测试技术基础培训资料演示文稿PPT信号调理.ppt

武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 1 第五章信号变换及调理 50变换及调理的目的5 1电桥5 2信号的调制解调5 3信号的滤波器 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 2 6 0变换与调理的目的 便于信号的传输与处理 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 3 6 1电桥 电桥 a c两端接电源ui 称供桥端 b d两端接输出电压uo 称输出端 将电阻r 应变片 电感l 电容c等电参数变为电压 u或电流 i信号后输出的一种测量电路 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 4 电桥 根据桥臂阻抗性质的不同为 电阻电桥 电容电桥 电感电桥 根据供桥电源分为 直流电桥 采用直流电源 只用于测量电阻r的变化 交流电桥 采用交流电源 测量电阻r 电容c 电感l的变化 1 电桥的分类 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 5 2 直流电桥 四个桥臂由电阻r1 r2 r3和r4组成 采用直流电源的电桥称为直流电桥 直流电桥 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 6 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 电流输出为零 此时 桥路电流为 a b之间电位差为 a d之间电位差为 电桥输出电压为 返回 平衡条件 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 7 平衡条件 r1 r3 r2 r4 直流电桥 电桥的输出 平衡的条件 推导 温敏电阻 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 8 为了简化设计 r2 r3 r4 r0 而r1 r0 r 直流电桥 r0 r u0 u u 电桥的灵敏度定义为 半臂单臂平衡条件 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 9 两片 半桥 双臂输出 当r1 r1 r1 r2 r2 r2时 由于 r1 r2 r3 r4 r0 r r1 r2 所以 返回 半臂双臂平衡条件 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 10 四片 全桥 四臂输出 当r1 r1 r1 r2 r2 r2 由于 r1 r2 r3 r4 r0 r r1 r2 所以 r3 r3 r3 r4 r2 r4时 电桥的灵敏度定义为 返回 全桥 四臂平衡条件 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 11 单片 半桥 单臂输出 全桥 四臂输出 半桥 双臂输出 四片 两片 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 12 半桥 单臂输出 全桥 四臂输出 半桥 双臂输出 统一表示 推导 推导 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 13 常用调平衡 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 14 电桥测量的误差 非线性误差 温度误差 直流电源的电压稳定性造成的误差 半桥 单臂输出 半桥 双臂输出 全桥 四臂输出 直流电桥 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 15 平衡条件 3 交流电桥 交流电桥 而 其中 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 平衡条件 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 16 电容电桥 两相邻桥臂为纯电阻r2 r3 另相邻两臂为电容c1 c4 r1 r4视为电容介质损耗的等效电阻 根据平衡条件 电桥平衡条件 返回 电容电桥 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 17 电感电桥 根据平衡条件 电桥平衡条件 返回 电感电桥 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 18 声音信号 调制modulation 解调demodulation 6 2调制与解调 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 19 声音信号 利用缓变信号控制高频信号的某个参数 幅值 频率或相位 变化的过程 已调波 1 实现缓变信号的传输 特别是远距离传输 2 提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比 1 调制的目的 音频信号 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 20 2 调制的种类 调制信号 载波信号 a 幅值调制 简称调幅 am amplitudemodulation b 频率调制 简称调频 fm frequencymodulation c 相位调制 简称调相 pm phasemodulation 缓变信号x t 高频简谐信号 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 21 3 幅值调制 调幅 及其解调 调幅是将一个高频简谐信号y t 载波信号 与缓变信号 调制信号 x t 相乘 使载波信号y t 的幅值随缓变信号x t 的幅值变化而变化过程 幅值调制后的信号称为调幅波 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 22 电阻交流电桥的幅值调制 不同接法的电桥可表示为 当 r r0 r t ui e0cos2 f0t时 u0 kr t e0cos2 f0t 交流电桥的输出电压u0随r t 的变化而变化 即u0的幅值受r t 的控制 其频率为输入电压信号ui的频率 即2 f0 x t cos2 ot x o x o x o x o 全桥 四臂输出 r t e0cos2 f0t 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 23 当 r r0 r t ui e0cos2 f0t时 u0 kr t e0cos2 f0t ui e0cos2 f0t实际上载波信号 r t 即电桥的输入 r r0 实际上是调制信号 r t 对载波信号e0cos2 f0t进行了幅值调制 u0实际上是调幅信号 交流电桥是一个调幅器 调幅器实际上是一个乘法器 x t cos2 ot x o x o x o x o 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 24 调制信号 载波信号 调幅波 1 调幅的时域表达 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 25 假设调制信号x t 的最高频率成分为 载波信号 2 调幅的频域表达 如果 则 则有调幅波 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 26 调制信号 载波信号 调幅波 时域 频域 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 27 音频信号 广播电台的发射塔 调幅am 调幅波 载波信号 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 28 对已调波进行鉴别以恢复缓变信号的过程 调幅波 恢复所需要的缓变信号 3 幅值解调的目的 接收 解调demodulation 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 29 4 同步解调 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 30 同步解调 a 调幅波频谱 b 载波信号频谱 c 同步解调后频谱 d 调制信号频谱 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 31 当调制信号x t 0时 0 t1时间内 调幅波xm t 与载波y t 在每一时刻都同相 1 xm t 0 y t 0 2 xm t 0 y t 0 1 2 3 4 5 相敏检波解调 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 32 1 xm t 0 y t 0 二极管d2 d3导通 在负载上形成两个电流回路 回路1 e g f 3 c d3 d 2 e 回路2 1 b d2 c 3 f g e 1 总输出为 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 33 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1 e g f 4 a d1 b 1 e 回路2 2 d d4 a 4 f g e 2 总输出为 返回 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 34 x t 0时 0 t1 ym t 与y t 同相 检波器输出uf t 0 x t 0时 t1 t2 ym t 与y t 反相 检波器输出uf t 0 1 1 2 2 5 相敏检波解调 推导 相敏检波器 3 3 t1 t1 1 3 2 2 1 3 t1 t2 t2 t2 低频信号电压为正值时调频波的频率升高 负值时则降低 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 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 50 5 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f0与带宽b之间的数值关系 可以分为两种 2 恒宽比带通滤波器 q值相同的邻接式滤波器 1 恒带宽带通滤波器 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 52 带宽越窄 分辨力越高 低频分辨力较高 高频分辨力较低 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20hz 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 53 例6 2 设有一信号是由幅值相同而频率分别为 940hz和 1060hz的两正弦信号合成 其频谱如图所示 c 用1 10倍频程滤波器分析结果 d 用恒带宽滤波器分析结果 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 54 案例 机床轴心轨迹的滤波处理 6 滤波器的应用 武汉理工大学机电工程学院 wuhanuniversityoftechnology 测试技术基础 第六章信号变换及调理 55 案例 机床轴心轨迹的滤波处理 滤除信号中的