你的观点是什么?

时间、频率和模态域提供了互补的观点和见解

通过凯文·克雷格 2010年1月1日

我们每个人都是用批判性思维解决问题的人。我们必须如此,因为社会问题越来越多,越来越难,越来越广,越来越深,越来越多学科。随着基本的工程技术——分析、硬件和软件——已经成为世界范围内的商品,美国的竞争优势来自于其立竿见线、创新性、统一性和概念性。我们的创新必须是本地的——你不能进口它,你要创造它!它是一种思考、交流和做事的方式。它将我们与世界上其他工程师区别开来。

为了解决这些问题,组建了多学科团队,通常由机械、电子、计算机和控制工程师组成的核心团队,以及燃烧、化学、结构、材料、解剖学和生理学等领域的特定问题专家组成,洞察和沟通至关重要。我们都目睹了来自不同背景的工程师如何使用不同的语言和不同的观点来描述相同的概念,这往往会导致混乱并最终导致设计错误。能够以多种方式清晰和深刻地描述概念,对于机电工程师作为多学科团队领导者来说是必不可少的。

时域与频域的关系

时域和频域一起提供了洞察力,并加强了沟通。

时间和频率这两个域代表了不同的视角。它们是可互换的,互补的观点,即,从一个领域到另一个领域的变化不会丢失信息,并共同导致更好的理解和洞察。

大多数信号和过程都涉及同时发生的快慢成分。在时域(时间)中,我们测量某件事需要多长时间,而在频域(频谱)中,我们测量它有多快或多慢。没有一个域总是最好的答案,因此轻松更改域的能力非常有价值,有助于与其他团队成员沟通。

第三个域,模态域(这里不讨论)在分析机械结构的行为中特别有价值。它将复杂的结构振动问题分解为简单的振动模式。飞利浦应用技术公司机电一体化技术经理Adrian Rankers博士的工作提供了对机电一体化系统设计中模态域使用的独特见解。

时域是动态系统响应的记录,由一些测量参数表示,作为时间的函数。100多年前,让·巴蒂斯特·傅里叶证明了任何现实世界的信号都可以被分解成正弦波的和,而且这种正弦波的组合是独一无二的。通过选择这些正弦波的振幅、频率和相位,可以生成与所需信号相同的波形。为了显示时域和频域是如何相同的,图中显示了三个轴:时间、振幅和频率。时间轴和振幅轴在时域是很熟悉的。第三个轴,频率,使我们能够直观地分离正弦波,使我们得到复杂的波形。注意,这里没有表示相位信息。

如果我们可以预测系统对正弦波输入的响应,即频率响应,那么一旦我们知道了信号的频谱,我们就可以预测系统对任何现实世界信号的响应。系统的频率响应曲线实际上是系统动态行为的完整描述。

工程师如果能够弥合学科之间的差距,清晰而深刻地表达互补的观点,肯定会具有竞争优势。