 2
e jnw0t
c e jnw0t n
n
(令Cn an 2 jbn ，C0 a0 )
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信号及其描述
x(t) Asin(t )
2021/3/6
4
信号及其描述
复杂的周期信号是由频率比为有理数的不同频率的正弦信号迭加而成.
f
(t)
sin
0t
1 2
sin
20t
其频率的比为有理数，所以，是周期函数，周期的确定根据各频率值的 最大公约数的倒数来确定。
x(t) sin t 1 sin 3t 1 sin 5t
1 t2 x2 (t)dt t2 t1 t1
3.按信号的变化规律分：
确定性信号：可用明确的数学关系式来描述，可知其过去，现在及将来 的变化。
随机信号：无法用明确的数学关系式来描述，具有不确定性和事先不可 预知性,只能通过统计观测加以描述.
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3
信号及其描述
2.2 周期信号的描述
1. 时域描述 ｆ(t)＝ｆ(ｔ±ｎＴ0) Ｔ0：最小重复时间，称周期， T0=2π/ ω0，ω0：角频率。 简单的周期信号，如正弦信号、其有单一的频率，又称为简谐周期信号。
2
令变量t和w互换，有： 2 f (w) F(t)e jwt dt
F[F(t)] 2 f (w) 若f(t)为偶函数，则 F[F(t)] 2 f (w)

第二章 测试装置的基本特性
知识要点及要求： 1、掌握线性系统及其主要特性。 2、掌握测试装置的动态特性及静态特性。 3、掌握一、二阶测试装置的频率响应特性。 4、掌握测试装置的不失真测试条件 。
重点内容： 1、测试装置的基本要求 ；2、线性系统及其主要性 质 ；3、测试装置的静态特性；4、测试装置的动态 特性；5、测试装置对任意输入的响应；6、不失真 测试的条件；7、测试装置的典型环节传递函数。
如余弦信号通 过非线性系统 （二极管）， 则输出被整流 ，其频率成分 被改变。
非线性系 统特性
输入信号
输出信号
频率特性
相关术语以及测试装置特性
相关术语： 测试与测量 准确度 常用示值绝对误差与引用值之比来分级 量程(示值范围—标示)与测量范围(应用) 信噪比：信号功率与干扰功率之比，单位dB
测试装置的特性：对测试系统的性能要求—两个方面 1、静态特性：简单测量，仅需利用静态条件下的指标
常系数线性微分方程(General Differential equation)
任何一个具体的输入量和输出量之间的关系都可以写成下列数 学形式：
• y：输出量；x：输入量；t：时间 • 系统的阶次由输出量最高微分阶次n决定。
一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。
上页 目录
系统模型的划分
线性系统与非线性系统 线性系统:具有叠加性、比例性的系统
常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的
常数倍，即:
若
x(t) → y(t)
则
kx(t) → ky(t)
3)微分性
系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微
分，即
若
x(t) → y(t)
则
x'(t) → y'(t)

SNRdB 6.02B 4.77 20log10 (
x
xmax
)
(3-11)
3.1 语音信号的短时处理方法 脉冲编码调制
若是xmax取为4倍方差(δx)
SNRdB 6.02B 7.27
取样之位数 8 16 24
(3-12)
数字信号的信噪比 41 dB 89 dB 137 dB
3.1 语音信号的短时处理方法 脉冲编码调制
一个数字信号取样之后，变成离散时间信号，接下来就是要用数字 方式来表示这个离散时间信号上的每个取样值。 一个电位波形会有固定的电压范围，一个取样值可以是在此电压范 围内的任何电位。如果只能用固定数目的位来表示这些取样值，那 么这些二进数字就只能代表固定的几个电位值，这个转换就是量化 (quantization)，而转换之后只允许存在的几个电位值就是量化阶 数(quantization level)。 执行量化转换的硬件电路，就是量化器（quantizer)。以二进数字 表示的信号就是数字信号(digital signal)，而这种将信号波形转 变成二进数字的方法，就叫脉冲编码调制(pulse code modulation, PCM)。
3.1 语音信号的短时处理方法
预处理 平滑滤波器：D/A后面的低通滤波器是平滑滤 波器，对重构的语音波形的高次谐波起平滑 作用，以去除高次谐波失真。 预加重：




现象:由于语音信号的平均功率谱受声门激励和口 鼻辐射的影响，高频端大约在800 Hz以上按6dB/ 倍频程跌落，为此要在预处理中进行预加重。 目的:提升高频部分，使信号的频谱变得平坦，以 便于进行频谱分析或声道参数分析。 位置:预加重可在A/D变换前的反混叠滤波之前进行， 这样不仅能够进行预加重，而且可以压缩信号的动 态范围，有效地提高信噪比。

2 N
kn
n
xN (n) IDFT[ X (k)]
x(n)与xN (n)的关系？
26
离散傅里叶变换（DFT）
xN (n)
~
x(n)
~
X (k)
X (k)
~
x(n)
~
IDFS[ X (k)]
1 N
N 1 ~
X (k )WNkn
k 0
1 0
1 N
N 1
[
如果序列x(n)的长度为M ,则只有当频域采样点数 N M时，才有xN (n) IDFT[ X (k)] x(n)
28
离散傅里叶变换（DFT）
[例] 已知 x(n) R8 (n) ，X (e j ) FT[x(n)] 对 X (e j )
采样得
X (k)
X (e j )
, k
2 6
k
1 N
N 1
X1(l) X 2 ((k
k 0
l))N
RN (k)
1 N
X1(k)
NX 2 (k)
1 N
N 1
X 2 (l) X1((k
k 0
l))N RN (k)
1 N
X 2 (k )
NX 1 (k )
22
离散傅里叶变换（DFT） 4.复共轭序列的DFT
X (k) DFT[x(n)]
证明： DFT[x(n)] X (N k)且X (N ) X 0
第三章 离散傅里叶变换（DFT）
离散傅里叶变换（DFT）
离散傅里叶变换的定义
主
离散傅里叶变换的基本性质
要
内
容
频率域采样
DFT的应用举例
2

2019年10月17日星期 四
第1章 测试技术概述
智能检测技术
1.2 信号分析基础
1.2.1 信号的定义与分类 3、能量信号与功率信号
1）能量信号 在分析区间（-∞，∞）内能量为有限值的信号称
为能量（有限）信号，满足条件：
x2 (t )dt
一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号
2019年10月17日星期 四
入到其它信息处理装置、控制系统。
2019年10月17日星期 四
第1章 测试技术概述 1.1 测试技术基本概念
1.1.2 一个测试过程如何进行？
智能检测技术
温度如何测出来？
被测对象

观察者
2019年10月17日星期 四
第1章 测试技术概述 1.1 测试技术基本概念
1.1.2 一个测试过程如何进行？
智能检测技术
第1章 测试技术概述 第2章 数字信号处理技术 第3章 智能传感器 第4章 虚拟仪器 第5章 图像检测技术
2019年10月17日星期 四
智能检测技术
第1章 测试技术概述
1.1 测试技术基本概念 1.2 信号分析基础
1.3 测试装置基本特性 1.4 智能检测技术的概况
2019年10月17日星期 四
第1章 测试技术概述
1.1.6 测量误差
什么是测量误差？
智能检测技术
测量误差=测量结果–真值
2019年10月17日星期 四
第1章 测试技术概述 1.1 测试技术基本概念
1.1.6 测量误差
智能检测技术
测量误差分类
系统误差
随机误差
粗大误差
2019年10月17日星期 四
第1章 测试技术概述 1.1 测试技术基本概念

文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
信号分析与处理基础
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！80Fra bibliotek10
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰

信号发生器能够产生各种波形信号，如正 弦波、方波、三角波等，并且可以调节信 号的幅度、频率和相位等参数。
详细描述
信号发生器通常采用晶体振荡器或合成技 术，能够产生高精度和高稳定性的信号， 并且具有低噪声和低失真的特点。
05
现代测试技术的应用实例
在通信领域的应用实例
信号完整性测试
无线通信测试
利用先进的测试设备和技术，对通信 设备的信号质量和传输性能进行全面 检测，确保信号在传输过程中保持完 整。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、电子对抗、频谱管理等领 域。
频谱分析仪通常采用快速傅里叶变换技术，能够实现快速和准 确的频谱分析，并且具有高灵敏度和宽动态范围的特点。
网络分析仪
总结词
网络分析仪是一种用于测量电子设备网络特性的仪器。
详细描述
网络分析仪能够测量电子设备的阻抗、导纳、增益、相位 等参数，并且可以分析网络的频率响应和传输特性。
信号的预处理
对采集到的信号进行滤波、放大 、去噪等处理，以提高信号质量 。
数字信号处理
离散傅里叶变换（DFT）
将时域信号转换为频域信号，便于分析信号的频率成分。
数字滤波器
通过设定滤波器参数，对信号进行滤波处理，以提取特定频率范围的信号或抑制噪声。
频谱分析
频谱分析方法
包括傅里叶分析、小波分析等，用于 研究信号的频率特性。
精度和准确性
测试系统应具备高精度和准确性，以减小测 量误差。
实时性
测试系统应具备快速响应能力，能够实时采 集和处理数据。
可扩展性
测试系统应具备良好的可扩展性，方便后续 升级和功能扩展。
测试系统的优化设计
模块化设计
将测试系统划分为多个模块，每个模 块具有独立的功能和接口，便于维护 和升级。

信号一般可用单个或多个独立变量的函数或图形表示。信号可以描 述极为广泛的物理现象，可以计算、合成及分解。一般信号具有以下性质：
（1）信号具有特定的意义，即含有特定的信息； （2）信号具有一定的能量； （3）信号易于被测得或感知； （4）信号易于被传输。
2．信号的分类 （1）按信号的规律分类
➢ 确定性信号：可以用明确的数学关系式描述或可由实验多次复现的信号。 ➢ 非确定性信号：不能用数学关系式描述，而且其幅值、相位、频率不可
信号分析的主要任务就是要从尽可能少的信号中取得尽可能多的有 用信息。时域分析和频域分析是从两个不同角度去观察同一现象。时域 分析比较直观，能一目了然地看出信号随时间的变化过程，但看不出信 号的频率成分，而频域分析正好与此相反。
在工程实际中应根据不同的要求和不同的信号特征选择合适的分析 方法，或将两种分析方法结合起来，从同一测试信号中取得需要的信息。
性
质 分
离散时间信号：离散时间信号：是指仅在某些不连续的时刻有
类
定义的信号。
信号除了在时间上有连续时间信号和离散时间信号之分外，还可依据 幅值取值将信号分为连续幅值信号和离散幅值信号。
时间和幅值均连续的信号称为模拟信号。时间和幅值均离散且幅值被 量化的信号称为数字信号。
（3）按信号的能量分类
在所分析的区间，能量为有限值的信号。
按
信
能量信号
号
的
能
量
功率信号
分
类
功率信号是指具有有限平均功率的信号。一 个能量信号具有零平均功率，而一个功率信号具 有无限大能量。
1.，是时间t的函数 。在 相应的图形表示中，作为自变量出现在横坐标上的是时间t。信号的这种 描述方法就是信号的时域描述。基于微分方程和差分方程等知识，在时 域中对信号进行分析的方法称为信号的时域分析。