测试技术教学课件 chapter6

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1、第第6 6章章 信号的调理与记录信号的调理与记录6.0 6.0 变换及调理的目的变换及调理的目的6.1 6.1 电桥电桥6.3 6.3 调制与解调调制与解调6.2 6.2 信号的放大与隔离信号的放大与隔离6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2便于信号的传输与处理。便于信号的传输与处理。 1.1.传传感感器器输输出出的的电电信信号号很很微微弱弱，大大多多数数不不能能直直接接输输送送到到显显示示、记记录录或或分分析析仪仪器器中中去去，需需要要进进一一步步放放大大，有有的的还还要进行阻抗变换。要进行阻抗变换。3.3.某某些些场场合合，为

2、为便便于于信信号号的的远远距距离离传传输输，需要对传感器测量信进行调制解调处理。需要对传感器测量信进行调制解调处理。 2.2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。噪比。6.06.0变换与调理的目的变换与调理的目的机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院3电桥电桥a 、c两端接电源两端接电源Ui，称，称供桥端供桥端；b、d两端接输出电压两端接输出电压Uo，称，称输出端输出端。 将电阻将电阻R R( (应变片应变片) )、电感、电感L L、电容、电容C C等电参数变为电压等

3、电参数变为电压UU或电流或电流II信号后输出的一种测量电路。信号后输出的一种测量电路。 6.16.1电电 桥桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院4电桥电桥根据桥臂阻抗性质的不同为根据桥臂阻抗性质的不同为 : 电阻电桥电阻电桥 电容电桥电容电桥 电感电桥电感电桥根据供桥电源分为根据供桥电源分为 : 直流电桥直流电桥: 采用直流电源采用直流电源只用于只用于测量电阻测量电阻R的变化的变化 交流电桥：采用交流电源交流电桥：采用交流电源测量电阻测量电阻R 、电容、电容C 、 电感电感L的变化的变化1. 电桥的分类电桥的分类6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽

4、车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院52. 直流电桥直流电桥四个桥臂由电阻四个桥臂由电阻R1、R2、R3和和R4组成。组成。采用采用直流电源直流电源的电桥称为直流电桥的电桥称为直流电桥 直流电桥直流电桥VR1R2R3R46.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院6平衡条件平衡条件R1R3=R2R4直流电桥直流电桥电桥的输出：电桥的输出：平衡的条件：平衡的条件：推导推导6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院7为了简化设计，为了简化设计，R2=R3=R4=R0 ，而，而 R1=R0+ R直

5、流电桥直流电桥R0RU0UU电桥的灵敏度定义为电桥的灵敏度定义为 6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院8单片单片 单臂单臂半桥半桥R1R3R2R4 双臂双臂半桥半桥R1R3R2R4 全桥全桥R1R3R2R4 半半桥桥、单单臂臂输输出出 全全桥桥、四四臂臂输输出出 半半桥、桥、双双臂臂输输出出 四片四片 两片两片 6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院9单臂单臂半桥半桥R1R3R2R4 双臂双臂半桥半桥R1R3R2R4 全桥全桥R1R3R2R4 半桥、单臂输出半桥、单臂输出 全桥、四臂输出全

6、桥、四臂输出 半桥、双臂输出半桥、双臂输出 统一表示：统一表示：统一表示：统一表示：推导推导推导推导6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院10电桥测量的误差电桥测量的误差非线性误差非线性误差温度误差温度误差 直流电源的电压稳定性造成的误差直流电源的电压稳定性造成的误差半桥、单臂输出：半桥、单臂输出：半桥、单臂输出：半桥、单臂输出：半桥、双臂输出：半桥、双臂输出：半桥、双臂输出：半桥、双臂输出：全桥、四臂输出：全桥、四臂输出：全桥、四臂输出：全桥、四臂输出：直流电桥直流电桥6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院

7、机械与汽车工程学院11电桥的输出电桥的输出Uo激励电压激励电压Ui电阻电阻R0的相对变化的相对变化传感器传感器允许允许功耗功耗限制限制传感器传感器灵敏灵敏度度限制限制电桥的连接方式电桥的连接方式半桥单臂、半半桥单臂、半桥双臂、全桥桥双臂、全桥电桥灵敏度电桥灵敏度S激励电压激励电压Ui电桥的连接方式电桥的连接方式6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院12平衡条件平衡条件3.交流电桥交流电桥交流电桥交流电桥Z1、Z2、Z3、Z4为阻抗的模，而1、2、3、4为阻抗角，是各桥臂电流与电压之间的相位差。Z1Z3ej(1+3)=Z2Z4ej(2+4) 平

8、衡条件平衡条件6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院13电容电桥电容电桥电容电桥电容电桥 平衡条件：平衡条件：电感电桥电感电桥电感电桥电感电桥 平衡条件：平衡条件：推导推导推导推导6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院14应应用用：等等截截面面弹弹性性悬悬臂臂梁梁自自由由度度端端受受力力为为P，梁梁宽宽为为b，梁梁长长为为l，梁梁厚厚为为h，金金属属应应变变片片距距离离梁梁的的自自由由度度端端为为l0，应应变变片片灵灵敏敏度度为为Sk，测测量量电电路路为为直直流流电电桥桥, 试试求求出梁末端

9、受力出梁末端受力P。6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院15PFFFF6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院16则应变片轴向应变则应变片轴向应变为：为：式中，式中， E为应变片弹性模量为应变片弹性模量解解: 力力P使悬臂梁产生弯曲变形，梁截面抗弯模量使悬臂梁产生弯曲变形，梁截面抗弯模量Wz与弯与弯矩矩M成正比，则正应力成正比，则正应力 为：为：6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院17如果电桥激励电压为如果电桥激励电压为Ui，则输出电压，

10、则输出电压Uo为为:n =半桥单臂半桥单臂半桥双臂半桥双臂全桥全桥令：令：且，应变片电阻变化量的绝对值为：且，应变片电阻变化量的绝对值为：6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院18又，金属应变片的电阻变化为又，金属应变片的电阻变化为:则则:故故:6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院19电桥应用电桥应用836.2 6.2 信号放大与隔离信号放大与隔离机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院201 1 基本放大电路基本放大电路 反馈电阻反馈电阻RFRF值不能太大

11、，否则会产生较大的噪声及值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1R1的取值应远大于的取值应远大于信号源信号源UiUi的内阻的内阻。 6.2 6.2 信号的放大与隔离信号的放大与隔离机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院212)2)同相放大器同相放大器 同相放大器也是最基本的电路 ，其闭环电压增益Av为:6.2 6.2 信号放大与隔离信号放大与隔离机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院223) 3) 交流放大电路交流放大电路 R2一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根

12、据交流放大器的下限频率 来确定。 若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。 6.2 6.2 信号放大与隔离信号放大与隔离机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院232 2 测量放大器测量放大器在许多测试场合，传感器输出的信号往往很微弱，而且伴随有很大的共模电压（包括干扰电压），一般对这种信号需要采用测量放大器，又称仪表放大器。 6.2 6.2 信号放大与隔离信号放大与隔离机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院24 隔离放大器应用于高共模电压环境下的小信号测量，是一种特殊的

13、测量放大电路，其输入、输出和电源电路之间没有直接的电路耦合。3 3 隔离放大器隔离放大器隔离放大器由输入放大器、输出放大器、隔离器以及隔离电源等几部分组成。6.2 6.2 信号放大与隔离信号放大与隔离机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院25可用作输入、输出隔离的有光、超声波、无线电波和电磁等方式。在隔离放大电路中采用的隔离方式主要有电磁(变压器、电容)耦合和光电耦合。6.2 6.2 信号放大与隔离信号放大与隔离机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院26隔直电路隔直电路2084 4 应用电路应用电路6.2 6.2 信号放大与隔

14、离信号放大与隔离机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院27声音信号声音信号广播电台广播电台的发射塔的发射塔 接收接收调制调制Modulation解调解调Demodulation6.36.3调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院28声音信号声音信号广播电台广播电台的发射塔的发射塔 利用缓变信号控制高频信号的某个参数利用缓变信号控制高频信号的某个参数(幅值、频率或相位幅值、频率或相位)变化的过程。变化的过程。调制调制Modulation已调波已调波1）实现缓变信号的传输，特别是远距离传输）实现缓变信号的传输，特

15、别是远距离传输 2）提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比）提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比 1.调制的目的调制的目的音频信号音频信号6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院29 先将先将微弱微弱的的缓变信号缓变信号加载到加载到高频交流信高频交流信号号中去，然后利用中去，然后利用交流放大器进行放大交流放大器进行放大，最后再，最后再从放大器的输出信号中取出从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号放大了的缓变信号。 6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院30调制是

16、使一个信号的某些参数在另一信号的控制下调制是使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化的过程。发生变化的过程。 前一信号称为载波前一信号称为载波，一般是，一般是较高频率较高频率的交变信号。的交变信号。 后一信号（控制信号）称为后一信号（控制信号）称为调制信号调制信号。最后输出的是最后输出的是已调制波已调制波。2 2 定义定义6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院312.调制的种类调制的种类调制信号调制信号载波信号载波信号a)幅值调制幅值调制(简称调幅，简称调幅，AM，Amplitude Modulation)b) 频率调

17、制频率调制(简称调频，简称调频，FM，Frequency Modulation)c) 相位调制相位调制(简称调相，简称调相，PM，Phase Modulation)缓变信号x(t)高频简谐信号6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院323.幅值调制（调幅）及其解调幅值调制（调幅）及其解调 调调幅幅是是将将一一个个高高频频简简谐谐信信号号y(t)（载载波波信信号号）与与缓缓变变信信号号（调调制制信信号号）x(t)相相乘乘，使使载载波波信信号号y(t)的的幅幅值值随随缓缓变变信信号号x(t)的的幅幅值值变变化化而而变变化化过过程程

18、。幅幅值值调调制制后后的的信信号号称称为为调调幅波。幅波。6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院33调制信号载波信号调幅波(1).调幅的时域表达调幅的时域表达6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院34 假设调制信号假设调制信号x(t)的最高频率成分为的最高频率成分为 ，载波信号，载波信号(2).调幅的频域表达调幅的频域表达如果如果则则，则有调幅波：，则有调幅波：6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与

19、汽车工程学院35调制信号载波信号调幅波时域时域频域频域6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院36音频信号音频信号广播电台广播电台的发射塔的发射塔 调幅调幅AM调幅波调幅波载波信号载波信号6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院37广播电台广播电台的发射塔的发射塔 对已调波进行鉴别以恢复对已调波进行鉴别以恢复缓变信号的过程。缓变信号的过程。调幅波调幅波恢复所需要的缓变信号恢复所需要的缓变信号(3).幅值解调的目的幅值解调的目的接收接收解调解调Demodulat

20、ion6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院38(4). 同步解调同步解调 6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院39同步解调同步解调(a)调幅波频谱调幅波频谱(b)载波信号频谱载波信号频谱(c)同步解调后频谱同步解调后频谱(d)调制信号频谱调制信号频谱6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院40x(t)0时时(0t1)， ym(t)与与y(t)同相，检波器输出同相，检波器输出uf(t)0

21、x(t)0时时(t1t2)， ym(t)与与y(t)反相，检波器输出反相，检波器输出uf(t)0 低频信号电压为正值时调频波低频信号电压为正值时调频波的频率升高，负值时则降低。的频率升高，负值时则降低。低频信号电压为零时，调频波低频信号电压为零时，调频波的频率就等于高频信号的频率。的频率就等于高频信号的频率。 6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院47谐振电路电抗到电压的转化谐振电路谐振电路 把电容、电感等电参量的变化转为电压变化的电路 高频振荡器谐振电路的频率：谐振电路的频率： 谐振电路作调频器调频及解调电路调频及解调电路

22、6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院48鉴频器鉴频器调频波调频调幅波幅值检波6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院49鉴频器鉴频器 电压频率特性曲线电压频率特性曲线亚谐振亚谐振区区等幅调频波的频率等于回路谐振频率，线圈中的耦合电流最大等幅调频波的频率等于回路谐振频率，线圈中的耦合电流最大6.3 6.3 调制与解调调制与解调机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院50 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定滤波器是一种选频装

23、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频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分 作用作用： （1 1）去除）去除无用信号无用信号、噪声噪声、干扰信号干扰信号以及以及信号处理信号处理 过程中引入的信号过程中引入的信号，如载波等如载波等; ; （2 2）分离不同频率的有用信号）分离不同频率的有用信号; ; （3 3）对测量仪器或控制系统的频率特性进行补偿。）对测量仪器或控制系统的频率特性进行补偿。6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院51(a)低通滤波器低通滤波器(Low pass filter)(b)高通滤波器高通滤

24、波器(High pass filter)(c) 带通滤波器带通滤波器(band pass filter) (d) 带阻滤波器带阻滤波器(band stop filter) 1.滤波器分类滤波器分类(根据滤波器的选频作用分根据滤波器的选频作用分) 2称为称为低通滤波器低通滤波器的的上截止频率上截止频率 1、2分别称为分别称为带通滤波器带通滤波器的的下、上截止频率下、上截止频率 通带通带通带通带通带通带通带通带通带通带阻带阻带阻带阻带阻带阻带阻带阻带阻带阻带1 1称为称为高通滤波器高通滤波器的的下截止频率下截止频率 6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院

25、机械与汽车工程学院52高通高通低通低通过渡带过渡带通带通带阻带阻带6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院53带通带通带阻带阻6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院54 理理想想滤滤波波器器是是指指能能使使通通带带内内信信号号的的幅幅值值和和相相位位都都不不失失真真，阻带阻带内的频率成分都内的频率成分都衰减为零衰减为零的滤波器。的滤波器。2.理想滤波器理想滤波器根据线性系统的不失真测试条件，根据线性系统的不失真测试条件，若滤波器的频率响应满足下列条件，则为理想滤波器：若滤波

26、器的频率响应满足下列条件，则为理想滤波器：6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院55(c) 带通滤波器带通滤波器(band pass filter) (d) 带阻滤波器带阻滤波器(band stop filter) 通带通带通带通带阻带阻带通带通带阻带阻带阻带阻带H(2)=A(2)ej(2)A(2)=A0=const (2)=-2t0 6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院56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

27、。给理想滤波器一个脉冲激励，从图中可以看出，在给理想滤波器一个脉冲激励，从图中可以看出，在t=0t=0时刻单位时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在脉冲输入滤波器之前，即在t t0 0时，滤波器就已经有响应了。时，滤波器就已经有响应了。h(t)(t)6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院57带宽带宽决定决定着滤波器分离信号着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力，即中相邻频率成分的能力，即频率分辨力。频率分辨力。B越小，分辨越小，分辨力越高。力越高。低通滤波器的单位阶跃输入响应低通滤波器的单位阶跃输入响应6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车

28、工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院58-3dB 在实际滤波器的幅频特性图中通带和阻带间应没有严格的界限，存在一个过渡带。 3.3.实际滤波器实际滤波器 1) 截止频率截止频率: 幅频特性值等于幅频特性值等于 所对应的频率所对应的频率 2)带宽带宽B：上下两截频间的频率：上下两截频间的频率 范围称为带宽范围称为带宽 3)纹纹波波幅幅度度d ：波波动动幅幅度度d与与幅幅频频特特性平均值性平均值A0相比应小于相比应小于-3dB。 恒带宽滤波器恒带宽滤波器 B=fc2-fc16.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院

29、595)5) 品质因数品质因数Q: Q: 中心频率和带宽之中心频率和带宽之比称为品质因数比称为品质因数 6)6)倍频程选择性W:指在上截止频率fc2与2fc2之间、下截止频率fc1与fc1/2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。衰减越快，选择性越好。4)4)中心频率中心频率f f0 0: : 7)7)滤波器因素滤波器因素:滤波器选择滤波器选择性性理想滤波器理想滤波器 = 1,一般要求滤波器一般要求滤波器1 5。6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院604.RC无源滤波器无源滤波器 在在测测试试系系统统中中，常常用用

30、RC滤滤波波器器。因因为为这这一一领领域域中中信信号号频频率率相相对对来来说说不不高高。而而RC滤滤波波器器电电路路简简单单，抗抗干干扰扰强强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件。有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件。 6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院611) 1) 一阶一阶RCRC低通滤波器低通滤波器 令令=RC，称为时间常数，称为时间常数 傅立叶变换，频响函数：傅立叶变换，频响函数： 当当1/2RC时，时，()-相频特性近似于一条通过原点的直线相频特性近似于一条通过原点的直线 当当=1/2RC时，时，c2=1/2RC

31、上截止频率上截止频率: |H(j)|= A()1，A() =1/6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院62令令RC=代入，作傅立叶变换，得频响函数代入，作傅立叶变换，得频响函数 当当=1/2，即，即=1/2RC时，时， 当当1/2RC时，时，下截止频率：下截止频率： c1=1/2RC A() =1/A() 1，()=02) 2) 一阶一阶RCRC高通滤波器高通滤波器 6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院633) 3) 一阶一阶RCRC带通滤波器带通滤波器 可以看成是低通

32、和高通两个滤波器串联而成。可以看成是低通和高通两个滤波器串联而成。 6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院64高通高通低通低通频响函数频响函数幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性 c2=1/22=1/2R2C2上截止频率上截止频率: 下截止频率：下截止频率： c1=1/21=1/2R1C1 一阶一阶RCRC带通滤波器带通滤波器6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院655.恒带宽、恒带宽比滤波器恒带宽、恒带宽比滤波器 实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实际滤波器中心频率f

33、0与带宽B之间的数值关系，可以分为两种。2) 2) 恒宽比带通滤波器恒宽比带通滤波器 1) 1) 恒带宽带通滤波器恒带宽带通滤波器 6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院66品质因素品质因素Q Q 相同相同Q值（值（恒宽比恒宽比），中心频率），中心频率n越大越大 ，带宽，带宽B越大越大 恒宽比带通滤波器恒宽比带通滤波器 6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院67n为倍频程数为倍频程数 若若n=1为倍频程滤波器；为倍频程滤波器；推导推导c2=2nc1n2=2nn16.4 6

34、.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院68带宽越窄，分带宽越窄，分辨力越高。辨力越高。 低频分辨力较高，低频分辨力较高，高频分辨力较低高频分辨力较低. .信号通带越宽，需要的恒带宽滤波器越多信号通带越宽，需要的恒带宽滤波器越多。 恒带宽滤波器：带宽为恒带宽滤波器：带宽为20Hz20Hz6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院69案例：机床轴心轨迹的滤波处理案例：机床轴心轨迹的滤波处理 6.滤波器的应用滤波器的应用6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽

35、车工程学院机械与汽车工程学院70案例：机床轴心轨迹的滤波处理案例：机床轴心轨迹的滤波处理 滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院71微分微分2116.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院72积分积分2166.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院73高通滤波高通滤波低通滤波低通滤波1826.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学

36、院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院74积分滤波积分滤波1776.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院75带通带通184带阻带阻1886.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院76直流电桥直流电桥当电桥输出端接入仪表或放大器时，电桥输出端可视为开路状态，电流输出当电桥输出端接入仪表或放大器时，电桥输出端可视为开路状态，电流输出为零。为零。 此时，桥路电流为：此时，桥路电流为： a a、b b之间电位差为：之间电位差为： a a、d d之间电位差为：之间电位差

37、为： 电桥输出电压为：电桥输出电压为： + 返回返回6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院77两片两片 半桥、双臂输出半桥、双臂输出 当当R1 R1R1，R2 R2 R2 时，时，由于，由于，R1=R2=R3=R4=R0，R=R1=R2，所以，所以 返回返回半臂、双臂平衡条件半臂、双臂平衡条件6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院78四片四片 全桥、四臂输出全桥、四臂输出 当当R1 R1R1，R2 R2 R2 ，由于，由于，R1=R2=R3=R4=R0，R=R1=R2，所以，所以 R3 R3

38、R3，R4 R2 R4时时电桥的灵敏度定义为电桥的灵敏度定义为 返回返回全桥、四臂平衡条件全桥、四臂平衡条件6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院79电容电桥电容电桥 两相邻桥臂为纯电阻两相邻桥臂为纯电阻R R2 2、R R3 3，另，另相邻两臂为电容两臂为电容C C1 1、C C4 4 R1R1、R4R4视为电容介质损耗的等效电阻视为电容介质损耗的等效电阻 根据平衡条件根据平衡条件 电桥平衡条件：电桥平衡条件：返回返回电容电桥电容电桥6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院80电感电桥电感电

39、桥 根据平衡条件根据平衡条件 电桥平衡条件：电桥平衡条件：返回返回电感电桥电感电桥6.6. 电桥电桥机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院81(5). 相敏检波解调相敏检波解调6.3 6.3 调制与解调调制与解调当调制信号当调制信号x(t)0时时(0t1时间内时间内)，调幅波，调幅波xm(t)与载波与载波y(t)在在每一时刻都同相每一时刻都同相 1）xm(t)0，y(t) 0 2）xm(t)0，y(t)0，y(t) 0 二极管二极管D2、D3导通导通,在负载上形成两个电流回路在负载上形成两个电流回路 : 回路回路1：e-g-f-3-c-D3-d-2-e 回路回

40、路2：1-b-D2-c-3-f-g-e-1 总输出为：总输出为： 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院836.3 6.3 调制与解调调制与解调2）xm(t)0，y(t)0 二极管D1、D4导通，在负载上形成两个电流回路：回路回路1：e-g-f-4-a-D1-b-1-e 回路回路2：2-d-D4-a-4-f-g-e-2 总输出为：总输出为： 返回返回机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院84品质因素品质因素Q 相同相同Q值，中心频率值，中心频率n越大越大 ，带宽，带宽B越大越大 这样的滤波器为恒带宽比滤波器这样的滤波器为恒带宽

41、比滤波器 带通滤波器带通滤波器 低端截止频率为低端截止频率为c1，高端截止频率为，高端截止频率为c2 c2=2nc1(1)(2)(3)(4)(5)返回返回恒带宽比滤波器恒带宽比滤波器6.4 6.4 滤波器滤波器机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院85机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院86机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院87机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院88机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院89机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院90机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院91机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院92机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院93