Частотно-временной анализ сигналов

VI. ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ СИГНАЛОВ [c.228]

Исходная информация об измеряемых виброакустических параметрах динамических звеньев объекта контроля может обрабатываться в диагностических целях как непосредственно в ходе функционирования объекта (в реальном масштабе времени), так и постфактум — по результатам проведенного эксперимента. Во втором (часто и в первом) случае неизбежной оказывается регистрация измеряемых электрических эквивалентов виброакустических параметров на магнитных носителях с последующим многократным воспроизведением записей, обработкой и анализом их на специализированной аппаратуре для статистических исследований и ЭВМ. При этом к магнитным регистраторам предъявляют повышенные требования к точности и синхронности записи — воспроизведения многих параметров, идентичности соответствующих каналов по АЧХ и ФЧХ, возможности одновременной регистрации как низких (включая постоянную составляющую), так и высоких частот, управляемому изменению скоростей протяжки ленты. Этим условиям удовлетворяют специальные прецизионные многоканальные магнитные регистраторы с частотной модуляцией записываемых сигналов в диапазоне частот О—20 кГц и выше. [c.397]

Корреляционный процесс не ограничивается функциями во временной области. Зачастую при анализе сигналов необходимо получать корреляционные функции в частотной области. Таким образом, если 1 ( )-<- 5] (/) 52(0- - 52(/), тогда [c.193]

Блок обработки сигналов 5 производит счет принимаемых каналом сигналов за все время испытаний или за короткий интервал времени (например, 0,1 с) и выполняет их анализ. Аналогичную обработку сигналов по всем каналам выполняет блок 6. В анализ сигналов входит исследование их амплитудного распределения, снятие амплитудно-частотных характеристик. Для анализа использу- [c.177]

Математическую основу частотного описания сигналов дает аппарат преобразований Фурье. По физической сути преобразования Фурье отражают возможность двойственного описания любой изменяющейся во времени физической величины (сигнала), а именно во временной или в частотной области. Изменения величины во времени можно наблюдать на экране осциллографа, на диаграмме самописца. Но то же самое изменение можно записать на магнитную ленту и прослушать через наушники, получив частотное представление о сигнале. Природа наградила человека очень точным и чувствительным Фурье-анализатором - слуховым аппаратом, содержащим около тридцати тысяч частотных фильтров. На слух мы воспринимаем изменяющийся со временем Фурье-образ обычного акустического сигнала. Отсюда следует важный вывод о том, что при создании контрольно-измерительной и диагностической аппаратуры выбор того или иного (временного или частотного) представления сигнала определяется удобством его анализа при решении конкретных задач. [c.114]

Перечисленные допущения характерны для функционального моделирования, широко используемого для анализа систем автоматического управления. Элементы (звенья) систем при функциональном моделировании делят на три группы 1) линейные безынерционные звенья для отображения таких функций, как повторение, инвертирование, чистое запаздывание, идеальное усиление, суммирование сигналов 2) нелинейные безынерционные звенья для отображения различных нелинейных преобразований сигналов (ограничение, детектирование, модуляция и т. п.) 3) линейные инерционные звенья для выполнения дифференцирования, интегрирования, фильтрации сигналов. Инерционные элементы представлены отношениями преобразованных по Лапласу или Фурье выходных и входных фазовых переменных. При анализе во временной области применяют преобразование Лапласа, модель инерционного элемента с одним входом и одним выходом есть передаточная функция, а при анализе в частотной области — преобразование Фурье, модель элемента есть выражения амплитудно-частотной и частотно-фазовой характеристик. При наличии нескольких входов и выходов ММ элемента представляется матрицей передаточных функций или частотных характеристик. [c.186]

При проектировании и анализе линейных электрических цепей один из методов состоял в исследовании выходного сигнала, полученного способом, описанным выше, для случая формирования оптического изображения, т.е. путем свертки входного сигнала (представленного последовательностью импульсов с изменяющейся амплитудой) с единичным импульсным откликом системы. Однако интегрирование, необходимое для исследования влияния различных фильтров, при этом становилось очень сложным. Еще более трудным было обращение свертки, применяемое при проектировании фильтров с условием создания определенных выходных сигналов по заданным входным. Именно применение теоремы свертки обеспечило во многих случаях столь необходимые упрощения. Из этой теоремы следует, что спектр временных частот на выходе линейной электрической системы является просто произведением входного частотного спектра и частотного спектра единичного импульсного отклика системы (ее передаточной функции). Интегрирование во временной области заменяется более простой операцией перемножения в частотной области. Более того, полная частотная характеристика нескольких последовательно включенных фильтров является просто произведением их собственных передаточных функций. Поэтому неудивительны замечания о том, что если бы теория цепей была ограничена временным подходом, то она никогда не получила бы такого развития. [c.87]

Наконец, следует сказать о комплекте универсальной измерительной акустической аппаратуры. В нее входят почти все перечисленные приборы с некоторыми вспомогательными приспособлениями. Этот комплект аппаратуры позволяет снимать все виды характеристик электроакустической аппаратуры (частотные, амплитудные, направленности, временные), проводить анализ акустических сигналов и шумов и записывать временные процессы в помещениях и т. д. [c.290]

Анализ эмиссионных сигналов с исключительно высоким разрешением может быть выполнен путем смешивания при фотоэлектрическом приеме (см. разд. В 1.31, В 1.4). Фототок фотоэлектрического приемника зависит от напряженности поля на катоде по квадратичному закону, причем следует провести временное усреднение по времени срабатывания приемника. Частотный анализ фототока, изменяющегося во времени, дает информацию о спектральном распределении излучения с очень высоким разрешением. Таким способом могут быть определены ширины линий оптического излучения порядка нескольких герц. При этом минимальная измеримая разностная частота определяется продолжительностью времени измерения, в течение которого может быть обеспечена достаточная стабильность всех частей аппаратуры. Доступная обработке область частот ограничена наивысшей частотой приемника и регистрирующей электронной аппаратуры. Описанный метод измерений особенно применим для исследования стабильности частот и спектральных свойств стабилизированных лазеров, причем могут сравниваться между собой. также выходные сигналы двух независимых лазеров. Кроме того, исследуются линии рассеяния, расположенные близко к возбуждающей линии, в частности их контуры. [c.53]

Прямые оценки спектральных плотностей методами гармонического анализа также сопряжены с большими методическими трудностями. Ведь для таких оценок необходимо выявить в сигнале данную частотную компоненту (гармонику), определить ее относительную амплитуду и, сделав это на протяжении достаточно длительного времени наблюдения, проинтегрировать полученные за время наблюдения значения этой амплитуды. Фактически, при фиксированном времени наблюдения за процессом, мы определим среднее значение амплитуды этой гармоники или, иначе, математическое ожидание. [c.171]

В этой главе рассматривается разложение периодических функций в ряды Фурье, ведущее к более общему представлению преобразования Фурье-функций. Обсуждаются основные операции, необходимые при системном анализе (умножение, свертка, дифференцирование и интегрирование) как во временной, так и частотной областях. С помощью вводимых понятий и системы обозначений формируется теорема о выборке. И, наконец, обсуждается аналитический сигнал в связи с комплексным представлением вещественных сигналов и понятием огибающей. [c.133]

Измерение толщины изделий эхо-методом вторым способом основано на частотном анализе многократных отражений эхо-сигналов. При совпадении частоты многократных отражений с частотой анализатора на выходе анализатора появляются сигналы, временное положение которых при жесткой связи частотной и временной разверток указывает на значение толщины. Этот способ позволяет уменьшить погрешность измерения толщины в диапазоне 0,5—1,0 мм до 2 %. [c.165]

Для анализа динамических параметров отражений используют два подхода. Первый реализуется в спектральной области, использует различные варианты преобразования Фурье и составляет основу поинтервального динамического анализа отражений. Второй подход реализуется во временной области и использует преобразование Гильберта, он дает возможность изучения динамических параметров волн во всей их полноте, в том числе при пространственных сейсмических наблюдениях. Основные преимущества поинтервального анализа заключаются в его высокой помехоустойчивости при раздельной оценке энергетических и частотных характеристик отражений для когерентной и некогерентной компонент сигналов и для различных диапазонов частот. Недостатки этого способа заключаются в излишне высокой чувствительности к влиянию неоднородностей вмещающей толщи и большой трудоемкости. Преимущества динамического анализа мгновенных параметров отражений состоят в высокой разрешающей способности определения параметров волн, простоте технологии и наглядности результатов анализа. [c.129]

Блоки обработки сигналов 5 осуш,е-ствляют счет принимаемых сигналов по каналам за короткий интервал времени (например, 0,1 с) и суммарную обработку сигналов от всех каналов многоканальной системы. Исследуют также амплитудное распределение принимаемых сигналов и энергию эмиссии за единицу времени или за весь период испытаний. Поскольку существует предположение, что развитие трещины вызывает рост низкочастотных составляющих сигналов, а пластическая деформация приводит к их уменьшению, может оказаться полезным амплитудно-частотный анализ сигналов. [c.317]

Анализаторы (фильтры). При помощи анализаторов определяют частотный состав шума и вибрации. Эти приборы Иредназначены для анализа электрических сигналов, поступаю-йцих с выхода шумомера на полосовые электрические фильтры. Анализирующие свойства фильтра характеризуются шириной полосы пропускания частот, коэффициентом передачи, крутизной спада частотной характеристики, разрешающей способностью, динамическим диапазоном и временем анализа. [c.37]

Анализ процессов в проектируемых объектах можно проводить во временной и частотной областях. Анализ во временной области (динамический анализ) позволяет получить картину переходных процессов, оценить динамические свойства объекта, он является важной процедурой при исследовании как линейных, так и нелинейньпс систем. Анализ в частотной области более специфичен, его применяют, как правило, к объектам с линеаризуемыми математическими моделями при исследовании колебательных стационарных процессов, анализе устойчивости, расчете искажений информации, представляемой спектральными составляющими сигналов, и т. п. [c.100]

Помимо подробно описанного выше пространственного принципа организации частотного анализа звуковых сигналов в кохлеарном ядре (наличие тонотопической, многократно в пространстве ядра повторенной организации, наличие частотной избирательности отдельных нейронов, отличающейся у разных нейронов, но перекрывающей в целом диапазон слышимых частот) рассмотрим второй механизм анализа частоты, а именно ее временной анализ. [c.287]

Дополнительно к этим частотным методам анализа в комплексе LADP предусмотрен ряд моделирующих программ, которые можно использовать для анализа поведения разомкнутых и замкнутых систем во временной области. С их помощью могут быть определены реакции системы на стандартные детерминированные (ступенчатые, линейные и т. д.) и случайные входные воздействия, при этом спектры случайных сигналов задаются пользователем. Эти сигналы могут быть приложены к двум определенным точкам системы на входе (для моделирования уставок) и на выходе объекта (для моделирования возмущений). В принципе, входные сигналы могут быть приложены и к любой другой точке системы, 120 [c.120]

Элкинд [25], а позднее Старк, Иида и Уиллис [99] провели эксперименты, в которых испытуемые пытались непрерывно отслеживать, либо сводить к нулю появляющиеся в случайные моменты времени входные сигналы различной амплитуды. У Элкинда испытуемые отслеживали перемещения точки на экране осциллографа,, используя для этого световое перо в опытах Старка и др. испытуемые пользовались ротацией кисти, чтобы привести к нулю угловое перемещение механического указателя. В обоих случаях случайные входные сигналы были получены суммированием синусоид с произвольными фазами. Элкинд брал 40 синусоид одинаковой амплитуды Старк и др. использовали три синусоиды, причем амплитуда этих синусоид уменьшалась в порядке возрастания их частоты (если в наборе синусоид с произвольными фазами амплитуды высокочастотных синусоид не будут меньше амплитуд низкочастотных, то в суммарном входном сигнале доля высокочастотных составляющих будет слишком велика). В обоих случаях частотная характеристика замкнутой системы (усиление и фаза) определялась по статистическому методу, который будет подробно описан ниже. На рис. 9.4 и 9.5 в разной форме приводятся результаты экспериментов. Анализ их позволяет сделать вывод,, что гипотеза линейности хорошо подходит для данного конкретного вида случайных входных сигналов. [c.170]

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗАТОР обеспечивает анализ в реальном масил-абе времени с детекторами на выходе ка>кцого фильтра. Преимущества анализаторов, работающих в реальном масштабе времени,-это возможность измерения не установившихся сигналов, высокая скорость анализа, непосредственная индикация измерений, возмож чость изучения вибросигналов в динамике непосредственно у объекта. [c.58]

Дисперсионные характеристики М. в. измеряются по времени задержки импульсов М. в. в зависимости от частоты и внеш. магн. поля. Для измерения спектральных зависимостей М. в. используют интерференцию сигналов быстрой эл.-магн, волны наводки и принимаемой М. в. Для диагностики М. в. применяют индукц. и магнитооптич. методы зондирования, основанные на эффекте Мандельштама — Бриллюэна рассеяния света на М. в. Спектральные и амплитудно-частотные характеристики М. в. используются для измерения параметров магн, релаксации, анализа данных ферромагн. резонанса, определения степени закрепления спинов на повер.хности, магн. однородности планарных структур и др. величин. [c.8]

Данными об интегральных характеристиках слуха пользуются при решении ряда задач, связанных с преобразованием, передачей и воспроизведением си1на-лов, приемником к-рых является человеч. ухо (связь, телефония, радиовещание, архитектурная акустика и т. д.). Для решения задач, связанных с заменой человека-наблюдателя автоматическим распознающим устройством, более существенными оказываются сведения о механизмах работы слуховой системы и характеристиках тох операций по обработке звуковой информации, к-рые ею выполняются (частотный анализ, измерение временных интервалов, определение взаимной корреляции между сигналами, инто)риро-вание данных и т. д.). [c.244]

Сложными мы будем называть звуки со спектром, отличным от спектра одиночного чистого тона. Сюда мы отнесем звуки, состоящие из двух чистых тонов, музыкальные тоны, периодические последовательности импульсов, амплитудно- и частотно-модулированные сигналы, а также различные шумы. Проблема высоты сложных звуков в последние 20 лет привлекала исключительное внимание исследователей. В ней сфокусировались многие важные аспекты слухового анализа дуализм частотной и временной обработки, форма частотной характеристики слухового фильтра, происхождение и роль нелинейности, взаимоотношение центрального и периферического в слухе и др. Однако было бы неправильно остроту зтой проблемы относить целиком к нашему времени. Уже в XIX в., как следует из работ выдающихся ученых того времени — Зеебека, Ома, Гельмгольца, Релея, Вундта и др., — проблеме высоты сложного звука уделялось много внимания. Пожалуй, ни в какой другой области психоакустики не возникало столько противоречивых гипотез, теорий, интерпретаций результатов опытов, как в проблеме высоты сложного звука. [c.50]

Модель восприятия высоты А. С. Колоколова. Представляет значительный интерес модель высоты сложных звуков А. С. Колоколова (Колоколов, 1985), совмещающая как спектральную, так и временную обработку. В ней предусмотрены следующие преобразования входного сигнала грубый спектральный анализ с помощью гребенки полосовых фильтров однополупериодное выпрямление сигналов на выходе фильтров и последующее их сглаживание использование групп разнопороговых нейронных элементов, на которые поступают сглаженные сигналы генерирование независимых случайных последовательностей импульсов на выходе пороговых элементов вычисление гистограмм межимпульсных интервалов в каждом частотном канале вычисление значений кратковременного амплитудного спектра, пропорциональных средней частоте импульсации в данном частотном канале вычисление обостренного спектра, уменьшающего маскирующее влияние шума за счет латерального торможения вычисление совокупной (по всем частотным каналам) гистограммы межимпульсных интервалов путем суммирования взвешен- [c.66]

Подводя итоги, напомним, что традиционный подход к эффекту маскировки, связанный с концепциями Флетчера и Цвикера, состоял в том, что порог маскировки определяется соотношением сигнал / шум в фиксированных частотных поддиапазонах — так называемых критических полосах. К настоящему времени ясно, что подобная концепция не полностью отражает реальную структуру слуховой системы, хотя и удобна для ряда инженерных приложений. Модифицированная концепция, развиваемая в большинстве современных работ, допускает, что слуховая система содержит набор из очень большого числа перекрывающихся фильтров. При этом, однако, часто сохраняют неизменной основную предпосылку гипотезы о критических полосах — предположение, что ПМ определяется тем из СФ, в котором отношение сигнал / шум наивысшее Такая позиция также оказывается излишне упрощенной. Рассмотренный материал совершенно явно демвнстрирует, что слуховая система обладает очень высокой степенью адаптивности к сигналу. Человек, решая задачу обнаружения звука, может выбирать разные пути анализа, оптимизируя их как в спектральной, так и во временной области. [c.100]

Нейроны кохлеарных ядер отчетливо демонстрируют оба принципа частотного анализа временной (привязка к фазе колебаний звуковых сигналов) и пространственный (тонотопическая организация). [c.295]

Существует несколько предположений о механизмах частотного анализа в слуховой системе рыб. Временной принцип анализа возможен благодаря синхронизации частоты звука и частоты нервного разряда (Furukawa, Ishii, 1967). Фэй (Fay, 1972) показал, что золотая рыбка способна различать периодические компоненты амплитудно-модулированных сигналов. Тот факт, что изменения ритма модуляции вызывают изменение условий реакций, рассматривается автором как одно из доказательств временного принципа анализа звука в центральной нервной системе. [c.525]

Схема, изображенная на фиг. 2.9, содержит импульсный генератор, возбуждающий искательную головку, широкополосный усилитель, усиливающий принятые сигналы, электронный анализатор спектра, выделяющий частотные составляющие, содержащиеся в принятом сигнале, и осциллоскоп с временной разверткой— такой же, как и в обычных импульсных дефектоскопах. Схема содержит временной селектор, включенный между выходом усилителя и спектроанализатором, который служит для выделения подлежащих анализу отраженных сигналов. Для опознания анализируемого сигнала на экране осциллоскопа начало и конец стробирующего импульса селектора отмечаются на временной развертке особыми метками. Головка возбуждается периодической последовательностью импульсов. Это не- [c.74]

Разработчик может выбирать при проектировании оборудования, проводить ли анализ сигнала в частотной или во временной области. Очевидно, анализ сигнала в частотной области более целесообразен в системах, использующих возбуждение токами нескольких дискретных частот. В этом случае сигналы могут быть разделены с помощью фильтров и затем направлены к отдельным амплитудно-фазовым детекторам или другим демодулирующим схемам.. В случае возбуждения повторяющимися импульсами анализ может производиться в частотной или во временнсЗй области, например с помощью стробирования. Импульсные сигналы могут также анализироваться с помощью ортогонального спектроанализатора [3, 9, 11]. [c.379]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...