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内容简介

　　《振动信号处理与数据分析》以工程振动信号为研究对象，以信号的采集到后续的处理为主线，从振动信号拾取出发，依次对获得的数字信号进行时域、频域以及时频域的处理。介绍经验模态分解和全矢谱融合等新的处理算法和思想，有针对性地结合振动信号监测处理而组织编写内容，兼顾传承与发展，探讨振动信号处理算法及原理。《振动信号处理与数据分析》涉及相关知识要点：傅里叶级数展开、离散傅里叶变换、Z变换、快速傅里叶变换、时域统计特征、EMD分解、全矢谱技术等理论及其在工业现场的应用案例。
　　《振动信号处理与数据分析》可作为普通高等院校理工科相关专业本科生教材，也可作为研究生、工程技术人员的自学参考书。

内页插图

目录

前言
第1章 绪论
1．1 DSP的基本概念
1．2 DSP系统及其实现
1．3 振动信号及其基本描述
1．3．1 周期振动信号的合成和分解
1．3．2 非周期振动信号的性质
1．4 信号处理的应用
1．4．1 在结构振动和设计中的应用
1．4．2 在产品质量和自动控制中的应用
1．4．3 在结构监测和故障诊断中的应用

第2章 信号的分类与测量
2．1 振动信号处理的基本概念和作用
2．2 信号的分类
2．3 信号的测量
2．3．1 传感器的分类
2．3．2 传感器的选择原则
2．3．3 常见振动信号测试传感器
习题

第3章 振动信号的处理
3．1 信号的放大
3．1．1 运算放大器
3．1．2 测量放大器
3．1．3 电荷放大器
3．2 信号的滤波
3．2．1 理想模拟滤波器
3．2．2 实际模拟滤波器及其基本参数
3．3 信号的调制与解调
3．3．1 幅度调制
3．3．2 频率调制
3．4 信号的数字化方法
3．4．1 采样、混频和采样定理
3．4．2 量化和量化误差
3．4．3 截断、泄漏和窗函数
3．4．4 选择模／数转换模块的基本技术指标
习题

第4章 线性信号分析算法
4．1 傅里叶变换
4．1．1 傅里叶级数
4．1．2 傅里叶积分
4．1．3 离散傅里叶变换的性质
4．1．4 卷积与相关函数
4．2 快速傅里叶变换
4．2．1 时间抽取基-2FFT算法
4．2．2 频率抽取基-2FFT算法
4．2．3 基-4FFT算法
4．2．4 分裂基FFT
4．2．5 进一步减少运算量的措施（蝶形算法）
4．3 序列的Z变换
4．3．1 Z变换的定义
4．3．2 序列特征对收敛域的影响
4．3．3 逆Z变换
4．3．4 Z变换的性质
4．4 希尔伯特变换
4．4．1 希尔伯特变换的定义
4．4．2 希尔伯特交换的性质
4．4．3 希尔伯特变换表
习题

第5章 振动信号的时域处理
5．1 时域波形的合成分解
5．1．1 稳态分量与交变分量
5．1．2 偶分量与奇分量
5．1．3 实部分量与虚部分量
5．1．4 正交函数分量
5．2 时域统计特征参数处理方法
5．2．1 有量纲型的幅值参数
5．2．2 无量纲型参数
5．2．3 高阶统计量指标
5．3 信号的幅值分布特性
5．3．1 概率密度定义
5．3．2 二维联合概率密度函数
5．3．3 典型信号的概率密度函数
5．4 相关分析方法及其应用
5．4．1 相关函数
5．4．2 自相关函数性质及其应用
5．4．3 互相关函数性质及其应用
习题

第6章 振动信号的频域处理方法及其应用
6．1 频谱分析方法
6．1．1 确定性信号的频谱
6．1．2 离散傅里叶变换与快速傅里叶变换
6．1．3 随机信号的功率谱密度
6．2 功率谱方法的应用
6．2．1 从经典谱估计到现代谱估计
6．2．2 谱估计的参数模型方法
6．2 ，3AR模型的Yule-Walker方程
6．2．4 AR模型的稳定性及其阶的确定
6．2．5 AR谱估计的性质
6．2．6 AR模型参数提取方法
6．2．7 MA和ARMA模型谱估计
6．3 倒频谱分析方法
6．3．1 倒频谱的概念
6．3．2 倒频谱与解卷积
6．3．3 倒频谱的应用
6．4 细化谱分析方法
习题

第7章 振动信号的时频域分析方法及其应用
7．1 时频分析的基本概念
7．2 信号的时宽与带宽
7．2．1 时宽和带宽的概念
7．2．2 不确定原理
7．3 信号分解
7．3．1 信号分解的概念
7．3．2 信号的正交分解
7．4 短时傅里叶变换
7．4．1 连续信号的短时傅里叶变换
7．4．2 离散信号的短时傅里叶变换
7．5 小波分析方法及其应用
7．5．1 小波变换的定义
7．5．2 小波变换的特点
7．5．3 离散小波变换
7．5．4 振动信号处理中常用的小波
习题

第8章 振动信号的其他处理方法及其应用
8．1 经验模式分解方法
8．1．1 EMD的基本概念
8．1．2 EMD方法原理
8．1．3 EMD方法的特点
8．1．4 EMD方法的应用
8．2 循环统计量方法
8．2．1 振动信号的非平稳性和循环平稳性
8．2．2 循环平稳过程及其描述
8．2．3 循环谱与功率谱和时频分布的关系
8．2．4 二阶循环统计特性及其应用
8．3 盲源分离方法
8．3．1 概述
8．3．2 独立分量分析
8．3．3 ICA快速算法
8．3．4 ICA的应用
习题

第9章 全矢谱算法概述
9．1 平面全矢谱分析与方法
9．1．1 旋转机械的动态检测现状
9．1．2 全矢谱技术基础
9．1．3 全矢谱数值计算方法
9．2 基于非平稳信号的全矢谱技术
9．2．1 全矢短时傅里叶变换及其应用
9．2．2 短时傅里叶变换定义
9．2．3 短时傅里叶变换窗函数的选择
9．2．4 全矢短时傅里叶变换的分析与计算
9．3 全矢谱分析的工程应用实例
参考文献

前言/序言

　　振动是自然界中广泛存在的物质系统的一种普遍运动形式，通常指一个物理量在某一量值（平衡值）附近随时间而往复变化的过程。自然界中，大至宇宙，小至微观粒子无不存在振动。各种形式的物理现象（发热、发声、发光、电和磁的运动等）都包含振动。
　　随着科学技术、生产和国防建设事业的发展，以及人类各种生产活动和社会活动的现代化，每时每刻都需要发生、传递和记录大量的振动信号和信息。因此，必须对大量的包含着无穷信息的各种各样的信号（数据、波形和图像等）进行快速处理，去伪存真，提取有用的信息并找出它们的规律。本学科的应用领域十分广泛，如机械工程、交通工程、宇航工程、土木建筑工程、电信和电力工程、声学工程、地球物理和地质工程、生物医学工程、核工程和军事科学、天文气象、海洋科学等几乎所有的科学部门和工程部门都要应用它，甚至在人类活动中的各种现象也能用信号处理的方法加以分析和寻找规律。由此可见，振动数据分析和信号处理的重要性与日俱增。因此，掌握振动数据分析与信号处理的理论和方法，在现代科学技术领域中己十分必要。
　　本书从时域分析入手，深入到频域分析，进而叙述数字信号处理，试图建立起这三个方面的有机联系。书中叙述了模拟信号处理和数字信号处理的主要内容，从实际应用出发，由浅入深，在兼顾数学推理的基础上，通过大量的图解说明，强调物理概念和实际应用知识，作为学习信号处理理论和应用的基础。
　　本书是作者长期从事振动的教学、科研及产品开发研究工作的结晶。本书原稿是作者根据长期从事的振动波形分析、频谱分析和信号处理实际工作经验并参阅国内外文献而编写而成的讲义。作者自2007年以来，曾以此在郑州大学给本科生授课，并在郑州恩普特科技股份有限公司举办的多次全国设备振动监测培训班上做过交流和介绍。随后作者根据多方面提出的意见和建议，对原稿又进行了若干次修改和补充，遂编写成此书。本书内容包括：离散时间信号和系统、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换的计算、数字滤波器设计方法、时频域信号处理、经验模态分解方法、全矢谱技术及理论等。
　　本书共9章，第1、2、7章由郑州大学徐平副教授编写，第3、4、8章由郑州大学郝旺身博士编写，第5章由郑州大学铁瑛副教授编写，第6章由河南工程学院李凤琴副教授编写，第9章由郑州大学李凌均副教授编写。研究生赵伟杰、林辉翼、王洪明、官振红、马艳丽、胡鑫、岳佳佳、张学欣参与了资料收集、文字录入等工作。
　　本书得到国家自然科学基金（聚氨酯高聚物材料应用于被动隔振的试验研究与理论分析（No.51278467）、河南省高校科技创新人才支持计划（混凝土空心墙的被动隔振机理研究（No.14HASTIT050））、河南省自然科学基金重点项目（基于模糊可靠性的混流泵设备评价策略研究（No.13A460673）、郑州大学校级教材建设项目的资助，在此表示诚挚的感谢！
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