传感器的检测信号分析:信号及其描述与分类

本章将着重介绍传感器检测信号的描述及分类、传感器典型信号的数据表达式和波形、周期和非周期信号、常用的17种信号及频谱函数、随机信号的特性描述等内容。

  对传感器的检测信号进行分析,有利于拟定科学的测试方案,选择或设计适当的传感器和 测试仪器,制定合理的测试数据处理方法,以及正确地计算测试精度等。本章将着重介绍传感器检测信号的描述及分类、传感器典型信号的数据表达式和波形、周期和非周期信号、常用的17种信号及频谱函数、随机信号的特性描述等内容。

传感器的检测信号分析:信号及其描述与分类

传感器的检测信号分析:信号及其描述与分类

信号及其描述

  一个被测对象,它各方面的运动状态是通过一系列物理参数随时间的变化过程反映出来 的。通常将这些随时间变化的物理量称为信号。由于信号常表示为时间的函数,因而在讨论与信号有关的问题时,“信号”与“函数”这两个词常常互相通用。

  在全部测试过程中,通过传感器测试、分析和处理的都是表征各种物理过程的信号。不同性质的信号,其分析、测试和处理的方式也是不同的。因此,正确掌握信号的性质是十分重要的。

  描述信号的基本方法是写出信号幅值随时间变化的数学表达式,此表达式是时间的函数, 绘出的函数图形称为信号的波形,这就是常用的信号时域描述。信号时域描述比较简单和直观,但是不能明确揭示信号的频率成分和物理系统的传输特性。随着问题的深人,常常需要对 信号进行频谱分析或其他正交变换,以及研究信号的频率结构和对应的幅值大小,这就是信号的频域描述。

信号的分类

  1.确定性信号与非确定性信号

  1)确定性信号

  确定性信号(也称可预测信号或规则信号)是指可以相当精确地用明确的数学关系式来描述的信号,当给定某一时间值时,信号有确定的数值。而且在相同的试验条件下,多次试验,它可以在一定的精度下重复出现。

  确定性信号可根据其时间历程是否有规律地重复而分为周期信号和非周期信号两类。如果在它们的时间历程上,每隔一定的周期重复出现确定性信号,则称为周期性信号,最典型的周期信号就是正弦信号;否则为非周期性信号,如冲击信号等。

  图3 - 1表示确定性信号的分类情况。

传感器的检测信号分析:信号及其描述与分类

  图3-1 确定性信号的分类


  2)非确定性信号

  非确定性信号(也称不规则信号或随机信号)不可能用一个明确的数字关系式描述,在相冋的试验条件下,重复多次试验,试验的结果各不相同。对于随机信号只能用它的统计特性描述。

       图3 - 2表示非确定性信号(随机信号)的分类情况。

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图3-2 随机信号的分类

  2.连续时间信号和离散时间信号

  连续时间信号(简称连续信号):在一段连续时间内,对任何时刻,都可给出确定的函数值, 此信号就称为连续信号,如图3-3(a)所示。

  离散时间信号(简称离散信号):是在一些离散的瞬间给出函数值,而在其他时间没有定义的信号,如图3-3(b)所示。信号x(kT)仅在瞬间t = 0,±T,±2T,…,±nT时才有确定的幅值,而在其余时间,函数x(kT)没有幅值。至于离散瞬间的间隔,则可以是均匀的,也可以是不均匀的。例如雷达数据、遥控指令等都是离散信号。

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  图3-3 连续信号和离散信号

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