《汽车测试技术》第二章信号及其分类
2010汽车测试基础复习大纲-
2010汽车测试基础复习大纲第1章绪论1.测量与测试含义是否是一样？答：测量——是以被测对象属性量值为目的的全部操作。
测试技术则是测量技术与实验技术的综合。
测试的过程是从客观事物中获取有用信息的认识过程，测试的目的是帮助人们认识各种现象的本质及其规律，同时也是科学研究的基本方法。
2.测试系统原理框图答：被测对象---传感器----信号调理-------数据储存与显示------观察者---------反馈控制-----激励装置---被测对象第2章信号分析1.信号一般有哪几种分类方法？各分为哪几类？请简要说明。
答：从信号描述上分——确定性信号与非确定性信号；•从信号的幅值和能量上——能量信号与功率信号；•从分析域上——时域信号与频域信号；•从连续性——连续时间信号与离散时间信号；•从可实现性——物理可实现信号与物理不可实现信号。
•3.周期信号和非周期信号的频谱图各有什么特点？答：周期信号频谱的特点:（1）离散性（2）谐波性（3）收敛性非周期信号频谱特点：频谱是连续的，它是由无限多个、频率无限接近的频率成分所组成。
谱线幅值在各频率上趋于无穷小。
4.简要说明随机信号的主要特征参数以及它们的数学表达式。
答：（P10）表示随机函数的单个时间历程称为样本函数：一般用概率统计的特征量来描述。
特点为：（1）不能用精确的数学关系式来描述时间函数；（2）不能预测它未来任何时刻的准确值；（3）每次观测这种信号，结果都不同。
第3章测试装置1.测试系统的基本构成。
答：信号的传感部分，信号的调理部分，信号的显示与存储部分。
（P12）2.测量装置有哪些静态特性指标；何谓测试系统的动态特性？答：重复性，灵敏度，回程误差，线性度；分辨力与分辨率，零点漂移，测量范围，零点漂移。
（P13）系统的动态特性：指输入量随时间变化时，其输出随输入而变化的关系，这种关系的正确性直接影响测试结果。
3.测试系统的传递函数。
（P17）答：定义：在初始状态为零的条件下，输出量和输入量两者的拉式变换之比定义为传递函数H（s）：特点：（1）H（s）描述了系统本身的动态特性，它与输入量和初始条件无关。
汽车测试基础复习资料2013(答案)
汽车测试基础复习大纲第1章绪论1.测量与测试含义是否是一样？2.测试系统原理框图第2章信号分析1.信号一般有哪几种分类方法？各分为哪几类？请简要说明。
答：从信号描述上分——确定性信号与非确定性信号；从信号的幅值和能量上——能量信号与功率信号2.周期信号和非周期信号的频谱图各有什么特点？答：周期信号因为各简谐成分的频率比为无理数其频谱具有离散性、谐波性和收敛，非周期性信号具有连续性和密度性，周期性信号物理意义在于周期性信号Xn不连续，而非周期性信号则是连续的3.简要说明随机信号的主要特征参数以及它们的数学表达式。
（1）均值，方差和均方值（2）概率密度函数（3）自相关函数（4）功率谱密度函数第3章测试装置1.测试系统的基本构成。
2.测量装置有哪些静态特性指标；何谓测试系统的动态特性？3.测试系统的传递函数。
4.测试系统的频响函数定义及其物理意义。
5.简述不失真测量的基本条件。
6.对于二阶装置，设计时为何要取阻尼比ζ=0.6～0.8？第4章常用传感器及其测量电路1.常用传感器的分类,以及每种传感器的基本工作原理、结构、测量电路与使用特点，并举例加以说明。
2.传感器的选用原则。
传感器的灵敏度与精确度越高越好么，为什么？3.哪些传感器可以用作小位移传感器？4.差动式传感器的特点及应用范围。
5.磁电式(光电式)传感器的类型及在汽车测试中的典型应用实例。
6.电感传感器(自感型)的灵敏度与哪些因素有关，要提高灵敏度可采取那些措施？采取这些措施会带来什么后果？7. 电容传感器、电感传感器、电阻应变片传感器的测量电路有何异同？8.电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何根据具体情况选用？9.何谓霍尔效应？其物理本质是什么？用霍尔元件可测量那些物理量？请举出三个例子说明？10.什么叫电涡流效应？概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理。
11. 以变气隙式自感传感器位移为例，分析、比较传感器差动与非差动式的灵敏度。
车辆测试技术复习
1.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。
测量是以被测对象属性量值为目的的全部操作；计量是为了实现测量单位统一和量值准确性的一种科学方法；测试技术是测量技术与试验技术的综合。
工程测试就是信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的工程。
2.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。
测试系统与信息、信号之间的关系：获取信息是测试的目的; 信号是信息的载体; 测试是得到被测参数信息的技术手段。
3.信号的分类一：信号按数学关系分为确定性信号和非确定性信号确定性信号又分为周期信号和非周期信号；周期信号包括谐波信号和一般周期信号；非周期信号包括准周期信号和一般非周期信号。
非确定性信号又称为随机信号，可分为平稳随机信号和非平稳随机信号；平稳随机信号又分为各态历经信号和非各态历经信号。
4.信号的分类二：信号按取值特征可分为连续信号和离散信号；连续信号又分为模拟信号（信号的幅值与独立变量均连续）和一般连续信号（独立变量连续）离散信号又分为一般离散信号（独立变量离散）和数字信号（信号的幅值和独立变量均离散）。
5.信号分类三：信号按能量功率可分为能量信号和功率信号。
信号在某时间段内的能量就是瞬时功率对时间的积分。
不考虑量纲，直接把信号的平方与其对时间的积分分别称为信号的功率和能量。
若信号的能量有限，称为能量有限信号，简称能量信号，如各类瞬变信号。
若能量无限，但在有限区间内满足功率有限的条件，则称为功率信号，如各种周期信号、常值信号、阶跃信号。
6.信号的定义：确定性信号是指能用明确的数学关系式表达的信号。
周期信号是指按一定时间间隔周而复始重复出现的信号。
频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。
谐波信号的特征参量有峰值、均值、绝对均值、方均差值、方均根值和方均值等。
一般周期信号是由多个乃至无穷多个频率成分叠加所组成，叠加后存在公共周期，如周期方波、周期三角波等。
准周期信号也是由多个频率成分叠加的信号，但叠加后不存在公共周期。
第二章、信号及其分类(汽车测试基础)
一般非周期信号：瞬变信号
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Transient signal
瞬变信号（瞬态信号）是确定性非周期信号，持续时间有 限的信号，如机械冲击、碰撞等。
如 x(t)= e-at . Asin(2*pi*f*t)
非确定性信号（随机信号）
• 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。 • 随机信号不是确定的时间函数，只知道该信号取 某一数值的概率。 • 带有信息的信号往往具有不可预知的不确定性， 是一种随机信号。 • 除实验室发生的有规律的信号外，通常的信号都 是随机的，因为确定信号对受信者不可能载有信 息。
频域分析频域分析作为时间函数的作为时间函数的激励和响应激励和响应可通过傅立叶可通过傅立叶变换将时间变量变换为频率变量去进行分变换将时间变量变换为频率变量去进行分析这种利用信号频率特性的方法称为析这种利用信号频率特性的方法称为频域频域分析法分析法
汽车测试基础
教 材：汽车测试技术 主 讲：童 勇 电 邮：ty@ 交通与汽车工程学院
4 从可实现性 --物理可实现信号与物理不可实现信号。 5 从动、静态上分类 --静态信号与动态信号。
一、确定性信号与非确定性信号
信号按数学关系分类:
信号
确定性信号确定性
信号的波形随时间而变 化，可以用数学关系式或 图表来明确描述其随时间 的变化关系。
非确定性信号
亦称作随机信号。不能 用确定的数学关系式表 达，用概率和统计方法 描述。
P(t ) x 2 (t ) / R x 2 (t ) 信号在某时间段内的能量就是瞬时功率对时间积分。
a)能量信号 在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称 为能量信号，满足条件：
汽车测试技术复习题
汽车测试技术复习题一、填空题1．信号按其运动规律分，可分为确定性信号、非确定性信号。
2．周期信号频谱主要有离散性、谐波性、收敛性特点。
3．静态特性的指标主要有：灵敏度、非线性度、回程误差。
4．传感器输出的电信号一般有：电压、电感、电流电阻、电容和频率的变化。
5．按照电桥采用的电源不同分为：直流电桥、交流电桥。
6．根据被测量是否随时间变化，将测试技术分为_静态测试、动态测试。
7．精度包括：精密度、准确度和精确度。
8．汽车整车性能试验项目包括：动力性试验、经济性试验、平顺性试验、制动性试验、和防公害性试验。
9．一般传感器输出的信号很小，如电压为_毫伏级_，电阻为____微欧级______，这就需要信号放大。
10. 周期信号频谱主要有离散性、谐波性、收敛性特点；数字信号的特征是_时间、幅值上均离散。
11. 两个均值为零且同频率的周期信号的互相关函数，既有_幅值信息又保留了频率_。
12. 求周期信号、非周期信号频谱的数学方法分别是傅立叶级数、傅立叶积分。
13．时域信号的时间尺度压缩时，则其频谱的变化为频带变宽、幅值压低。
14．时间域包含各态历经随机信号的统计特征参数主要有：_自相关函数、互相关函数_。
15．汽车整车性能试验项目包括：动力性试验、经济性试验、制动性试验、平顺性试验和防公害性试验。
16. 若信号满足x(-t)= x（t），则其傅立叶级数中只有余弦、常数项。
1. 信号不具有能量。
（×）2. 可用明确的数学关系式描述的信号称为确定性信号。
（×）3. 凡周期信号不一定是确定性信号。
（×）4. 周期信号的频谱必是离散的频谱。
（√）5. 非确定性信号所描述的物理现象是一随机的过程。
（√）6. 时间上离散的信号就是数字信号。
（×）7. 时间上离散，且幅值上也是离散的信号称为数字信号。
（√）8. 任何周期信号都可由不同频率的正余弦信号迭加成。
（√）9. 有限个周期信号必形成新的周期信号。
汽车测试复习资料(标准答案)
汽车测试复习资料(标准答案)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2汽车测试基础复习大纲第1章绪论1.测量与测试含义是否是一样？2.测试系统原理框图第2章信号分析1.信号一般有哪几种分类方法？各分为哪几类？请简要说明。
2.周期信号和非周期信号的频谱图各有什么特点？3.简要说明随机信号的主要特征参数以及它们的数学表达式。
第3章测试装置1.测试系统的基本构成。
2.测量装置有哪些静态特性指标；何谓测试系统的动态特性？3.测试系统的传递函数。
4.测试系统的频响函数定义及其物理意义。
5.简述不失真测量的基本条件。
6.对于二阶装置，设计时为何要取阻尼比ζ=0.6～0.8？第4章常用传感器及其测量电路1.常用传感器的分类,以及每种传感器的基本工作原理、结构、测量电路与使用特点，并举例加以说明。
2.传感器的选用原则。
传感器的灵敏度与精确度越高越好么，为什么？3.哪些传感器可以用作小位移传感器？4.差动式传感器的特点及应用范围。
5.磁电式(光电式)传感器的类型及在汽车测试中的典型应用实例。
6.电感传感器(自感型)的灵敏度与哪些因素有关，要提高灵敏度可采取那些措施？采取这些措施会带来什么后果？7. 电容传感器、电感传感器、电阻应变片传感器的测量电路有何异同？8.电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何根据具体情况选用？9.何谓霍尔效应？其物理本质是什么？用霍尔元件可测量那些物理量？请举出三个例子说明？10.什么叫电涡流效应？概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理。
11. 以变气隙式自感传感器位移为例，分析、比较传感器差动与非差动式的灵敏度。
12.有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请列举出两种以上方法，并简述所用传感器工作原理。
13.设计利用霍尔元件测量转速的装置，并说明其原理。
第5章信号处理1.什么是调制和解调，调制和解调的作用是什么?2.交流电桥可作为哪些传感器的测量电路?3.常用的调幅（调频）电路有哪些?相应的解调电路是什么?4.低通、高通、带通及带阻滤波器各有什么特点?它们的频率特性函数的关系是什么，画出它们的理想幅频特性图?5.试用一阶RC低通滤波器和RC高通滤波器构成RC带阻滤波器，画出其电路图。
工程测试技术作业1信号的分类与描述答案
工程测试技术作业1信号的分类与描述答案
信号的分类：
1. 按信号的形式分：模拟信号和数字信号。
2. 按信号的能量分：连续信号和离散信号。
3. 按信号的周期性分：周期信号和非周期信号。
4. 按信号的频率分：低频信号和高频信号。
5. 按信号的功率分：弱信号和强信号。
信号的描述：
1. 模拟信号：表示信息的大小随着时间变化而连续变化的信号。
2. 数字信号：表示信息的大小只能取有限个数值的信号。
3. 连续信号：信号在时间和幅度上均连续变化的信号,如声音信号。
4. 离散信号：信号在时间和幅度上都是间断的信号,如数字通信中的脉冲信号。
5. 周期信号：信号在一定时间内重复出现的信号,如正弦信号。
6. 非周期信号：信号在一定时间内不重复出现的信号,如噪声信号。
7. 低频信号：频率比较低的信号,一般在 kHz 级别以下。
8. 高频信号：频率比较高的信号,一般在 MHz 级别以上。
9. 弱信号：信号功率比较小的信号。
10. 强信号：信号功率比较大的信号。
汽车测试技术第二章PPT课件
[主要内容]本章的主要内容有： 测试系统的静态特性、测试系统的 动态特性、测试系统的动态响应、 测试系统负载效应、测试系统动态 特性的试验测定和测试系统的不失 真测量。
1
测试系统的组成
被测量 传感器 信号调理设备 记录仪 数据采集设备 数据处理与显示设备 校准设备
2
2．1 测试系统的静态特性
5
1、灵敏度
输入量的增量 x (t )所引起输出量 y (t变) 化的大小， 称为灵敏度，用E表示，即：
E y(t) x (t )
对于非线性系统，灵敏度就是静态特性曲线上 各点的斜率。当测试系统输出与输入的量纲相同时， 显然灵敏度E反映的是输出量与输入量的倍数关系， 故将其称为放大倍数。
6
前述的测试系统可以将其简化为图2-2所示的 数学模型。
x(t) 测试系统 y(t)
图2-2 测试系统的教学模型
被测量称为系统的输入（或激励），用x(t)表 示；测试结果称为系统的输出（或响应），用y(t) 表示。所谓测试系统的特性是指系统的输出y(t) 与输入x(t)随时间而变 或随时间缓变时，系统的输出与输入之间的关 系 。其数学表达式为：
L
Lmax yFS
100%
式中 ： L —线性度；
L m ax —定度曲线与理想直线的最大偏差； y F S —测试系统的量程。
10
6、漂移
漂移有两类，即零点漂移和 y(t) 灵敏度漂移。无论是哪种漂移， 常都是由温度的变化及元器件性 能的不稳定所引起。图2-4是零点 漂移和灵敏度漂移的示意图。对 于一般的测试系统，灵敏度越高， 则测量范围越小，稳定性亦相对 较差，即漂移亦相对较明显。
x1(t) y1(t) x2(t) y2(t)
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汽车测试技术
第二章 信号及其分类
1 1 T2 令 C0 a0 T x(t )dt 2 T 2 an jbn 1 T2 Cn T x(t )e jn0t dt 2 T 2 an jbn 1 T2 C n T x(t )e jn0t dt 2 T 2
（4）三角函数形式频谱为单边谱，复指数函数形式频谱为双边谱 （5）双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数 （6）实频谱偶对称，虚频谱奇对称
38
汽车测试技术 小作业
第二章 信号及其分类
提示： 复指数展开时，负频率的产生原因； 查阅资料，负频率的物理意义谈谈自己的理解。 要求：手写
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汽车测试技术
第二章 信号及其分类
%%x=2*sin(30*pi*t)+5*sin(40*pi*t) fs=100; t=0:1/fs:10; x=2*sin(30*pi*t)+5*sin(40*pi*t); figure(1) plot(t,x) nfft=2^nextpow2(length(x)); y=fft(x,nfft); ya=abs(y)*2/nfft; ff=fs*(0:nfft/2)/nfft; figure(2) plot(ff,ya(1:nfft/2+1))
T 2 T2 2 0 2 an T x(t )cos n0tdt T ( A)cos n0tdt A cos n0tdt 0 0 T 2 T 2
T 2 T2 2 0 2A 2 bn T x(t )sin n0tdt T ( A)sin n0tdt A sin n0tdt (1 cos n ) 0 T 2 T 2 n
17
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
18
汽车测试技术 三、按信号能量
第二章 信号及其分类
（1）能量信号
（2）功率信号
在所分析的区间（-∞，+ ∞ ），能量为有限值的信号称 为：能量信号
x (t )dt
2
一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号 矩形脉冲
19
汽车测试技术 （2）功率信号
2
汽车测试技术 信号的分类 一、按数学关系分类： 确定性信号和不确定性信号
第二章 信号及其分类
确定性信号：可以用明确的数学关系式描述的信号
3
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
不确定性信号（又称：随机信号）：不能用明确的数学关系式描 述；其幅值、相位变化是不可预知。
环境噪声 路面不平度引起的汽车行驶过程中的振动 获得信号整体统计特征
第二章 信号及其分类
连续时间信号（模拟信号）：时间、幅值都连续
一般连续信号：时间连续，幅值不连续
11
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
（2）离散信号
采样信号：时间离散，幅值连续
数字信号: 时间离散，幅值离散
12
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
量化
连续信号
数字信号
采样信号
13
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
通常，信号被看作是一个随时间变化的量，是时间的函数x(t)
时间t（s）
以时间t作为自变量
横坐标
横坐标以时间作为自变量描述信号的方法---信号的时域描述
21
汽车测试技术
第二章 信号及其标以频率作为自变量描述信号的方法---信号的频域描述
22
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
第二章 信号及其分类
准周期信号：多个周期信号合成，无基本周期（频率不成公倍数）
x(t ) sin 0t sin 20t
瞬态信号：持续时间有限的信号。
x(t ) e Bt A sin(2ft )
7
汽车测试技术 （3）非确定性信号
第二章 信号及其分类
平稳随机（各态历经，非各态历经）信号：时间平均统计等于总体统计
描述随机信号 的平均功率在 各个不同频率 上的分布
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汽车测试技术
第二章 信号及其分类
余弦函数的频谱图
正弦函数的频谱图
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汽车测试技术
周期信号频谱的特点
第二章 信号及其分类
（1）离散性 （2）谐波性 （3）收敛性
各频率分量的谱线高度与对应谐波的幅值成正比。周期信号幅值随着谐波次数 的增高而减小（可忽略高阶谐波成分）。
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汽车测试技术
三角函数展开式
第二章 信号及其分类
任何周期函数在有限区间上，满足狄里赫利（Dirichlet） 时，都可以展开成收敛的三角级数（ Fourier级数）
狄里赫利条件：
（1）在一周期内，函数是绝对可积的，即为有限值 （2）在一周期内，函数的极值数目有限 （3）在一周期内，函数连续，或具有有限个间断点 测试技术中的周期信号，大都满足该条件
时域描述
频域描述
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汽车测试技术
信号的时-频域描述
第二章 信号及其分类
小波变换（Wavelet Transform）
短时傅里叶分析（STFT） Wigner-Ville分布
24
汽车测试技术
周期信号与离散频谱
第二章 信号及其分类
131Hz 频域参数 对应于设 备转速、 固有频率 等参数， 物理意义 更明确
a0 an jbn jn0t an jbn jn0t x (t ) e e 2 n 1 2 2 x(t ) C0 Cn e jn0t C ne jn0t
n 1
33
汽车测试技术 把 C0 , Cn , C n 用 Cn 统一表示
31
汽车测试技术
Fourier级数的复指数形式
j e cos j sin 欧拉公式
第二章 信号及其分类
e j e j cos 2
e j e j e j e j sin j 2j 2
a0 x(t ) (an cosn0t bn sin n0t ), (n 1,2, ,3,) 2 n1
147Hz 165Hz
内圈故障频率(BPI)=r/60 * 1/2 * n(1+d/D *cosα) 175Hz 外圈故障频率 (BPO)=r/60 * 1/2 * n(1-d/D *cosα) 保持架外圈故障频率(FT)=r/60 * 1/2 * (1-d/D *cosα) 滚动体单故障频率(BS)=r/60 * 1/2 * D/d *[1-(d/D)^2 * cos^2(α)]
非平稳随机信号：只能用组成信号的样本函数的总体瞬时平均确定
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汽车测试技术
第二章 信号及其分类
非平稳随机过程与样本函数 9
汽车测试技术 二、按取值特征
第二章 信号及其分类
根据信号的时间函数取值的连续性与离散性 模拟信号 连续信号 一般连续信号 信 号 一般离散信号 离散信号 数字信号
10
汽车测试技术 （1）连续信号
2
1 a b An 2 2 2
三角级数幅 值的一半 34
2
2
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
T 1 0 A 2 jn0t jn0t Cn A e Ae 1 cos n T 0 jn T 2
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
量化的结果是整数Z用二进制代码表示，这些代码就是量 化器的输出。 如果A/D转换器位数为m，电压满标度值为V
显然，A/D转换器的位数m越大，q就越小，分辨率就越高， 量化误差也就越小。 同时，减小电压满标度值V也可以使量化增量q减小；即 通常所说的满量程测量。
16
汽车测试技术
• 周期方波的一种时域描述，其数学表达式为：
x(t ) x(t nT0 ) T0 A 0t 2 x ( t ) T0 A t 0 2
29
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
T 2 T2 2 0 2 a0 T x(t )dt T ( A)dt ( A)dt 0 0 T 2 T 2
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
第二章 信号及其分类
信号的分类及描述 周期信号与离散信号 非周期信号与连续频谱 随机信号
1
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
2.1 信号的分类及描述
回顾
什么是信号 信号：是信息的某种表现形式，是传输信息的载体。 信号是有能量的物质，描述了物理量的变化过程。
1 T2 Cn T x(t )e jn0t dt T 2
第二章 信号及其分类
n 0, 1, 2,
x(t ) C0 Cn e jn0t C ne jn0t
n 1
x (t )
Cn
2
n
jn0t C e n
Re(Cn ) Im(Cn )
2A An a b (1 cos n ) n
2 n 2 n
n arctan
an bn 2
30
汽车测试技术
第二章 信号及其分类
2A A t T0 x (t ) A 2A t T0
T0 t0 2 T0 2
0t
• 基波和各次谐波的初相位均为零
第二章 信号及其分类
能量不是有限值，研究信号的平均功率更为合适
T
lim
1 2T
T
T
x (t )dt
2
一般持续时间无限的信号属于功率信号，如周期信号、随机信号 等 噪声信号（随机）
复杂周期信号