本章学习要求： 1. 了解信号分类方法； 2. 掌握信号时域波形分析方法； 3. 掌握信号时差域相关分析方法； 4. 掌握信号频域频谱分析方法； 5. 了解其它信号分析方法。
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1. 信号的分类
1. 从信号描述上--确定性信号与非确定性信号 2. 从信号的幅值和能量上--能量信号与功率信 号 3. 从分析域上--时域信号与频域信号 4. 从连续性上--连续时间信号（模拟信号）与 离散时间信号（数字信号） 5. 从可实现性上--物理可实现信号与物理不可 实现信号 工程测试技术
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3. 信号时差域相关分析方法
如果所研究的变量x, y是与时间有关的函数， 即x(t)与y(t)，二者之间是否存有关联？信号的相 关描述又称信号的时差描述。它的特点是在广义 积分平均时，将信号作了恰当时延，从而反映信 号取值的大小及先后的影响。 信号的相关函数:
1T R ( ) lim x ( t ) y ( t ) dt xy 0 T T
简单的测试系统可 以只有一个模块， 如玻璃管温度计。 它直接将被温度变 化转化液面示值。 没有电量转换和分 析电路，很简单， 但精度底，无法实 现测量自动化。 为提高测量精度和 自动化程度，以便 于和其它环节一起 构成自动化装置， 通常先将被测物理 量转换为电量，再 对电信号进行处理 和输出。如图所示 的声级计。
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2. 测试系统的基本组成
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。
信息转换 信息提取
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；
显示记录装置则将测量结果显示和/或记录下来，提供给观察 者或其它自动控制装置。
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3. 测试技术的应用情况
1). 工业自动化中的应用 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。
a. 机械手、机器人中的传感器 b. AGV自动送货车 c. 生产加工过程监测
2). 工业设备运行状态监控 3). 产品质量检测 4). 楼宇控制与安全防护 5). 家庭与办公自动化 6). PC机中的测试技术应用
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4. 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、 化学效应开发出的新型传感器。 b. 智能传感器：传感器+嵌入式计算机 智能 传感器
2). 测试系统方面
a. 智能化仪器仪表； b. 虚拟仪器。
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第二章 信号分析基础
工程测试技术71
第一章 绪 论
本章学习要求： 1. 掌握测试技术的概念及研究内容 2. 了解测试技术的应用情况 3. 了解测试技术的发展动态
4. 了解主要测试仪器生产厂商
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1. 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。
T
T
2 0 12 A 2 [ x ( t ) ]dt T x 0 T 2 0 2 2 x
T
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4. 信号频域频谱分析方法
时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除 单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各 频率分量大小。
图例：受噪声干扰的多频率成分信号
4). 随机噪声信号的自相关函数将随 的增大快速衰减。
5). 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。
6). 两个非同频率的周期信号互不相关。
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例
( t ) A cos( t ) 有一信号 x ，初始相角为一随机变量； 试求 1）求其自相关函数；2）确定其均值和方差。
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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。不能用数学关系式描述的信号称为 非确定性信号。
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2. 信号时域波形分析方法
A Pp-p T
P
t
1. 周期–T或频率–f=1/T； 2. 峰值–P 3. 双峰值–Pp-p； 4. 均值–μ； 5. 均方值–Ψ2； 6. 方差–σ2 工程测试技术
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相关函数的性质
相关函数描述了两个信号间或信号自身不同时刻的相似 程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西。
1). 自相关函数是 的偶函数，RX()=Rx(-); 2). 当 =0 时，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，但 不保留原信号的相位信息。
n 1
, 2, 3,, 式ห้องสมุดไป่ตู้: n 1 a0 an bn
1 T 2 T 2 T
正整数 直流分量

T2
T 2 T2
x(t)dt

T 2 T2
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时域分析与频域分析的关系
信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的 大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。
幅值
时域分析
频域分析
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周期信号的频谱分析-FS
x ( t ) a ( a cos n t b sin n t ) 0 n 0 n 0
答：自相关函数：
1T R ( ) lim x ( t ) x ( t ) dt x 0 T
T 1 lim A cos( t ) A cos[ ( t ) )] dt 0 T

A2 cos( ) 2
均值：
方差：
0 0 12 12 x ( t ) dt A cos( t ) dt 0 x T T 0 0 T T 0 2 0 2