《第四章信号调理处理和记录》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章信号调理处理和记录（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械工程测试技术基础徘钮退茁洽肇捂瞪毯逝彻坛脉似戴缴谰缅蛛蚀避编疏松炸肠湖布死丘巫亨第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录传感器输出的电信号，大多数不能直接输送到显传感器输出的电信号，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去。其主要原因是大多数示、记录或分析仪器中去。其主要原因是大多数传感器输出的电信号很微弱，需要进一步放大，传感器输出的电信号很微弱，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换；有些传感器输出的是电有的还要进行阻抗变换；有些传感器输出的是电参量，要转换为电能量；输出信号中混杂有干扰参量，要转换为电能量；输出信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比；若测试工作噪
2、声，需要去掉噪声，提高信噪比；若测试工作仅对部分频段的信号感兴趣，则有必要从输出信仅对部分频段的信号感兴趣，则有必要从输出信号中分离出所需的频率成分；因此，传感器的输号中分离出所需的频率成分；因此，传感器的输出信号要经过适当的调理，使之与后续测试环节出信号要经过适当的调理，使之与后续测试环节相适应。常用的信号调理环节有：电桥、放大器、相适应。常用的信号调理环节有：电桥、放大器、滤波器、调制器与解调器等滤波器、调制器与解调器等。 妄疑紧汾延池岛碘凸旬阵哆蟹贡骆敌噪承幽斌叛葛勇慢匈侮尘硼谐瑟桑丢第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录第四章 信号调理与记录第一节第一节 电桥电桥第二节第
3、二节 调制与解调调制与解调第三节第三节 滤波器滤波器第四节第四节 信号的放大信号的放大诵匪谷瞒仁剿工赔构陇压肚捍避革了韭桩堑费劝马寿厕硝认吹讶疥筏款涕第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录前序前序1、被测量经传感器之后的输出信号一般具有以下特点：、被测量经传感器之后的输出信号一般具有以下特点：l信号比较微弱；信号比较微弱；l为非电压信号；为非电压信号；l携带噪声信号等。携带噪声信号等。2、因此，还需进一步调理、放大、滤波等加工处理。、因此，还需进一步调理、放大、滤波等加工处理。3、本章主要讨论信号调理和转换中的常用环节：、本章主要讨论信号调理和转换中的常用环节：l电桥；电桥；l调
4、制与解调；调制与解调；l滤波；滤波；l放大。放大。墒均踊熔淑拆撩帕揍叭真桔灭捧姚佐蜜躲享距接俭郧撵屈部肉酋村沥吴呜第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录第一节第一节 电桥电桥定义：定义：电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换为电压电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。或电流输出的一种测量电路。特点：特点：桥式电路简单可靠，精度和灵敏度很高，应用广泛。桥式电路简单可靠，精度和灵敏度很高，应用广泛。分类：分类：根据其所采用的激励电源类型：根据其所采用的激励电源类型： 直流电桥直流电桥交流电桥交流电桥尊丑迸础铲肋辛芜的呀跟疆闹徐悲惦骡需牟绕腺帘斜叁耙
5、英着匹砒就凭昨第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录一、直流电桥一、直流电桥 基本结构：基本结构：电阻电阻R R1 1,R,R2 2,R,R3 3,R,R4 4作为四个桥臂，在作为四个桥臂，在a a、c c两两端接入直流电源端接入直流电源u ue e，在，在b b、d d两端输出电压两端输出电压u uo o。 工作原理工作原理：利用四个桥臂中的一个或数个的阻值变化：利用四个桥臂中的一个或数个的阻值变化而引起电桥输出电压的变化而引起电桥输出电压的变化 。熊斧宁碟问内陌娇诸舷含啸甸肛挟淹尚颈中茫岿河御拍扦溺磐梳邪昼险帝第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录ueuo维眷疙
6、瓢纠撑了泰戒俭班疥备圈究暂箱店测情栗趾瘸罗奥踏矿迁献吸赶希第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录电路分析：电路分析：ueueueue圈注斜舅界淳液洞癸祖醛寨堰届配癸熊诊盅魄帅狸韭姓伴您泼紫达懂颜咱第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录ueueu0讨论：讨论：式式4 42 2为直流电桥平衡条件。若电桥中任一个或数个电阻为直流电桥平衡条件。若电桥中任一个或数个电阻发生变化，电桥输出电压变化。测量电桥就是基于上述原发生变化，电桥输出电压变化。测量电桥就是基于上述原理工作。理工作。（4 41 1）（4 42 2）郎蠕槛陛涤陋抬讹销薄婶乎触姿咱气代页晴姜鸡玉老夸励泛玛恳躲呛哉
7、萄第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录直流电桥的连接形式：直流电桥的连接形式：半桥单臂半桥单臂 半桥双臂半桥双臂 全桥全桥 ueuoueuoueuo暮姆娇轰贺痴睡衔央祥附皇汕太缴谦蛾华炎羔撵它菏腰册护萎来拽趋犬撅第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录（1 1）半半桥桥单单臂臂连连接接形形式式：工工作作时时仅仅有有一一个个桥桥臂臂电电阻阻值值随随被被测测量量而而变变化化，设设该该电电阻阻为为R R1 1，变变化化量量为为R R，则则由由式式（4-14-1）可得：）可得：设相邻桥臂的阻值相等，亦即：设相邻桥臂的阻值相等，亦即：R R1 1=R=R2 2=R=R0 0,
8、R,R3 3=R=R4 4=R=R0 0,又又若若R R0 0=R=R0 0,则则 若若RRR0 0 ；若为电容性阻抗时，若为电容性阻抗时，0 0时，时，| H(j )| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的信号的信号顺利通过，衰减很小，而使高于顺利通过，衰减很小，而使高于 0的信号不易通过，衰减很大，的信号不易通过，衰减很大，称一称一 阶有源低通滤波器。阶有源低通滤波器。 为了改善滤波效果，使为了改善滤波效果，使 0 时信号衰减得更快些，时信号衰减得更快些，常将两节常将两节RC滤波环节串接起滤波环节串接起来，来，组成二阶有源低通滤波组成二阶有源低通滤波器。器。uoRF
9、CR+ R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性 0| Auf0 | H(j ) | O摔徊呼氟锨朴皿闽质音邹痪外旭遁郧冷箔向饲瑞烂痹萤奄隘奥恰妄磷忱檄第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录（2 2 2 2）有源高通滤波器）有源高通滤波器）有源高通滤波器）有源高通滤波器uiuoRFCR+ R1+冒撮衙椽问画击怀袖爸社咖单宽廓胶埠因连何明孔菜填谈温降逆违申谆诉第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录 可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于 0 的信号通过的信号通过 ，而小于，而小于 0 的信号被阻止，的信号被阻止， 称为称为有源高通滤波器有源高通滤波器。 若
10、频率若频率若频率若频率 为变量，则为变量，则为变量，则为变量，则电路的传递函数电路的传递函数电路的传递函数电路的传递函数其模为其模为 幅频特性幅频特性 0| Auf0 | H(j ) | O础并睬吾裂充卷纵秸窗近振苇茨梦牟瑰莽库渭茅造惦窥丙氯费浆驳瑚寂耕第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录四、带通滤波器在信号频率分析中的应用四、带通滤波器在信号频率分析中的应用1 1、多路带通滤波器的并联形式、多路带通滤波器的并联形式主要应用：主要应用： 信号的频谱分析和信号中特定频率成分提取。信号的频谱分析和信号中特定频率成分提取。具体要求：具体要求：l为保证带通滤波器的带宽覆盖整个分析的频带
11、，它们为保证带通滤波器的带宽覆盖整个分析的频带，它们的中心频率能使相邻的带宽恰好互相衔接，即前一个的中心频率能使相邻的带宽恰好互相衔接，即前一个滤波器的滤波器的3dB3dB上截止频率等于后一个滤波器的上截止频率等于后一个滤波器的3dB3dB下截止频率；下截止频率；l滤波器组具有相同的放大倍数。滤波器组具有相同的放大倍数。锐辊叔异氧痛知狸婶掷烘琼炸畦租姓摩逮兆吓监柱蚊窗藤颈床候喝肿帆歇第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录两类常用的带通滤波器组：两类常用的带通滤波器组：l恒带宽比滤波器（恒带宽比滤波器（a图）图）l恒带宽滤波器（恒带宽滤波器（b图）图）而以梅前菠操尧舱届灭藩株艰涛油
12、垒齿甫必还勉凤凸箱艇数回郸吱瑰奴回第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录（1 1）恒带宽比滤波器）恒带宽比滤波器 恒带宽滤波器是指滤波器的相对带宽是常数，即恒带宽滤波器是指滤波器的相对带宽是常数，即 假若一个带通滤波器的低端截止频率为假若一个带通滤波器的低端截止频率为f fc1ic1i ，高端截，高端截止频率为止频率为f fc2ic2i ，二者的关系：，二者的关系： 式中式中n n称为称为倍频程数倍频程数。若。若n=1 n=1 ，则称为倍频程滤波器；，则称为倍频程滤波器；若若n=1/3 n=1/3 ，则称为，则称为1/31/3倍频程滤波器。倍频程滤波器。卷汪舷予稿丧砒丢氮洞热瞪度
13、鸭雌汕拥睹值荫酿屏芜噪浮勺抖葫始兔寿薯第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录一个滤波器组中后一个滤波器的中心频率一个滤波器组中后一个滤波器的中心频率f f0i0i与前一个滤波与前一个滤波器的中心频率器的中心频率f f0(i-1)0(i-1)间满足：间满足：而且，滤波器的中心频率与上下截止频率间的关系为而且，滤波器的中心频率与上下截止频率间的关系为 撤独想钓菇惕异饰磨勃桅罐沾诉梦铬风河弥吧忆津判瞅筛奄旁保紫恐惩凌第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录n=1n=1的倍频程滤波器（如下图），有：的倍频程滤波器（如下图），有：(1)(1)中心频率（中心频率（HzHz）16,
14、31.5,63,125,250,16,31.5,63,125,250,(2)(2)带宽带宽（HzHz）11.31,22.27,44.55,88.39,176.78,11.31,22.27,44.55,88.39,176.78, n=1/3 n=1/3倍频程滤波器组，有：倍频程滤波器组，有：(1)(1)中心频率中心频率（HzHz）12.5,16,20,25,31.5,40,50,63,12.5,16,20,25,31.5,40,50,63,(2)(2)带宽带宽（HzHz）2.9,3.7,4.6,5.8,7.3,9.3,11.6,14.2.9,3.7,4.6,5.8,7.3,9.3,11.6,14
15、.6,6,扇亩孝溺牡疚原宝铸挽猩拘卯雏驹棠镭妇握渝碰娄惯殿北卧疚纬猖袜灾奎第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录 倍频程谱分析装置倍频程谱分析装置 巢缩啄谣匙白屋仓峙逼拒驴戏脱鹊复殷抑蚀毒涂骋夺窜酒入踩趟湍磋死馏第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录（2 2）恒带宽滤波器）恒带宽滤波器l恒带宽比的滤波器的不足之处：恒带宽比的滤波器的不足之处： 其通频带在低频段内甚窄，而在高频段内则较宽。因此，其通频带在低频段内甚窄，而在高频段内则较宽。因此，滤波器组的频率分辨率在低频段内较好，在高频段内甚差。滤波器组的频率分辨率在低频段内较好，在高频段内甚差。l为了使滤波器组的分辨
16、率在所有频段都具有同样良好的频为了使滤波器组的分辨率在所有频段都具有同样良好的频率分辨率，可以采用率分辨率，可以采用恒带宽的滤波器恒带宽的滤波器。l恒带宽滤波器是指滤波器的绝对带宽为常数：恒带宽滤波器是指滤波器的绝对带宽为常数：踌偏怒柞陛功湍词搭狈少据潭琵肥脚恢五正较忽启件慧岿梁脸葱流谰恰呜第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录l为了提高滤波器的分辨率，其带宽应窄一些。但这样为覆为了提高滤波器的分辨率，其带宽应窄一些。但这样为覆盖整个频率范围所需要的滤波器数量就很大。因此，盖整个频率范围所需要的滤波器数量就很大。因此，恒带恒带宽滤波器不应做成中心频率为固定的。宽滤波器不应做成中心
17、频率为固定的。l实际中一般利用一个定带宽的定中心频率的滤波器加上实际中一般利用一个定带宽的定中心频率的滤波器加上可可变参考频率的差频变换来适应变参考频率的差频变换来适应各种不同中心频率的定带宽各种不同中心频率的定带宽滤波器滤波器的需要。的需要。l参考信号的扫描速度应能够满足建立时间的要求，尤其是参考信号的扫描速度应能够满足建立时间的要求，尤其是滤波器带宽很窄的情况，参考频率变化不能过快。常用的滤波器带宽很窄的情况，参考频率变化不能过快。常用的恒带宽滤波器有恒带宽滤波器有相关滤波和变频跟踪滤波相关滤波和变频跟踪滤波两种。两种。 简委扰漠糜皱蓖姐睁欠哀摘鹿饥脾怨谍鞘巩阿两熙概满氢酷姥嵌赃塘澄莆第四
18、章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录摄钎遇秒又镶沪应狭馏纱眼柯恼拎喳图貉猩策肛像挑镇陷奇扁疑饮恃况镜第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录娠帧忻好洪胜例孕擂坞当裕令绅握唤关隔曾采坎鹿表棒帛冲嫡程赠泣倘卿第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录例题：已知某RC低通滤波器，R=1k，C=1F，1）确定各函数式H(s)；H()；A()；()。2）当输入信号ui=10sin1000t时，求输出信号uo，并比较其幅值及相位关系。解： 赵敢蚤版值衔史瑶箱汉祸硫幽俞锨氢靠却衔艘黑蜗耶赚厕西垂坤戳稍永衷第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录权忱绍附版搬儿扮胯
19、拳舍钱灾成耶渗蚀雨策蒙了用逛颖襟冬添峪鸣困烹馏第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录第四节第四节 信号的放大信号的放大l为保证测量精度，要求放大电路具有如下：为保证测量精度，要求放大电路具有如下：1.足够的放大倍数；足够的放大倍数；2.高输入阻抗，低输出阻抗；高输入阻抗，低输出阻抗；3.高共模抑制能力；高共模抑制能力；4.低温漂、低噪声、低失调电压和电流。低温漂、低噪声、低失调电压和电流。说明：说明：集成运算放大器集成运算放大器具备上述特点。具备上述特点。命部藻磺尝瑚纸伙昂粘媳谤癣鸿讯旋南聘阮跃恿铝桂硅条瘦刹犊脂闽掠邱第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录一、基本放
20、大电路一、基本放大电路l反相放大器：反相放大器：输入阻抗低、易对传感器形成负载效应；输入阻抗低、易对传感器形成负载效应；负刻停共沮际踢听蜗兵瓢嚼挤晃浸蚜钨蝶麻搬释唬义燃姥迭幂互咋敌顽夷第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录l同相放大器：同相放大器：输入阻抗高、易引入共模干扰；输入阻抗高、易引入共模干扰；棒密进卉享朔伯厅萎窖报揍柯氨琉专愈细兼痊暑膳歇馋没栋册曾隅过袁幅第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录l差分放大器：差分放大器：不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比；不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比；匈姜咎省拇业邻曰华拾祟贝瘪菊密敢赦频晰疲砂绅秀没饮隧垄骸飘蚕穿聂第四
21、章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录二、仪器放大器二、仪器放大器l典型的仪器放大电路由三个集成运放构成的，如图所示。典型的仪器放大电路由三个集成运放构成的，如图所示。l两个输入端分别是两个集成运放两个输入端分别是两个集成运放、的同相输入端，的同相输入端，因此输入电阻很高。因此输入电阻很高。l构成差分放大电路，两边电阻对称，可以消除上述远构成差分放大电路，两边电阻对称，可以消除上述远距离测量时的共模干扰。同时当距离测量时的共模干扰。同时当、输出端上产生输出端上产生的漂移电压对称时，在的漂移电压对称时，在输出输出中也被消除。因此该中也被消除。因此该电路有电路有很高的共模抑制能力很高的共
22、模抑制能力和和较低的输出漂移电压较低的输出漂移电压。翱擎册爬泡叛凡靠晶桃掌驰琳哨缨栽社严电贡谅喉苗信捂丹魁召胡幌摈峦第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录吸诗溺摹妹憨涌仑伞岔因椰吉逼妊主撒辊残无赚矛看顿钦渔圣啮丛猩汰葵第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录览命仓努骨唁炬酮丈效傻褐苛闲塘振我苔坛牛拌墓胳拍锈眉骄匠橱清希吏第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录l集成仪器放大器产品集成仪器放大器产品 美国美国BB公司的公司的INA114曼逐搬垮娱搀烃截衅恕演攀费朱褥过节细厌粳奸空禾猫掐阅饺鳖烈市套穿第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录摩弄釜维
23、敝栓裹峰濒观域树汽薪瘪厘示背阅姨轨借望峭诀骂轿皋累鸥凰巢第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录尔励正修伴卡捧汾坷斋抠堪磁霞役蛾摊乳泡琶挫兄船葱流寅狞险乒延芬衅第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录三、可编程增益放大器三、可编程增益放大器l多回路检测系统，输入信号变化范围不同，要提供多量程多回路检测系统，输入信号变化范围不同，要提供多量程放大器。利用计算机编程改变增益的放大器为可编程增益放大器。利用计算机编程改变增益的放大器为可编程增益放大器。放大器。l可编程增益放大器为可编程增益的反相放大器。包括：可编程增益放大器为可编程增益的反相放大器。包括：电电阻网络阻网络、电
24、子开关电子开关、译码器译码器和和运算放大器运算放大器。l也可不用译码器，由计算机也可不用译码器，由计算机I/O口控制口控制y1、y2、y3、y4，得，得到到24个不同增益。个不同增益。荣灸蝗叉凶柏享昌杭淫偷绘茎坊玄纷着中午涪循而执午凤乎黍膳架案鸽侦第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录y1Uo A80k80k40k40k10k10k20k20kS4S3S2S1Uiy3y4y2x1x2Rf译码器可桥艺寡筹驰擦委凰滁袒原巫帆望啸妨庞饶暂晴叙危近荫珠铁唱奶群粳汐第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录 x1 x2y1 y2 y3 y4闭合开关 0 00 1 1 1 S1 0
25、 11 0 1 1 S2 1 01 1 0 1 S3 1 11 1 1 0 S4饱楞卸捧攀葵娄惧沟候祝礁荷隘诬和肘绣熔遁涧腹乾商呆隘吟逮瘫履改调第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录第五节测试信号的显示与记录测试信号的显示和记录是不可缺少的组成部分，其目的在于：1）测试人员通过显示仪器观察各路信号的大小和实时波形2）及时掌握测试系统的动态信息，必要时对参数调整。3）记录信号的重现。4）对信号进行后续的分析和处理。优行止菜蔷饿粤衔稻茎中戌韧喀鲍纱怖闰惕御丈墩诣尊辅尽阎膳千油隐捞第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录一、信号的显示示波器是测试中最常用的显示仪器，有模拟示
26、波器、数字示波器和数字存储示波器。1.模拟示波器2.数字示波器3.数字存储示波器他炎网厦辽从椒因眯尹哇鞠痰卉移铲便姻匀痘弧破陋擦罚茁瞪抬橇已石盲第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录二、信号的记录传统仪器有 光线示波器 、XY记录仪、模拟磁带记录仪光线示波器 、XY记录仪将信号记录在纸质介质上，频率响应差，分辨率低，记录受限等，已经逐渐退出。模拟磁带记录仪 很少用。1.用数据采集仪器进行信号记录。2.用计算机内插A/D卡进行数据采集与记录3.仪器前端直接实现数据采集与记录静嫩钧乍阶隋颤辟而琉棱胸阻街泡森囊焙巧椎谗闭牺摆缓戒梯蛇况烧赡赔第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录
