山东理工大学：《机电工程测试与信号处理》课程教学资源（PPT课件）第2章 信号及其描述

心》少本理大军 机电玉程侧试与償号然摆 第2信号区描迹 21信号的分类与描 补充知识：复数和复变函数 22周期信号与离散频谱 23瞬变非周期信号与连续频谱 24随机信号

0 1 2 3 4 5 6 -3 -2 -1 0 1 2 3 x ( t ) t 2.1 信号的分类与描述 补充知识：复数和复变函数 2.2 周期信号与离散频谱 2.3 瞬变非周期信号与连续频谱 2.4 随机信号 1

少求罪子大等 第2章信号及其描述 >本章学习要求 ●掌握信号的类型及其特点； ●掌握确定性信号在频域的描述方法及频谱的概念： ●掌握随机信号的基本特征参数。 >本章难点 ●瞬变信号的频谱。 >本章所用到的基础知识 ●高数的付立叶级数，工程数学的傅里叶变换及随机 过程、概率论与数理统计等。本章内容可以参考 《信号与系统》、《复变函数与积分变换》等教材。 >本章的主要目的 ●为认识被测信号的性质提供理论支持： ●为从所测得的信号中提取信息提供理论支持

第2章 信号及其描述 ➢本章学习要求 ⚫掌握信号的类型及其特点； ⚫掌握确定性信号在频域的描述方法及频谱的概念； ⚫掌握随机信号的基本特征参数。 ➢本章难点 ⚫瞬变信号的频谱。 ➢本章所用到的基础知识 ⚫高数的付立叶级数，工程数学的傅里叶变换及随机 过程、概率论与数理统计等。本章内容可以参考 《信号与系统》、《复变函数与积分变换》等教材。 ➢本章的主要目的 ⚫为认识被测信号的性质提供理论支持； ⚫为从所测得的信号中提取信息提供理论支持。 2

G少本理2大￥ 3 2.1信号的分类与描述 211信号的分类 2.12信号的时域描述和频域描述

2.1.1 信号的分类 2.1.2 信号的时域描述和频域描述 3

少东罪子大等 21■信号的兮类与描述 >信息、信号及噪声 ◆信息一被研究对象的状态和属性的反映，是要通 过测量获取的。 ●如物体的冷热程度（以温度高低衡量)，桥梁的振 动特性（以固有频率、振型、阻尼比等参数衡量)， 轮胎的动不平衡状态（不平衡重量和角度衡量)。 这里的温度、固有频率和阻尼比、振型、不平衡重 量和角度等都是我们要检测的信息。测试工作的任 务就是要尽量准确地获取这些信息，以达到认识世 界进而改造世界的目的。但信息往往是很难直接检 测到，我们必须借助于某些能够直接检测到的物理 量来获取信息，这些能够直接检测到物理量我们称 之为信号

2.1 信号的分类与描述 ➢信息、信号及噪声 ◆信息—被研究对象的状态和属性的反映，是要通 过测量获取的。 ⚫如物体的冷热程度（以温度高低衡量），桥梁的振 动特性（以固有频率、振型、阻尼比等参数衡量）， 轮胎的动不平衡状态（不平衡重量和角度衡量）。 这里的温度、固有频率和阻尼比、振型、不平衡重 量和角度等都是我们要检测的信息。测试工作的任 务就是要尽量准确地获取这些信息，以达到认识世 界进而改造世界的目的。但信息往往是很难直接检 测到，我们必须借助于某些能够直接检测到的物理 量来获取信息，这些能够直接检测到物理量我们称 之为信号。 4

21信号的分类与描述 >信息、信号及噪声 ◆信号一信号就是随时间或空间变化的某种物理量， 是信息的载体，是可直接检测到的。 ●如水银温度计中水银的膨胀或收缩量，热电偶传感 器中的热电势即包含了被测对象冷热程度的信息； 机械振动系统中的位移（速度或加速度)-时间历程 即包含了该振动系统的固有频率及阻尼比等信息。 ●又如：烽火台狼烟报警（光信号），击鼓鸣金报时或 传达命令（声信号），旗语通信（光信号），无线电通信 (电磁波信号)等。 ●若信号表现为电压、电流、电荷、电动势、磁链等， 则称为电信号，它是现代测试技术中应用最广泛的 信号。本课程涉及的主要是随时间变化的电信号

2.1 信号的分类与描述 ➢信息、信号及噪声 ◆信号—信号就是随时间或空间变化的某种物理量， 是信息的载体，是可直接检测到的。 ⚫如水银温度计中水银的膨胀或收缩量，热电偶传感 器中的热电势即包含了被测对象冷热程度的信息； 机械振动系统中的位移（速度或加速度）-时间历程 即包含了该振动系统的固有频率及阻尼比等信息。 ⚫又如∶烽火台狼烟报警(光信号)，击鼓鸣金报时或 传达命令(声信号)，旗语通信(光信号)，无线电通信 (电磁波信号)等。 ⚫若信号表现为电压、电流、电荷、电动势、磁链等， 则称为电信号，它是现代测试技术中应用最广泛的 信号。本课程涉及的主要是随时间变化的电信号。 5

闷少求罪子大等 21■信号的兮类与描述 >信息、信号及噪声 ◆噪声一信号中无用但会带来测量误差的成分，又 称之为干扰。 ●噪声的存在使所测得的信号产生失真，严重时会导 致信号不可用或虚假的信息，可能造成严重后果， 必须引起足够重视。在测试工作中要尽量消除或减 小噪声。 ●噪声可以由测试装置外部输入，如外部电磁干扰； 也可能是测试装置内部引起，如电子元器件的热噪 声

2.1 信号的分类与描述 ➢信息、信号及噪声 ◆噪声—信号中无用但会带来测量误差的成分，又 称之为干扰。 ⚫噪声的存在使所测得的信号产生失真，严重时会导 致信号不可用或虚假的信息，可能造成严重后果， 必须引起足够重视。在测试工作中要尽量消除或减 小噪声。 ⚫噪声可以由测试装置外部输入，如外部电磁干扰； 也可能是测试装置内部引起，如电子元器件的热噪 声。 6

21信号的分类与描述 2.1.1信号的分类 >按信号与独立变量（如时间)的函数关系分 简单周期信号 正弦信号 周期信号 简谐周期信号 余弦信号 复杂周期信号 确定性信号 准周期信号 非周期信号 瞬变非周期信号 信号 般非周期信号 非确定性信号 平稳 各态历经 又称随机信号 非平稳 非各态历经

2.1 信号的分类与描述 2.1.1 信号的分类 ➢按信号与独立变量（如时间）的函数关系分 7 信号 确定性信号 周期信号 简单周期信号 简谐周期信号 正弦信号 余弦信号 复杂周期信号 非周期信号 非确定性信号 又称随机信号 平稳 非平稳 非各态历经 各态历经 一般非周期信号 瞬变非周期信号 准周期信号

少东用工大 21■信号的兮类与描述 2.1.1信号的分类 >按函数独立变量（如时间)和函数值取值的连续 性分 模拟信号 连续信号 (独立变量连续) 幅值离散信号 信号 离散模拟信号 离散信号 抽样信号 (独立变量离散） 数字信号

2.1 信号的分类与描述 2.1.1 信号的分类 ➢按函数独立变量（如时间）和函数值取值的连续 性分 8 信号 连续信号 （独立变量连续） 模拟信号 幅值离散信号 离散信号 （独立变量离散） 离散模拟信号— 抽样信号 数字信号

G》山本渭子大买 21信号的分类与描述 2.1.1信号的分类 >按信号的能量和功率是否有限来分类 能量有限信号 简称能量信号 功率有限信号 信号 简称功率信号 能量和功率都 无限的信号

2.1 信号的分类与描述 2.1.1 信号的分类 ➢按信号的能量和功率是否有限来分类 9 信号 能量有限信号 简称能量信号 功率有限信号 简称功率信号 能量和功率都 无限的信号

卢求程1大等 21■信号的兮类与描述 、确定性信号与随机信号 >确定性信号：可以由确定的函数来描述，对应独立变 量的任意值都有确定的函数值和其对应，可以准确预 知。确定性信号分为周期信号和非周期信号。 (1)周期信号 >以一定间隔T周而复始重复出现，且无始无终的 信号。T称为周期。 x(t)=x(t什nTo)(n=0,±1，±2，±3，.) 实际工程中的周期信号是有始有终的。 >1)简单周期信号一简谐周期信号，包括正弦信号 和余弦信号。例如：一个无阻尼单自由度自由振 动系统的位移-时间信号

2.1 信号的分类与描述 1、确定性信号与随机信号 ➢确定性信号：可以由确定的函数来描述，对应独立变 量的任意值都有确定的函数值和其对应，可以准确预 知。确定性信号分为周期信号和非周期信号。 （1）周期信号 ➢以一定间隔T0周而复始重复出现，且无始无终的 信号。T0称为周期。 x(t)=x(t+nT0 ) (n=0，±1，±2，±3，.) 实际工程中的周期信号是有始有终的。 ➢1）简单周期信号—简谐周期信号，包括正弦信号 和余弦信号。例如：一个无阻尼单自由度自由振 动系统的位移-时间信号。 10