信號相位值隨頻率變化，對應(yīng)的譜圖稱之為相位譜。周期信號的頻譜由幅度譜和相位譜組成。由于人們對相位譜的認(rèn)識尚不夠深入，因此在實(shí)際應(yīng)用中往往忽視了對其進(jìn)行分析。事實(shí)上，相位譜在材料表征與評價(jià)分析中起著重要作用。例如，利用超聲波相位譜分析，可以對粘接結(jié)構(gòu)中的脫粘進(jìn)行檢測，可以用于表征層狀介質(zhì)的厚度、致密度等。有些情況下，還可以對幅度譜提供的信息進(jìn)行補(bǔ)充。例如下面對金屬中球形孔的散射研究。

Adler和Lewis采用Ying和Truell的解析方法計(jì)算了金屬中球形孔的散射相位譜。球形孔的散射縱波(L waves)的相位譜表現(xiàn)出尺寸相關(guān)性，如圖5-9a~c所示。圖中分別顯示了半徑為200μm、400μm，600μm 的球孔相位譜計(jì)算結(jié)果，對應(yīng)每種半徑的球孔在L波垂直入射而散射角度分別為180°(背反射)、140°、120°時(shí)的情形。在2~10MHz范圍內(nèi)(超聲波脈沖大部分能量集中區(qū)域)，L波從400μm 球孔呈180°背散射時(shí)得到的相位譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果符合非常好，如圖5-9d所示。

相位譜在一定程度上可以對幅度譜得到的信息加以補(bǔ)充。其他應(yīng)用實(shí)例可參見本書7.4節(jié)、8.1節(jié)等。

需要指出的是，信號處理的某些中間過程可能會引起離散時(shí)間序列對應(yīng)的相位譜的變化。例如，在不提高采樣頻率的前提下，可以通過增大樣本總量N的方法來提高頻域分辨力。即在數(shù)組中補(bǔ)充若干數(shù)值為零的數(shù)據(jù)，使得樣本總量增大。其中，最簡單的辦法是把采集得到的真實(shí)數(shù)據(jù)放在數(shù)組的頭部，如圖5-10b所示，而在數(shù)據(jù)尾部加入一系列零?？梢钥闯?，補(bǔ)零前后信號對應(yīng)的幅度譜除了譜線間隔變密以外，頻譜形狀沒什么變化，但相位譜發(fā)生了改變。

進(jìn)一步將采樣信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)“分割”為兩部分，分別放在整個(gè)數(shù)據(jù)序列的頭部和尾部，觀察其對應(yīng)的幅度譜和相位譜(見圖5-10c),與圖5-10a、b比較發(fā)現(xiàn)，采樣信號數(shù)據(jù)被分割成兩部分并在數(shù)組內(nèi)移動后，得到的幅度譜維持不變，但同頻率相關(guān)的相位譜中卻加入了一個(gè)線性項(xiàng)，即引起了相位譜失真。為消除此效應(yīng)引起的相位譜失真，應(yīng)把信號相對于取樣時(shí)窗的延遲時(shí)間減至最小。

此外，相位譜在信號重建中具有重要作用。對于存在不連續(xù)點(diǎn)的信號，在信號重建時(shí)，必須保證不連續(xù)點(diǎn)附近存在急劇變化。諧波相位的作用，就在于它能夠使各諧波分量的幅度在不連續(xù)點(diǎn)前幾乎都取相同的符號，從而使合成的信號在不連續(xù)點(diǎn)有瞬時(shí)的跳變。

此處以信號f(t)的重建予以說明。圖5-11中畫出了傅里葉級數(shù)最低的3個(gè)諧波分量的波形。各諧波分量的相位使得在不連續(xù)點(diǎn)t=1前各諧波分量信號的幅度為正，t=1后信號的幅度為負(fù)，其他不連續(xù)點(diǎn)的情況與此類似。所有諧波幅度的這種符號變化產(chǎn)生的影響加在一-起，就產(chǎn)生了信號的不連續(xù)點(diǎn)。如果重建信號時(shí)忽略了相位譜，重建的信號就會模糊或失去信號原有的特征。

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