机械工程测试与控制技术ⅱ项目设计基于matlab的信号处理与实例分析

机械工程测试与控制技术ⅱ项目设计基于matlab的信号处理与实例分析内容摘要：

可看出，采样点数一定，采样频率越小（满足采样定理是必须的），频率分辨率越高；而在采样频率一定时，采样点数越多，频率分辨率越高。 在选择采样频率时，我们必须首先保证采样过程 能反映信号的全貌，对瞬态信 号应包括整个瞬态过程；对周期信号，理论上采集一个周期信号就可以了。 其次再考虑频率分辨率，在采样点数一定时，采样时间长度越大，采样频率越小，Δ f 也就越小，能够区分的频率灵敏度也就越高。 对于采样点数，根据采样定理和信号的最小频率可估算在频率分辨率和采样频率确定情况下所需要的最小采样点数 N = f s /Δ f。 对于此例，有图可以看出，采样点数较少的时候（ 100），频谱图的区分不是特别好，频谱峰值泄漏较多 ； 而采样点数为 500 时则有了较大改善；采样点数为 1024 时则更加 完整。 对于计算机来说，采样点数不是越大越好，这 样会增机械工程测试与控制技术 8 加运算量，而对于要求不是太高的信号频率，我们也没必要设置过高的采样点数，只要能够满足要求即可。 图 15 采样频率为 4000Hz、采样点数为 500 时的信号时域波形与幅值频谱 . 噪声对信号时域分析和频域分析的影响 描述噪声对信号的影响，有一个我们很熟悉的概念 —— 信噪比。 这里面的信号指的是指我们需要的有用信号 信号 ； 噪声是指 混杂在有用信号中 无规则的额外信号（或信息）。 这里，我们不必详细了解信噪比的内容，通过设置信号和噪 声的幅值即可直观地看出噪声对信号的影响。 我们有两种方法：加强噪声和减弱有用信号。 首先是加强噪声方差。 如图 14，在程序初始设置中，三个正弦信号的幅值依次为 5，而白噪声方差为 ，从时域波形中，我们能够看出该噪声对信号的影响 —— 波形不再光滑而是充满“突刺”，但是还是能够看出一定的周期性。 而在图 16 和图 17 中，我们将白噪声方差 分别 设置为 500。 在时域中，波形受到的干扰更加严重，周期性不再直观 ； 而频谱图中，噪声对频谱图的干扰也在增大（图 16 和图 14 相比）；而当噪声方差设置为 500时，可以看出（图 17），时域波形更加混乱无序，而频谱图中显示的干扰显著增大，以至于都能“淹没”有用信号了。 其次是减弱有用信号幅值。 首先将噪声信号方差设为 10，而三个正弦信号幅值设为 ，机械工程测试与控制技术 9 由图 18 能够看出时域波形毫无规律，而频谱图中也显示不出任何有价值的信息。 如果增大信号幅值，如图 19，显然之前被噪声掩盖的信号频率又重新出现在了频谱图中。 由以上分析可知，信噪比越大越好。 如果信号强度足够大，那么噪声对信号的影响就较小；反之则很大。 图 16 a1=3, a2=4, a3=5, 白噪声方差为 10 时信号的时域波形与幅值频谱 机械工程测试与控制技术 10 图 17 a1=3, a2=4, a3=5, 白噪声方差为 500 时信号的时域波形与幅值频谱 图 18 a1=, a2=, a3=, 白噪声方差为 10 时信号的时域波形与幅值频谱 机械工程测试与控制技术 11 图 19 a1=1, a2=1, a3=1, 白噪声方差为 10 时信号的时域波形与幅值频谱 2. 基于计算机的声信号采集与分析 现代 计算机具有对声音、视频进行采样的功能，把模拟信号转换为数字信号。 通过计算机上的麦克风及声卡与 AD，录制各人在不同环境噪声、不同发声状态下讲话“机械工程测试与控制技术”语句（不少于 3 次，最好是他人的声音），利用软件转换语音数据文件为 ASCII码，然后利用 MATLAB进行频谱分析，画出时域、频域图形。 讨论： 1） 该设置至少为多少的采样频率。 采样长度多长为合适。 采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。 采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计 算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。 采样频率与声音频率之间有一定的关系，根据 采样定理 ，只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。 这就是说采样频率是衡量声卡采。