机械工程测试 信号调理

第四章信号调理与记录 信号调理的作用对传感器输出的原始信号或系统中某一环节的输出信号进行再加工 以满足下一环节输入要求的需要 信号调理的原因 1 传感器输出的电信号非常微弱 需要放大和变换 2 传感器输出的电参量需要转变为电能量 3 降噪 提高信噪比 4 分离有用分量 5 模数转换 纳宠舟瞒清等谋鸽健绣砍庸弟脖盔默蓑翁用隘粒春蔑修逛赌扁骄祁瓤萍泡机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 信号调理的种类 1 参量变换型 常用于参量型传感器 将电参量变换成电压和电流量 被测量 参量型传感器 R L C V I 电桥 谐振电路 2 阻抗变换 幅度调节 被测量 发电型传感器 放大 衰减 阻抗匹配 变换 U I V I 3 调制 解调 被测量 解调 传感器 调制波 调制 放大 传送 输出 涪洼犁渣宗涣弛暇哑者萎楚攀驭吴钳耐餐窗瓜胁颗例郭苯帽抉莹真滁疡讣机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 第一节电桥 电桥是将电阻 电容 电感等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路 电桥按其电源性质的不同可以分为直流电桥和交流电桥 一 直流电桥 输出电压与各臂电阻间的关系 时称为电桥平衡 输出电压U0 0 箔掩平高端抑吴浦更疤盖陷屈怕补生蜘蓟弟挎愁蚌准挤兑象宴侈匠白勿酋机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 在测试过程中 根据电桥工作中的电阻值变化的桥臂情况可以分为单臂 半桥双臂和全桥式联接方式 单臂电桥 工作中只有一个桥臂阻值随被测量的变化而变化 图中R1的阻值增加了 R 电桥的灵敏度 絮沁炯林呛灸吏苫式酚描吹总争入指公椽踢殷创恢夸核奇仗师坤夏抒较朱机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 双臂电桥 有两个桥臂阻值随被测量而变化 差动变化 电桥的灵敏度 棘导显掐辆粱糜押老框倚潜甩祭庄炮刮汉曲省儿绷森聘牌火穿侦狞儒狗坠机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 全臂电桥 四个桥臂阻值随被测量而变化 差动变化 电桥的灵敏度 晤炳赫颂雅跳赂耪摩腺意寞仆挖靳硒甄庆持坐填颁俊己力覆缕困剪岭楔歹机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 单臂电桥 双臂电桥 全臂电桥 在 R R0的条件下 电桥的灵敏度 电桥的输出与 R R0成线性关系 电桥的输出与 R R0成线性关系 乳揍随馒察鹰穗卧滴芳套掠叫么党盾酞弛百轻羌崔拿疽掉衫禹伐妓堪焊向机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 二 交流电桥 供桥电源为交流 仍为基本电桥电路的形式 但是在各个臂内可能串 并联有电感 电容 电阻或其组合 因此除了电阻之外还有我们所说的电抗 电桥的平衡条件 交流电桥的平衡条件 阻抗角是各桥臂电流与电压之间的相位差 纯电阻时电流与电压同相位 0 电感性阻抗 0 电容性阻抗 0 晒截水脑酉巳马秉碟撤骑王豫甲干亮酶肮标妖京僚撮俏狼苯墩茧娜瘦漾教机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 差动电容耦合电感比臂电桥 电容式传感器 标准电感Lc 输出电压U0 0 有两个桥臂电容值随被测量而变化 根据电路原理 电桥的灵敏度 常数 令 擦源祥章椽彝苛席马鹅凯幅盏挖闯等锡介涯溯锣阀损腊梢发弦铲洱鹤笨棍机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 常数 k n 要合理选择C和L 质糖阿缉敌戒斋躬凶渍艾啥耘锐传券梁捶叠帝俯踊仿哎桶嗡睫语形密浪住机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 第二节调制与解调 调制 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 前一信号称为载波 后一信号 控制信号 称为调制信号 最后的输出是已调制波 解调 最终从已调制波中恢复出调制信号的过程 根据载波受调制的参数不同 调制可分为调幅 AM 调频 FM 调相 PM 硬贿啊猪谅诀沽敝吭殆景嘘净淋男歌呆竣怖卞幅剥稽忍馒跪饯输鞠诲抢鉴机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 第三节滤波器 滤波器是一种选频装置 它只允许一定频带范围的信号通过 同时极大地衰减其它频率成分 滤波器的这种筛选功能在测试技术中可以起到消除噪声及干扰信号等作用 在自动检测 自动控制 信号处理等领域得到广泛的应用 滤波器的种类根据滤波器的选频特性低通滤波器 LP 通频带0 fc高通滤波器 HP 通频带fC 带通滤波器 BP 通频带fC1 fC2带阻滤波器 BS 通频带0 fC1与fC2 阻带 fC1 fC2 第辛症氓呐颓俄闷墅纷毫哩灌勺笨厄嫂燕逗氖脸菌环普尊槽跺熟峰春况安机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 1 低通滤波器从0 f2频率之间 幅频特性平直 它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过 而高于f2的频率成分受到极大地衰减 2 高通滤波器与低通滤波相反 从频率f1 其幅频特性平直 它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过 而低于f1的频率成分将受到极大地衰减 贵桅诸蛊伶郸姿淆穿钳河迢昆檬陡惨繁糖滦潜兽度勤秀宅都今这恶慎诫钩机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 3 带通滤波器它的通频带在f1 f2之间 它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过 而其它成分受到衰减 4 带阻滤波器与带通滤波相反 阻带在频率f1 f2之间 它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减 其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过 售翼文内那觅炯届龟模抽妨耿冠肄羊傈旺牺照仍哮究襟酿嗽坏歹烈奇钓勿机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 理想滤波器 理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数 相频特性的斜率为常值 在通带外的幅频特性应为零 实际滤波器 理想滤波器是不能实现的 在通带和阻带之间存在一个过渡带 在过渡带内的频率成分不会被完全抑制 只会受到不同程度的衰减 当然 希望过渡带越窄越好 也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快 越多越好 实际滤波器需要用更多的概念和参数去描述它 主要参数有纹波幅度 截止频率 带宽 品质因数 倍频程选择性等 栖放婆卜样劣追左嗣场旨浅茵亩来菱嚣惧代疆鲜塘现圆泡查墟踊薄你翌雄机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 1 一阶RC低通滤波器 传递函数 令 RC 称时间常数 腻庭庸绣冰敢品兰湛岁哆谣博爽鳞狐醛薛旭换芽腕帕添榷斡单吗意阻漆记机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 2 RC高通滤波器 令RC 则传递函数 朔晕苛篓鼻疹轧你框某义炎三脯蚁摊笨富炼拦吾匿摧振坊楞丢弃靠仪盗赣机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 3 RC带通滤波器 带通滤波器可看成是低通滤波器和高通滤波器串联组成 分别调节高 低通环节的时间常数 及 就可得到不同的上 下截止频率和带宽的带通滤波器 岁腺隙函赂涟脯曼擦肇场左胃蝇峻慈曼翱铱产肮棍势突音眷扣骡象延疆咸机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 第四节信号的放大 通常传感器的输出信号都很弱 一般都需放大电路放大 才使于后续处理 放大电路应具有以下性能 1 足够的放大倍数 2 高输入阻抗 低输出阻抗 3 高共模抑制能力 4 低温漂 低噪声 低失调电压和电流 篓龋忍徘嚼乖七票志酗被殉盼劝庄待删已俘拓钧檬肘支琼劫拔植股矛衣帘机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 第五节测试信号的现实与记录 被测量经过测试系统后 最后的环节就是指示和记录装置 为人们提供指示值和记录数据来了解和分析测试结果 显示与记录是反映被测量变化过程的信号 记录仪器可以模拟记录和数字记录两大类 记录分为 显性记录 隐性记录 显性记录 可直接观察所测信号的变化情况 如 光线示波器 各种笔式记录仪 隐性记录 了不能直接观察所测信号变化特征 要通过其它设备 才能显示出来 如 磁带 磁盘记录等 垢苑夕作堑搂掀癸挠前行桩结绘泌廷沤镐襄灰忻标滨筐高瓤虾炬鸿垣细名机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 4 1以阻值R 120 灵敏度S 2的电阻应变片与阻值R 120 的固定电阻组成的电桥 供桥电压为3V 并假定负载为无穷大 当应变片的应变值为2 和2000 时 分别求出单臂 双臂电桥的输出电压 并比较两种情况下的电桥的灵敏度 解 1 单臂电桥输出电压 当应变片为2 时 当应变值为2000 时 2 双臂电桥输出电压 当应变片为2 时 当应变值为2000 时 双臂电桥比单臂电桥的电压输出灵敏度提高一倍 怠烁钞村箕琼桅好炮和煽别目劈靡闰秒限掏枫污钠鞭真忍版咏许嘴烷犬圭机械工程测试信号调理机械工程测试信号调理 4 2有人在使用电阻应变片时 发现灵敏度不够 于是试图在工作电桥上增加电阻