模拟信号分第4章析.ppt

1、测试技术基础,测试技术基础,第四章 模拟信号分析,测量电桥 信号的调制与解调 信号的滤波,本章内容：,测试技术基础,信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。,信号调理的目的,（1）传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。 （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，提高信噪比。 （3）某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制解调处理。,测试技术基础,电桥是将电阻、电感、电容等电参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。其输出既可用指示仪表直接测量，也可以送入放大器放大。由于电桥测量

2、电路简单，具有较高的精确度和灵敏度，能预调平衡，易消除温度及环境的影响，因此在测量系统中被广泛采用。,4.1 测量电桥,1）直流电桥,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：,单臂电桥,差动半桥,差动全桥,2 交流电桥,交流激励电压，四臂可为L R C,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）,变压器电桥将变压器中感应耦合的两线圈绕组作为电桥的桥臂。,带感应耦合臂的电

3、桥与一般电桥比较，具有较高的精确度和灵敏度，且性能稳定，频率范围广，近年来得到广泛应用。,变压器式电桥,4.1 测量电桥,测量技术基础,第4章 模拟信号分析,测量电桥 信号的调制与解调 信号的滤波,本章内容：,第四章 模拟信号分析（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,4.2 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：,a) 幅度调制(AM),b) 频率调制(F

4、M),c) 相位调制(PM),4.2 调制与解调,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,解调方法之一：同步解调,该调制方法，将信号x(t)直接与载波z(t)相乘。这种调幅波具有极性变化，解调时必须再乘与z(t)相位相同的z(t)方能复原出原信号，故称同步解调。,4.2 调制与解调,解调方法之二：整流

5、检波,若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量D，使偏置后的信号都具有正电压。,调幅,13.3 调制与解调,解调,二极管检波,低通滤波,13.3 调制与解调,相敏检波用来鉴别调制信号的极性，利用交变信号在过零位时正、负极性发生突变，使调幅波相位与载波信号比较也相应地产生180相位跳变，从而既反映原信号的幅值又反映其相位。,解调方法之三：相敏检波,13.3 调制与解调,解调：相敏检波,13.3 调制与解调,输入信号,参考信号,（差动变压器传感器的输出的调幅信号，u0与 该传感器的励磁电压同频，同相）,调幅波的波形失真,a) 过调失真：对于非抑制调幅，要求其直流偏置必须足够大，否则x(t)的相位

6、将发生180。,0,13.3 调制与解调,b) 重叠失真：调幅波是由一对每边为f m 的双边带信号组成。当载波频率f z 较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带相重叠要求: f zf m,调幅波的波形失真,13.3 调制与解调,4.2 调制与解调,例：交流电桥就是一个调幅调制器,二 频率调制,调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波。,4.2 调制与解调,锯齿波调频,正弦波调频,频率调制,13.3 调制与解调,（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

7、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,优点：抗干扰能力强。,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。,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,4.2 调制与解调,滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。,4.3 信号的滤波,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,3 理想滤波器,

8、理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。,13.4.3 理想滤波器,理想滤波器的物理不可实现,理想滤波器在时域内的脉冲响应函数 为 函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。,13.4.3 理想滤波器,给理想滤波器一个脉冲激励，在 时刻单位脉冲输入滤波器之前，滤波器就已经有响应了。故物理不可实现。,理想滤波器对单位阶跃的响应,滤波器的阶跃响应的建立时间和带宽成反比。 通带越宽，衰减的高频分量越少，信号便有较多的分量更快通过，因此建立时间越短。 滤波器的带宽表示它的频率分辩能力，通带窄，则分辨力高滤波器的高分辩能力与测量时的快速响应要求相矛盾。,1

9、3.4.3 理想滤波器,建立时间：,按理论响应值（0.1- 0.9）：,即,的图形愈,陡峭,有：,=常数,4 实际滤波器,理想滤波器是不存在的，实际滤波器幅频特性中通带和阻带间没有严格界限，存在过渡带。,13.4.4 实际滤波器,1) 截止频率 ： 所对应的频率。 2) 纹波幅度 ：绕幅频特性均值 波动值 3) 带宽 和品质因数 ：上下两截止频率间的范围称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数 。,13.4.4 实际滤波器,4) 倍频程选择性W 在上截止频率fc2与2fc2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。,倍频程衰减量以dB/oct表示(Octave，倍频程)。衰减越快(即W值越大)，滤波器的选择性越好。,13.4.4 实际滤波器,5）滤波器因数,理想:,在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低