第4章 信号的调理与记录.ppt

第四章信号调理 处理和记录 测试技术 第四章信号调理 处理和记录 内容 电桥 调制 解调 滤波器 记录仪 第一节电桥 电桥 将RLC等的变化 电压或电流 特点 精度较高 灵敏度较高 直流电桥 当输出端后接输入电阻较大时 电流输出可视为零 当 测量时 使输出电压与被测量引起的电阻变化量有关 直流电桥的连接方式 时 且 半桥单臂 半桥双臂 全臂 电桥的灵敏度 上述电桥是在不平衡的条件下工作的 缺点 当不稳定或环境温度有变化时 变 从而引起测量误差 平衡电桥 零位测量法 二 交流电桥 交流激励电压 四臂可为LRC 平衡 阻抗角 各桥臂电流与电压的相位差纯电阻 感性阻抗 容性阻抗 电容电桥 平衡时 要达到平衡 必须同时调节电阻和电容两个参数 电感电桥 注意 纯电阻交流电桥 除电阻平衡外 还须有电容平衡 导线间分布电容的存在 三 带感应耦合臂的电桥 例1 悬臂梁受力F和的作用 要求应变片测出引起梁弯曲的力F 试画出应变片的粘贴位置与电桥的连接方式图 解 若要进一步提高电桥的灵敏度 可采用 例2 使用电阻应变仪时 以下措施能否提高电桥灵敏度 半桥双臂各串联一片 2 半桥双臂各并联一片 解 1 当半桥双臂各串联一片应变片时 串联后电桥灵敏度 串联前电桥灵敏度 所以此法不能提高电桥的灵敏度 2 半桥双臂各并联一片 解 1 当半桥双臂各并联一片应变片时 并联后电桥灵敏度 并联前电桥灵敏度 所以此法不能提高电桥的灵敏度 第四章信号的调理与记录 测试技术 经传感器后的信号需经过 调理 放大 滤波等一系列的加工处理 目的 将微弱电压信号放大将非电信号转换为电压信号抑制干扰噪声 提高信噪比便于传输及后续环节的处理 第二节调制与解调 第二节调制与解调 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 载波 一般为较高频率的交变信号 调制信号 已调制波 调制与解调目的 解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题 先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去 然后利用交流放大器进行放大 最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号 解调 从已调制波中恢复出调制信号 一调幅及其解调 一 原理 调幅 将一个高频简谐信号 载波 与测试信号 调制信号 相乘 使高频信号的幅值随测试信的变化而变化 幅度调制与解调过程 数学描述 解调 把调幅波再次与原载波信号相乘 同步解调 解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位 注意 1 载波频率 与原信号中的最高频率 一般要求 数倍或几十倍于 2 调幅器实际上是一个乘法器 例 电桥就是一个调制器 全桥 二 整流检波和相敏检波 解调 电桥调幅与相敏检波的典型实例 动态电阻应变仪 相敏检波 既能鉴别调制信号的幅值又能反映其极性 二 调频及其解调 调频 利用信号电压的幅值控制一个振荡器 振荡器输出的是等幅波 但其振荡频率的偏移量与信号电压成正比 当信号电压为零时 调频波的频率就等于中心频率 信号电压为正时频率提高 负值时则降低 调频波 一 直接调频测量电路 如 变极距型电容传感器 小范围 将电容作为自激振荡回路中的一个调谐参数 则 电路的振荡频率 在附近 直接调频电路 被测量的变化 振荡频率的变化 转变为 调频的特点 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 习题4 5已知 调幅波 求 1 所包含的各分量的频率及幅值 2 绘制调制信号和调幅波的频谱 解 1 5 1 001 01 5 频率 KHz 8 59 51010 511 5幅值 10151001510 频率 KHZ 8 59 51010 511 5幅值 10151001510 二 变压器耦合的谐振回路鉴频法 鉴频 调频波的解调 将频率变化 调制信号电压幅值的变化 转变为 等幅的调频波 二次边输出电压 的频率与 保持一致 回路的谐振频率 小范围内 例1用电阻应变片接成全桥 测量某一构件的应变 已知其变化规律为 如果电桥激励电压 求此电桥的输出信号的频谱 解 全桥 应变片 常数K 第三节滤波器 选频 1 滤除干扰噪声作用2 频谱分析 一 滤波器的分类 按选频 低通 高通 带通 带阻 下截止频率 上截止频率 注意 1 过渡带 不希望有 但不可避免 2 滤波器特性的相互关联 3 任何装置均可看成是一个滤波器 例 隔振台 低通 二 理想滤波器 物理上不可实现 线性系统的不失真条件 若滤波器的频率响应 为 h t 脉冲响应函数 讨论 滤波器的通频带宽B和建立较稳定的输出所需要的时间之间的关系 分辨力极其影响因素 建立时间 按理论响应值 0 1 0 9 即 的图形愈 陡峭 有 常数 物理意义 输入信号如有突变处必然含有丰富的高频分量 低通滤波器阻衰了高频分量 其结果是把输出波形 圆滑 了 通带愈宽 阻衰的高频分量愈少 使信号能量更多 更快地通过 建立时间就短 反之 则长 分辨力 高分辨力与快速响应的要求相互矛盾 一般采用 三 实际RC调谐式滤波器 一 实际滤波器的基本参数 纹波幅度d 幅频特性的平均值 一般要求 2 截止频率 幅频特性等于 所对应的频率 3dB点 半功率点 3 带宽B 品质因数Q 4 频程选择性 滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力 即 频率变化一个倍频程时的衰减量 5 滤波器因数 理想 二 调谐式滤波器的基本特性 特点 简单 抗干扰性强 较好的低频性能 易实现 1 一阶RC低通滤波器 1 2 3 为提高衰减 可将几个低通滤波器串联使用 2 RC高通滤波器 1 2 3 3 带通滤波器 低通与高通串联 前提 后一级不能从前一级吸收能量 为消除两级间耦合时的相互影响 两级间常用射极输出器或者运算放大器阻隔 4 滤波器的连接 中心频率相同的滤波器串接 加强滤波效果 四 恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器 实时 的谱分析 一 恒带宽比滤波器 滤波器的中心频率 可证明 对一组相邻接的滤波器 后一个滤波器的中心频率 二 恒带宽滤波器 B恒定 参考信号 信号的扫描时间 扫描速度 第四节信号的