以工程振動信號為研究對象,以信號的采集到後續的處理為主線,從振動信號拾取出發,依次對獲得的數字信號進行時域、頻域以及時頻域的處理。介紹經驗模態分解和全矢譜融合等新的處理算法和思想,有針對性地結合振動信號監測處理而組織編寫內容,兼顧傳承與發展,探討振動信號處理算法及原理。
《振動信號處理與數據分析》涉及相關知識要點:傅里葉級數展開、離散傅里葉變換、Z變換、快速傅里葉變換、時域統計特征、EMD分解、全矢譜技術等理論及其在工業現場的應用案例。
目錄
前言
第1章緒論
1.1DSP的基本概念
1.2DSP系統及其實現
1.3振動信號及其基本描述
1.3.1周期振動信號的合成和分解
1.3.2非周期振動信號的性質
1.4信號處理的應用
1.4.1在結構振動和設計中的應用
1.4.2在產品質量和自動控制中的應用
1.4.3在結構監測和故障診斷中的應用
第2章信號的分類與測量
2.1振動信號處理的基本概念和作用
2.2信號的分類
2.3信號的測量
2.3.1傳感器的分類
2.3.2傳感器的選擇原則
2.3.3常見振動信號測試傳感器
習題
第3章振動信號的處理
3.1信號的放大
3.1.1運算放大器
3.1.2測量放大器
3.1.3電荷放大器
3.2信號的濾波
3.2.1理想模擬濾波器
3.2.2實際模擬濾波器及其基本參數
3.3信號的調制與解調
3.3.1幅度調制
3.3.2頻率調制
3.4信號的數字化方法
3.4.1采樣、混頻和采樣定理
3.4.2量化和量化誤差
3.4.3截斷、泄漏和窗函數
3.4.4選擇模/數轉換模塊的基本技術指標
習題
第4章線性信號分析算法
4.1傅里葉變換
4.1.1傅里葉級數
4.1.2傅里葉積分
4.1.3離散傅里葉變換的性質
4.1.4卷積與相關函數
4.2快速傅里葉變換
4.2.1時間抽取基—2FFT算法
4.2.2頻率抽取基—2FFT算法
4.2.3基—4FFT算法
4.2.4分裂基FFT
4.2.5進一步減少運算量的措施(蝶形算法)
4.3序列的Z變換
4.3.1Z變換的定義
4.3.2序列特征對收斂域的影響
4.3.3逆Z變換
4.3.4Z變換的性質
4.4希爾伯特變換
4.4.1希爾伯特變換的定義
4.4.2希爾伯特交換的性質
4.4.3希爾伯特變換表
習題
第5章振動信號的時域處理
5.1時域波形的合成分解
5.1.1穩態分量與交變分量
5.1.2偶分量與奇分量
5.1.3實部分量與虛部分量
5.1.4正交函數分量
5.2時域統計特征參數處理方法
5.2.1有量綱型的幅值參數
5.2.2無量綱型參數
5.2.3高階統計量指標
5.3信號的幅值分布特性
5.3.1概率密度定義
5.3.2二維聯合概率密度函數
5.3.3典型信號的概率密度函數
5.4相關分析方法及其應用
5.4.1相關函數
5.4.2自相關函數性質及其應用
5.4.3互相關函數性質及其應用
習題
第6章振動信號的頻域處理方法及其應用
6.1頻譜分析方法
6.1.1確定性信號的頻譜
6.1.2離散傅里葉變換與快速傅里葉變換
6.1.3隨機信號的功率譜密度
6.2功率譜方法的應用
6.2.1從經典譜估計到現代譜估計
6.2.2譜估計的參數模型方法
6.2.3AR模型的Yule—Walker方程
6.2.4AR模型的穩定性及其階的確定
6.2.5AR譜估計的性質
6.2.6AR模型參數提取方法
6.2.7MA和ARMA模型譜估計
6.3倒頻譜分析方法
6.3.1倒頻譜的概念
6.3.2倒頻譜與解卷積
6.3.3倒頻譜的應用
6.4細化譜分析方法
習題
第7章振動信號的時頻域分析方法及其應用
7.1時頻分析的基本概念
7.2信號的時寬與帶寬
7.2.1時寬和帶寬的概念
7.2.2不確定原理
7.3信號分解
7.3.1信號分解的概念
7.3.2信號的正交分解
7.4短時傅里葉變換
7.4.1連續信號的短時傅里葉變換
7.4.2離散信號的短時傅里葉變換
7.5小波分析方法及其應用
7.5.1小波變換的定義
7.5.2小波變換的特點
7.5.3離散小波變換
7.5.4振動信號處理中常用的小波
習題
第8章振動信號的其他處理方法及其應用
8.1經驗模式分解方法
8.1.1EMD的基本概念
8.1.2EMD方法原理
8.1.3EMD方法的特點
8.1.4EMD方法的應用
8.2循環統計量方法
8.2.1振動信號的非平穩性和循環平穩性
8.2.2循環平穩過程及其描述
8.2.3循環譜與功率譜和時頻分布的關系
8.2.4二階循環統計特性及其應用
8.3盲源分離方法
8.3.1概述
8.3.2獨立分量分析
8.3.3ICA快速算法
8.3.4ICA的應用
習題
第9章全矢譜算法概述
9.1平面全矢譜分析與方法
9.1.1旋轉機械的動態檢測現狀
9.1.2全矢譜技術基礎
9.1.3全矢譜數值計算方法
9.2基於非平穩信號的全矢譜技術
9.2.1全矢短時傅里葉變換及其應用
9.2.2短時傅里葉變換定義
9.2.3短時傅里葉變換窗函數的選擇
9.2.4全矢短時傅里葉變換的分析與計算
9.3全矢譜分析的工程應用實例
參考文獻
第1章緒論
1.1DSP的基本概念
1.2DSP系統及其實現
1.3振動信號及其基本描述
1.3.1周期振動信號的合成和分解
1.3.2非周期振動信號的性質
1.4信號處理的應用
1.4.1在結構振動和設計中的應用
1.4.2在產品質量和自動控制中的應用
1.4.3在結構監測和故障診斷中的應用
第2章信號的分類與測量
2.1振動信號處理的基本概念和作用
2.2信號的分類
2.3信號的測量
2.3.1傳感器的分類
2.3.2傳感器的選擇原則
2.3.3常見振動信號測試傳感器
習題
第3章振動信號的處理
3.1信號的放大
3.1.1運算放大器
3.1.2測量放大器
3.1.3電荷放大器
3.2信號的濾波
3.2.1理想模擬濾波器
3.2.2實際模擬濾波器及其基本參數
3.3信號的調制與解調
3.3.1幅度調制
3.3.2頻率調制
3.4信號的數字化方法
3.4.1采樣、混頻和采樣定理
3.4.2量化和量化誤差
3.4.3截斷、泄漏和窗函數
3.4.4選擇模/數轉換模塊的基本技術指標
習題
第4章線性信號分析算法
4.1傅里葉變換
4.1.1傅里葉級數
4.1.2傅里葉積分
4.1.3離散傅里葉變換的性質
4.1.4卷積與相關函數
4.2快速傅里葉變換
4.2.1時間抽取基—2FFT算法
4.2.2頻率抽取基—2FFT算法
4.2.3基—4FFT算法
4.2.4分裂基FFT
4.2.5進一步減少運算量的措施(蝶形算法)
4.3序列的Z變換
4.3.1Z變換的定義
4.3.2序列特征對收斂域的影響
4.3.3逆Z變換
4.3.4Z變換的性質
4.4希爾伯特變換
4.4.1希爾伯特變換的定義
4.4.2希爾伯特交換的性質
4.4.3希爾伯特變換表
習題
第5章振動信號的時域處理
5.1時域波形的合成分解
5.1.1穩態分量與交變分量
5.1.2偶分量與奇分量
5.1.3實部分量與虛部分量
5.1.4正交函數分量
5.2時域統計特征參數處理方法
5.2.1有量綱型的幅值參數
5.2.2無量綱型參數
5.2.3高階統計量指標
5.3信號的幅值分布特性
5.3.1概率密度定義
5.3.2二維聯合概率密度函數
5.3.3典型信號的概率密度函數
5.4相關分析方法及其應用
5.4.1相關函數
5.4.2自相關函數性質及其應用
5.4.3互相關函數性質及其應用
習題
第6章振動信號的頻域處理方法及其應用
6.1頻譜分析方法
6.1.1確定性信號的頻譜
6.1.2離散傅里葉變換與快速傅里葉變換
6.1.3隨機信號的功率譜密度
6.2功率譜方法的應用
6.2.1從經典譜估計到現代譜估計
6.2.2譜估計的參數模型方法
6.2.3AR模型的Yule—Walker方程
6.2.4AR模型的穩定性及其階的確定
6.2.5AR譜估計的性質
6.2.6AR模型參數提取方法
6.2.7MA和ARMA模型譜估計
6.3倒頻譜分析方法
6.3.1倒頻譜的概念
6.3.2倒頻譜與解卷積
6.3.3倒頻譜的應用
6.4細化譜分析方法
習題
第7章振動信號的時頻域分析方法及其應用
7.1時頻分析的基本概念
7.2信號的時寬與帶寬
7.2.1時寬和帶寬的概念
7.2.2不確定原理
7.3信號分解
7.3.1信號分解的概念
7.3.2信號的正交分解
7.4短時傅里葉變換
7.4.1連續信號的短時傅里葉變換
7.4.2離散信號的短時傅里葉變換
7.5小波分析方法及其應用
7.5.1小波變換的定義
7.5.2小波變換的特點
7.5.3離散小波變換
7.5.4振動信號處理中常用的小波
習題
第8章振動信號的其他處理方法及其應用
8.1經驗模式分解方法
8.1.1EMD的基本概念
8.1.2EMD方法原理
8.1.3EMD方法的特點
8.1.4EMD方法的應用
8.2循環統計量方法
8.2.1振動信號的非平穩性和循環平穩性
8.2.2循環平穩過程及其描述
8.2.3循環譜與功率譜和時頻分布的關系
8.2.4二階循環統計特性及其應用
8.3盲源分離方法
8.3.1概述
8.3.2獨立分量分析
8.3.3ICA快速算法
8.3.4ICA的應用
習題
第9章全矢譜算法概述
9.1平面全矢譜分析與方法
9.1.1旋轉機械的動態檢測現狀
9.1.2全矢譜技術基礎
9.1.3全矢譜數值計算方法
9.2基於非平穩信號的全矢譜技術
9.2.1全矢短時傅里葉變換及其應用
9.2.2短時傅里葉變換定義
9.2.3短時傅里葉變換窗函數的選擇
9.2.4全矢短時傅里葉變換的分析與計算
9.3全矢譜分析的工程應用實例
參考文獻
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