测试 第四章 信号的调理与记录

1、测试 第四章 信号的调理与记录 机械工程测试技术基础 第四章 信号的调理与记录本章学习要求：1.把握电桥的工作原理及特性 # 2.把握信号调制与解调的原理 3.把握滤波器的分类及其参数4.了解模拟信号放大电路原理 5. 了解测试信号的显示与记录 第四章 信号调理与记录 信号调理的目的信号调理的的目的是便于信号的传输、处理与记录。 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 对传感器测量信进行调制解调处

2、理。 第四章 信号调理与记录 信号调理装置按工作原理有 1转换器：将传感器输出信号转换成便于传输、 放大、处理的装置。 例如：电桥：可将r、c、lu或i; d/a:数字量模拟量 a/d:模拟量数字量 调制器：对信号进行调制； 解调器：对已调信号进行鉴别并还原。 2放大器：将信号进行放大。 例如：电压(直流、沟通)放大器； 电荷放大器 第四章 信号调理与记录 3运算器：将信号进行相应的运算，猎取所需信 号。 例如：加法器、乘法器、积分器、微分器 4滤波器：对信号进行滤波处理。 例如：低通滤波器、高通滤波器 5整流器：对信号进行整流检波处理。 例如：相敏整流器 可见，信号调理环节许多，其功能也很丰

3、富，而这 些环节前期课程已作过具体介绍。所以，本章仅 从测试的角度争论电桥、调制与解调、滤波器、 放大器的基本概念。 第四章 信号调理与记录 载波放大式应变仪的组成及工作原理 载波放大式应变仪由电桥、电桥平衡装置、放大 器、振荡器、相敏检波器、滤波器和稳压电源组成。 第四章 信号调理与记录 4.1 电桥电桥分类： 按桥压分： 直流电桥； 恒流源电桥； 恒压源电桥 沟通电桥 按输出方式分：功率电桥(按低阻抗负载) 电压电桥(按高阻抗负载) 4.1 电桥4.1.1 直流电桥若：r1=r2=r3=r4=r 全等臂电桥 r1=r2=ra r3=r4=rb 对称等臂半桥 r1=r4=ra r2=r3=r

4、b 非对称等臂半桥 1、工作原理 ) u sc与r的关系 1 u sc u ab u ad u sr u sr r1 r4 r1 r2 r3 r4 r1 r3 r2 r4 u sr r1 r2 r3 r4 b 第四章 信号调理与记录 4.1.1 直流电桥 直流电桥平衡( u sc 0)条件：r1 r4 r2 r3 或 r1 r3 r2 r4 0相对桥臂电阻之积相等。 4.1.1 直流电桥2) u sc与 r的关系 设r1 r, 则 ( r1 r ) r3 r2 r4 u sc u sr r1 r r2 r3 r4 对全等臂电桥，则 u sr r 1 r u sc u sr 4 r 2 r 4

5、r 1 r 2r u sr r r 当 r r, u sc , u sc 4 r r 4.1.1 直流电桥 2、电桥的加减特性设ri ri , 且ri ri r1 r4 由u sc ( )u sr r1 r2 r3 r4 利用全微分方程可得电桥输出为 u sc i 1 4 u sc ri ri r1 r2 r1 r3 r4 r3 r3 r4 r4 r1 r2 r2 u sr 2 2 2 2 r1 r2 r1 r1 r2 r2 r3 r4 r3 r3 r4 r4 若电桥满意初始平衡条件，则 r1 r2 r3 r4 r1 r2 u sc u sr 2 r r r r r1 r2 1 2 3 4 4

6、.1.1 直流电桥 r1 r4 令： 桥臂电阻比 r2 r3 r3 r4 r1 r2 2 2 2 r1 r2 r3 r4 1 电桥输出一般表达式为 r1 r2 r3 r4 u sc u sr 2 r r r r 1 1 2 3 4 u sc 令： 0 1, u sc输出最大，所以 4.1.1 直流电桥可得电桥加减特性表达式(输出一般表达式) 1 r1 r3 r2 r4 u u sr sc 4 r r r r u sr k 1 2 3 4 4电桥输出公式的使用前提条件： 1)先决条件是：电桥起始是平衡的； 2)无论各电阻如何变化，肯定要在平衡点附 近； 4.1.1 直流电桥 电桥加减特性的争论：

7、 单臂工作 只有一只电阻r产生r变化时， 电桥输出电压1 r 1 u sc u sr k u sr 4 r 4 4.1.1 直流电桥 双臂工作设r1产生正r的变化，r2产生负r的变化， 且变化的肯定值相等； 即 1 , 2 , , 3 0 , 4 0 1 r 1 电桥输出 u sc u sr k u sr 2 r 2 若r1,r2产生r的肯定值相等，符号相 同时，即 1 , ,则usc=0,电桥无输 2 出，两工作臂的作用相互抵消。 4.1.1 直流电桥 四臂工作 设r1、r3产生正r的变化，r2、r4产生 负r的变化，且r肯定值相等，即r1、r3产 生正应变，r2、r4产生负应变，且应变的绝

8、 对值相等，则电桥的输出 r u sc u sr k u sr r为单臂工作的4倍。 4.1.1 直流电桥电桥加减特性 说明：虽为直流电桥形式，但对沟通电 桥形式也完全适用。 4.1.1 直流电桥重要结论： 当相邻桥臂为异号或相对桥臂为同 号的电阻变化时，电桥的输出可相加； 当相邻桥臂为同号或相对桥臂为异号的 电阻变化时，电桥的输出应相减。 电桥输出的八字原则: 相邻相减，相对相加。 4.1.1 直流电桥 3、电桥的线性 若r/r0.1,用上式计算电桥输出会引起较大 非线性误差。用相对误差表示为' u sc u sc u sc 100 % 1 ' 100 % ' u u

9、 sc sc ' 其中：u sc 电桥实际输出电压 u sc 电桥线性输出电压 分析可得 r1 r1 r2 r1 r4 r2 r2 r3 r1 r4 r1 r2 r3 4.1.1 直流电桥当 1时 1 r1 r2 r3 r4 2 r1 r2 r3 r4 单臂工作时： u sr r 1 u 4 r 1 r 2r u sr r u sc 4 r u sc 1 r 1 ' 100 % 100 % u 2 r sc ' sc 4.1.1 直流电桥半桥或全桥工作时： 若组桥合理，(即：相邻臂异号，相对臂同号。) 电桥非线性误差可以大大削减，甚至为零。而电桥输 出增加。07-3-12# 4.电桥的平衡装置 在测量前，应将电桥调平衡。 但由于接入电桥的每个应