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1、机械工程测试技术,授课：刘辉 山东建筑大学 机电工程学院 2007,25 实现不失真测试的条件,时域： 输出y(t)和输入x(t)满足关系：y(t)=A0x(tt0) A0、 t0 常数。,一、不失真的含义,频域,二、信号的失真,幅值失真：A()不等于常数时所引起的失真，称为幅值失真； 相位失真：()与之间的非线性关系所引起的失真，称为相位失真,信号的失真,讨论：不同信号通过系统失真问题,2. 含有多种频率成份的信号 当被测信号频带0.58n或 1/ 时，不失真； 当频率成份在(0.62) n区域时，信号的幅值失真和相位失真尤其严重。（见图）,一般无失真问题。只需注意避免幅值进入非线性区。,1
2、、单一频率信号,三、不失真测量对系统动态参数的要求,一阶系统 被测信号的通频带为： 00.2(1/) 即：选择测试装置，使系统的转折频率(1/)为被测信号频率的5倍。,2. 二阶系统应满足条件,阻尼条件：使系统具有最佳阻尼比； 频率条件：通频带约为00.58n,=0.1,四、避免信号失真的措施 将失真限制在一定的误差范围内,2. 对输入信号作适当的前置处理滤波 避免频率接近n的噪声干扰信号进入 3. 使组成系统的每个环节均基本满足不失真测量的要求。,适当选择测试装置，在测试频率范围内，满足：,第五章、信号调理、处理和记录,本章内容： 1. 信号调制解调原理 2. 信号滤波器工作原理,信号调理的
3、目的：便于信号的处理与传输,1. 传感器输出的微弱电信号，需要进一步放大，或阻抗变换。,2.对混杂有干扰噪声的传感器输出信号，需要滤除噪声，提高信噪比。,3. 对于远距离传输的信号，需要进行调制、解调处理。,52 信号的调制与解调,缓变被测信号不适于放大和传输 需要将其转换为高频信号调制 显示前再恢复原信号解调 。,传感器,调制,。,解调,显示,电量,调制,例：单臂交流电桥,uy(1/4)(R/R)Usin2fo t,R/R,U0umsint,一、有关名词,1）调制：使一个信号的某些参数，在另一个信号的控制下，而发生变化的过程 2）载波：前一个信号称为载波，一般为较高频率的交变信号 3）调制信
4、号：后一信号，一般为缓变的被测信号 4）已调制信号：最后输出的信号，它一般便于放大和传输 4) 信号的解调 最终从已调制信号中恢复出调制信号的过程,uy(1/4)(R/R)Usin2fo t,R/R,U0umsint,载波：激励电压，频率为f0 调制信号：被测信号，其最高频率为fm0，|uf|=|xm| y(t)与xm(t)反相，uf(t)0，|uf|=|xm|,幅度调制与解调过程（波形分析）,乘法器,放大器,x(t),滤波器,乘法器,y(t),u(t),相敏检波的电路实现,动态电阻应变仪电桥与相敏检波的典型实例,电桥由振荡器供给等幅高频振荡电压（一般频率为10Hz或15Hz）,放大,显示记录
5、,电桥,振荡器,低通,试件/ 应变片,被测量（应变）通过电阻应变片输出。,相敏检波,电桥输出为调幅波,经放大，最后经相敏检波与低通滤波器取出所测信号。,调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率 或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波.,四、频率调制,鉴频原理,f,t,调频波,调频波的优点：抗干扰能力强。,因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中 缺点：占频带宽度大，复杂 调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制是一种非线性调制。,5.3 滤波器,滤波器
6、是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分,带通滤波,测量信号中有低频变动,1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）,低通,高通,带通,带阻,2 滤波器的串/并联,低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器的组合。,3 理想滤波器,理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器,理想滤波器的物理不可实现,理想滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。,给理想滤波器一个脉冲激励，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，滤波器就已经有响应了。故物理不可实现。,4 实际滤波器,高通、低通滤波器串联，得到带通滤波器 几个带通滤波器并联，使通频带更宽,滤波器的参数,1)截止频率fc：0.707A0所对应的频率 2)纹波幅度d：绕幅频特性均值A0波动值 3)带宽B和品质因数Q： 上下两截止频间的频率范围称为带宽。 中心频率和带宽之比称为品质因数 。,0,f,fc1,fc2,A0,0.707A0,Q=f0 / B,6 滤波器的应用,钢管无损探伤,滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警,案例：机床轴心轨迹的滤波处理,用两个位移传感器测量回转轴在相互垂直方向上的跳动误差,滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律,End,
