现代测试技术课件第5章信号调理.ppt

信号调整是在分析处理连续信号的过程中，使用由一定数学模型构成的运算网络来实现的。 由传感器取得的信号一般是微弱缓变电信号，通常需要通过调制放大解调滤波等中间转换将其记录在记录设备中，或发送给计算机进行信号处理。 目的是有助于传输和分析，诸如电信号、去噪声、频谱、分析等。 另一方面，目的、一方面，反相放大器和反馈电阻的RF值不太大。 否则会产生大的噪音和漂移，一般会从几十公斤变成几百公斤。 r-1的取法远大于信号源Ui的内阻。 而且，闭环电压增益Av、Av、二、同相放大器、同相放大器的输入阻抗非常高，输出阻抗非常低，广泛用于前置放大器级中。 闭环电压增益Av、4、交流放大电路能够采用只放大交流信号而集成地放大交流电压的同相放大器。 其中C1、C2及C3为绝缘直流电容器，R1一般取数十千欧姆。 根据交流放大器的下限频率fL确定耦合电容C1、C3，将转换为电容式传感器、压电式传感器的高阻抗输出或低阻抗输出的传感器输出的微弱信号放大。 在电压放大器中，输出电压与输入电压(即，传感器的输出)成比例。 电荷放大器的输出电压与输入电荷成比例。 (1)电压放大器，等效电阻R=Ra/Ri等效电容C=Ca Cc Ci，放大器输入电压，作用于压电元件的输出为f，F=Fmsint，压电元件产生电荷Q=dF，复数，传感器电压灵敏度，(2)电荷放大器，反馈电容换算为放大器输入端的有效电容为(1 K)Cf。 当Ri相当大时，认为放大器输出电压与输入电荷成比例，在K1(1 K)CfCa Cc Ci、放大器输出电压为(1 K)Cf10(Ca Cc Ci )的情况下，放大器灵敏度与电缆容量无关。 在实际电路中，k为104106位，反馈电容一般为100pF以上。 为了减小零漂移并且增强放大器的操作稳定性，一般在反馈电容器的两端并联连接大的电阻器Rf(10101014)，从而提供直流反馈。 另外，基本差分放大电路必须使运算放大器的开环增益为a，使输入阻抗为无穷大，使A=，且如果电路具有抵抗共模噪声的能力，则ui2和ui1之前的系数必须一致基本差动放大电路对共模信号的抑制能力：1)运算放大器自身的共模抑制比CMMR； 2 )外置匹配电阻R1、R2、R3和R4。 在运算放大器自身的CMRR=的情况下，差动放大器对共模信号的抑制能力主要取决于外部匹配电阻的匹配状况，如果外部匹配电阻的匹配良好，则差动放大电路对共模信号的抑制能力主要取决于集成运算放大器自身的CMRR。 六、高输入阻抗放大电路、静电电容式或压电式传感器输出阻抗高，对该信号放大电路要求与高输入阻抗的匹配性。 同相并联或同相串联型输入的差动放大电路。 此外，由n-1、n-2、n-3构成基本差动放大电路，如果所具有的运算放大器是理想的，则输入级的差动输出及其差动模式增益仅与差动模式输入电压相关联。 为了实际运算放大器的非理想化，在选择时N1和N2的性能参数必须严格一致。 包括输入阻抗、共模抑制比、开环增益和温度系数等。 同时，为了尽量消除N1、N2的偏置电流的影响，设为R1=R2。 N3周围电阻的选择可参考基本差动放大电路。 此外，在同相串联高输入阻抗差动放大电路中，将运算放大器N1、N2的输入阻抗和开环增益设为无限大，将输出电压uo的组成设为基于ui1的输出uo 、基于ui2的输出uo ，对电路要求较强的共模信号抑制能力时，同相串联差动放大器的共模抑制比为两个解决微弱渐变信号的放大和信号传输问题。向高频交流信号施加微弱的渐变信号，由交流放大器进行放大，最后从放大器的输出信号中读出放大后的渐变信号。 第二节调制，1 .为什么要调制？ 2 .调制类型、调制信号x(t )、载波信号、a )幅度调制(AM )、b )调频(FM )、c )相位调制(PM )、(1)幅度调制、1、幅度调制和解调、1 )幅度调制(数学描述)、幅度调制过程对应于频率“移动”过程。 (2)幅度调制(波形和频谱分析)；2 .如果在偏置未抑制的幅度调制和调制信号x(t )的情况下叠加DC分量a，则偏置之后的所有信号都是正电压，并且幅度调制波形具有m1幅度调制指数。 此类调制方法可以被称为非抑制幅度调制或者偏置幅度调制。 其幅度调制波的包络具有原始信号形状。 对于未抑制的幅度调制波，可在通常采用整流、滤波(或包络检测整流)之后恢复原始信号。 (2)振幅解调、低通滤波器去除高频成分，同步解调能够再现原始信号的频谱(振幅减半) ，1 .振幅解调(数学描述)、振幅调制波xm(t )再次与y(t )信号相乘后，频域模式再次“移动”。 2 .幅度解调(波形和频谱分析)；(3)幅度调制波形失真； 当m-1时，如果x(t )取最大的负值，则a 1，MX (t ) 0可能变为0，这意味着x(t )的相位变为1800反相，这被称为过冲。 此时，如果用包络法进行检测，则检测出的信号发生失真而不会恢复为原来的信号。相敏检测、2 .叠加失真振幅调制波由一对边为fm的双边频带信号构成。 当载波频率f0低时，正频端的下边带与负频端的下边带交叠。f0fm，3 .相位敏感检测器和相位敏感检测器是能够根据幅度调制波与载波之间的相位差确定调制信号的极性的解调器，并且适于解调各种类型的幅度调制波控制频率的过程根据信号电压的幅度来控制振荡器，且振荡器的输出具有相等的幅度波。然而，当振荡频率的变化与信号电压成比例地等于信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率，并且当信号电压为正时，频率增加。 减时使下降的频率调制波具有随着信号x(t )的电压幅度而变化的粗略度不同的等幅度波形。两种常用方法为：将传感器输出的电压信号输入至电压/频率(V/F )转换器； 方法二是利用电抗元件构成调谐振荡器。 电抗元件(电容或电感)被测量为传感器，将其作为调制信号输入，并且振荡器本来的信号成为载波。 当输入调制信号时，振荡器的输出是经调制的调制波，其在频率调制器与工作原理、串联谐振电阻、电容器、电感串联、复阻抗、电压、电流同相、电路谐振后，在电路中的l、c未衰减的情况下以Asin0t的简单谐振操作发生改变，并且在传感器电容(或传感器电容，或传感器电容，或传感器电容，谐振器电容，谐振器电容，谐振器电容，谐振器电容，Asin0t )下的简单谐关于振荡频率，3.LC振荡器、C0、l，在测定中，电容值从C0增加c，电路的振荡频率发生变化，用级数展开后项，省略高次项，在振荡电路的电容随着所测定的物理量的变化而变化的情况下，振荡电路的角频率在原来的0上叠加的频率， 将随所测量的物理量的变化而变化的振荡器的角频率控制到所测量的物理量，从而所测量的物理量指示出调制信号是在频率调制期间。 在较窄范围内，振荡器的输出频率与待测量信号具有近似线性关系，以实现频率调制。4 .调频的优缺点，改进的信噪比调频信号所具有的信息在频率变化中不是振幅，而是干扰波的干扰作用主要表现为振幅；1 )优缺点：干扰能力强a )鉴别器b )频率-电压特性曲线，L1和L2是耦合变压器的原子、副边线圈，分别与C1、C2构成并联谐振电路。 调频波uf经由L1、L2耦合，在L2、C2的谐振电路上施加，在其两端得到b图所示的频率-电压特性曲线。 在L2、C2环谐振频率下，线圈L1和L2的耦合电流最大，副边输出电压ua也最大。 频率偏移，ua值下降。 ua与uf频率一致，但振幅值随uf的频率变化而变化。 通常，利用特性曲线的子谐振区域的近似直线的一段来实现频率-电压变换，将频率调制波的中心频率作为该近似直线的一段的中点，使频率调制波的振幅根据其频率的变化而大致线性地变化，作为频率调制-振幅调制波。 在经过线性变换后，调频-振幅调制波经过振幅检测、低通滤波器实现解调，再现调制信号。 1、概述和1 .滤波器将这样的设备称为滤波器，该设备通过滤波器或信号中的特定频率成分，从而极大地衰减其它频率成分；1 .根据滤波处理信号的性质，数字滤波器(数字信号分析)； 根据模拟滤波器(自动检测、控制)2.滤波器的构成要素的类型，构成3RC、LC、石英谐振滤波器、3 .滤波器电路的性质，可以使用3354有源滤波器、无源滤波器、2、理想滤波器和实际滤波器、(1)理想滤波器， 理想滤波器是指通带内的信号的振幅和相位都没有失真、阻带内的频率成分全部衰减为零的滤波器，由于线性系数没有失真的传输条件，理想测量系数的频率响应函数(A0和t0为常数)，为什么不能物理地实现理想滤波器？ 理想的滤波器在时域中的冲激响应函数h(t )是sinc函数。 冲激响应的波形沿着横轴向左、右无限地延伸。 当对理想滤波器施加脉冲激励时，在t=0时间单位脉冲输入滤波器之前，即，当t0时，已经不能实现滤波器物理上。 (2)实际滤波器；1 )脉动宽度d :滤波器顶部振幅变动幅度d与振幅特性平均值A0相比小于-3db；2 )截止频率fc :振幅特性值为0.707A0所对应的频率；理想的滤波器特性只是用截止频率来描述，实际的滤波器特性曲线需要用更多的参数来描述，实际的滤波器的主要参数是脉动宽度、截止频率、带宽、质量系数(q值)、倍频选择性， 截止频率的大小取决于系统固有的参数一次系统，如果a =0.707 a-0，则=1，=1/截止频率取决于时间常数的二次系统，如果=0. 707，a=0. 707 a-0，则=n，依赖于系统的固有频率倍频程选择性w :上截止频率fc2与2f2之间或下截止频率fc1与0.5fc1之间的振幅特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量(倍频程衰减量)、dB/oct 5)滤波器系数:滤波器振幅特性图的横轴值来定义， 滤波器振幅特性值为-60dB时的带宽B-60dB与-3dB时的带宽B-3dB比、Q=fn/BQ值越大，表示频率分辨率越高(带宽越窄)，理想的滤波器=1， (1)RC无源滤波器、RC滤波器电路简单、抗噪声强、具有相对较好的低频性能，并且选择