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激振訊號的種類及其定義

系統內介質的振動行為會與作用力的型態直接相關,也就是說,不同型態的激振 (excitation),造成系統的響應 (response) 的特徵 (feature) 也會不同,具備不同特徵的響應自然就會需要不同的訊號分析 (signal analysis) 及特徵擷取 (feature extraction) 的方法。舉例而言,周期性激振造成的響應可以用周期性訊號分析方法 (例如傅立葉轉換) 進行分析,但用傅立葉轉換分析非周期性的訊號就非常的不適當。因此當我們研究激振、系統與響應三者之間的關係時,先依據訊號形態將激振分類,再決定要用甚麼訊號分析的方法進行分析,會是一個比較有效率的方法。 

激振型態的分類大致上如下圖所示。 

若作用力對介質作連續有規律的周期性擾動,則力學波透過介質傳遞時,介質一開始會表現出暫態行為,旋即進行連續有規律的周期性振動,這種力學波稱為周期波 (periodic wave),而質點的振動行為屬於穩態 (steady-state);若作用力只對介質作一次短暫性的擾動,則力學波透過介質傳遞時,介質中的質點在短暫振動後,便會靜止於原位置,這種力學波稱為脈波 (pulse wave),而質點的振動行為屬於暫態 (transient)。周期波與脈波的質點振動行為都屬於定型訊號 (deterministic signal),亦即其行為可用已知的數學函式表示,故在任何給定時間,其振動量大小都是可知的。機械/機構系統內遇到的振動行為,大部分皆屬於此類訊號,例如轉軸、軸承、飛輪或扇葉在等速運轉的情形下都會造成周期波,進而引發質點的穩態行為,而引擎點火爆炸或衝床機構則會造成脈波而引發質點的暫態行為。 

在某些情形下,作用力既非一次短暫性的擾動,也不是連續有規律的周期性擾動,其發生時間不定,則力學波透過介質傳遞時,介質的振動行為無法用已知的數學函式預測,這一類的振動行為統稱隨機訊號 (random signal)。若要再細分,當作用力的強度大小是不變的,則力學波透過介質傳遞時,介質的振動行為統稱不變訊號 (stationary signal),反之,當作用力的強度大小是可變的,則力學波透過介質傳遞時,介質的振動行為統稱可變訊號 (non-stationary)。例如地震波的行為就是典型的隨機可變訊號,此外,旋轉機械元件在非等速運轉的情形下,由離心力所造成的激振也是另一種常見的隨機可變訊號。 


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