测试技术课件第四章.ppt

1、机械工程测试技术基础，第四章信号转换和调理，学习目标： 1。熟练掌握测量桥的特点和计算公式；掌握调制解调电路的工作原理。掌握过滤器的特性参数有助于正确选择过滤器。学习困难：调制解调工作原理、滤波工作原理和特性参数。基于机械工程测试技术，信号调理的目的是方便信号传输和处理。1 .传感器输出的电信号非常弱，大部分不能直接传送到显示、记录或分析仪器，有时需要额外的放大，有时执行阻抗转换。机械工程测试技术基础、第四章信号转换和调理、4.1电桥4.2调制和解调4.3滤波器、机械工程测试技术基础、4.1电桥、桥可根据励磁功率类型分为直流桥和交流桥，交流桥可用于测量电阻、电感和电容的变化；输出可以分为不平衡

2、桥电路(Uy0)和平衡桥电路(Uy0)。电桥是将电阻、电容、电感等参数变化转换为电流输出的一种测量电路。输出可以通过指示器直接测量或发送到放大器放大。基于机械工程测试技术，第一，直流电桥，图。电阻R1、R2、R3和R4是四个桥臂，连接a，c两端的直流电源U0，在b，d两端输出电压Uy。桥的平衡条件：四个桥臂电阻中的几个发生了变化，如果桥平衡条件不成立，输出电压Uy不为零，则输出电压Uy反映桥臂电阻的变化。基于机械工程测试技术，在测试过程中，根据桥梁工作的阻力值变化的桥臂情况可以分为半桥单臂、半桥双臂和全桥连接方式。图：机械工程测试技术基础、桥梁的特性、桥梁的特性和差异特性(桥梁转换原理)1)相

3、邻侧两座桥臂的电阻变化引起的输出电压变化，分别是发生的输出电压的差异。2)在另一边，两座桥臂的电阻变化引起的输出电压变化是分别发生的输出电压之和。应用实例：选择两个完全相同的应变片，基于温度补偿、机械工程测试技术、温度补偿、模型和特性，构成单臂工作补偿桥和半桥工作补偿桥。两个相同应变计中的一个作为工作单粘贴到正在测试的部件上，另一个作为补偿片粘贴到与正在测试的部件的结构材料相同的无应力补偿块上，从而构成单臂工作补偿桥。两个相同的应变计都是工作应变计，但是如果将两个应变计粘贴到正在测试的零件的相反应变位置，则会构造半桥工作补偿桥。基于机械工程测试技术，单臂工作温度补偿桥，例如，工作单R1和补偿单

4、R2处于相同的环境温度时，将生成相同的热输出。如果测试部件为f且温度变化t，则工作应变电阻将从原始R1更改为R1，补偿电阻将从R2更改为R2。其中，获得式：桥输出电压根据桥转换原理仅与作用力相关，与温度变化引起的热输出无关。这意味着删除了列输出的影响。基于机械工程测试技术，半桥工作温度补偿桥，R1和R2都是工作应变计，但是如果将R2粘贴到正在测试零件的第一应变板R1的相反变形上，则构成半桥工作补偿桥。R1和R2受根据桥梁转换原理的应力作用和温度变化的影响。乙：常识是桥输出电压只与作用力相关，与温度变化引起的热输出无关。也就是说，移除栏输出的影响。其中机械工程测试技术基础，2，交流桥如图所示。阻

5、抗Z1、Z2、Z3和Z4是四个桥臂，连接a，c两端的交流电源U0，在b，d两端输出电压Uy。桥的平衡条件：在四个桥臂电阻中，有几个发生了变化，使得桥平衡条件不成立，输出电压Uy不等于0，则输出电压Uy反映桥臂阻抗的变化。，机械工程测试技术基础，交流桥平衡条件的特定形式，机械工程测试技术基础，4.2调制解调，调制目的：使慢速信号易于放大和传输。解调目的：恢复原始的慢信号。机械工程测试技术基础，一，定义，调制：在另一信号的控制下改变一个信号的特定参数的过程。调制波可以根据调制参数分为幅度调制(AM)、调频(FM)、相位调制(PM)解调。即，从调制波中恢复原始慢信号(调制信号)的过程。高频交流信号(

6、载波)、振幅、频率、相位、测试的低速信号(调制信号)、基于机械工程测试技术、基于机械工程测试技术、2、调幅和解调、(a)调幅原理：高频载波信号和测试信号(调制信号)载波信号通常使用高频谐波信号。基于机械工程测试技术，1，振幅调制后的时域分析(载波高频余弦信号)，调制信号(测量的信号)为正常值，乘以载波后，振幅调制波形与载波相同，仅振幅之间的比例差异，即振幅值根据测量的信号而变化。如果调制信号(被测试的信号)是负常数值，则乘以载波得到的幅度调制波与载波相反。调制信号(正在测量的信号)是任意值，与载波相乘时，结果振幅调制波的振幅取决于正在测量的信号值是正值还是负值，正值时，振幅调制波与载波相同，负

7、值时，振幅调制波与载波相反。基于机械工程测试技术，2，振幅调制后的频域分析：振幅调制过程与假定调制信号为x(t)、最大频率分量为FM、载波信号y(t)=cos2f0t的频谱“移动”过程相同。结果，在机械工程测试技术的基础上，振幅调制装置基本上是倍频器，一般使用电桥作为调制装置，高频振荡电源电桥作为装置的载波信号，则电桥输出ey是振幅调制波。在图中，桥接器的电压为5V，频率为3000Hz。测量频率变化(如010Hz)时，网桥输出信号的频谱在2990和3010Hz之间。桥梁调幅装置应用、基于机械工程测试技术、调幅应用、调幅频移功能，如果测量的信号频率极低，常用的电子放大器在低频段工作不好，则可以使

8、用调幅方法将正在测试的信号移动到放大器工作频率，放大后可以再次移动以恢复原来的测试波形。振幅调制在广播通信等领域被广泛使用。例如，广播电台将频率移动到分配的频率和UHF频段，从而易于发送和接收，并避免无线电之间的干扰。基于机械工程测试技术，(2)调幅解调，1，同步解调2，整流检测解调3，相位检测解调，基于机械工程测试技术，1，同步解调，原理：调幅波与原载波信号相乘的过程称为同步解调。通过将频率大于FM的组件过滤为低通滤波器，可以再现原始信号的频谱。同步：解调时相乘的信号与调制时载波信号具有相同的频率和相位。机械工程测试技术基础，同步解调原理，机械工程测试技术基础，2，整流检测解调，调制信号偏移

9、，一个直流组件叠加，使偏移后信号都具有正电压，幅度调制包的包络将具有原来的调制信号形状。通过简单的半波或电波整流，过滤和减去添加的偏压，可以恢复原来的调制信号。基于机械工程测试技术，解调，二极管检测，低通滤波器，机械工程测试技术基础，整流检测解调，直流偏置必须足够大。否则，x(t)的相位更改为180，从而导致解调后信号失真。，基于机械工程测试技术，3，相位检测解调：根据调制波和载波的相位差判断调制解调器信号极性的解调器。超过0时，交变信号的正负极性发生突变，将振幅调制相位与载波信号进行比较，产生180相位跳跃，从而可以反映原始信号的振幅和相位。可用于所有调幅波的解调。基于机械工程测试技术、幅度

10、调制和解调应用、动态应变规方块图、机械工程测试技术基础、3、FM及其解调、FM是利用信号x(t)的幅度调制载波的频率或频率调制波是根据信号x(t)的电压振幅变化的密度不同的等光波。但是，振动频率偏移与信号电压成正比。如果信号电压为零，则调频波的频率等于中心频率。即，如果构成1、FM方法2、解调方法、机械工程测试技术基础、1、FM方法、(1)直接调频测量电路电容和电感并行配置振荡器的谐振电路，则电路的谐振频率为：如果电路使用电容器做为调整参数，则由下而上：因此，F0附近存在频率偏移，因此可以将测量的变化直接转换为振荡频率的变化，输出为等光。(2)电压控制振荡器，C=C0，f=f0，基于机械工程测

11、试技术，2，调频解调方法，FM波解调也称为鉴频器，解调电路称为鉴频器。Fm波反映了通过正弦波频率变化测量的信号的振幅变化，因此FM波的解调首先将FM波转换为FM振幅调制，然后进行振幅检测。鉴频器通常由线性转换电路和振幅检测电路组成。机械工程测试技术基础，优点：较强的抗干扰能力。由于Fm信号传递的信息包含在频率变化中，而不是振幅中，因此干扰波的干扰效果主要出现在振幅中，这种干扰引起的振幅变化可以通过限制器有效地消除。缺点：占据频带宽度，系统复杂。调频波通常需要宽频带或幅度调制所需带宽的20倍。频率调制是非线性调制，不能使用叠加原理，因此幅度调制系统比FM系统复杂。基于机械工程测试技术的4.3滤波

12、器，是通过信号内特定频率组件并大大降低其他频率组件的频率选择装置。在测试设备中使用滤波器的这种频率选择功能，可以过滤干扰噪声或进行频谱分析。从广义上说，任何种类的信息传输的通道(媒体)也可以看作是一种过滤器。因为所有设备的响应特性都是这里频率的函数，可以使用频域函数说明传输特性。因此，构成测试系统的所有部分，例如机械系统、电气网络、仪表、甚至连接导线，都根据频域特性转换和处理通过的信号。对于一个滤波器，可以通过的频率范围称为该滤波器的频率通过频带，被它抑制或大幅衰减的信号频率范围称为频率关闭频带。通过带和切断带的交点称为切断频率。本节中介绍的内容属于仿真过滤器范围。尽管数字过滤技术得到了广泛的应用，模拟过滤在自动检测、自动控制和电子测量仪器中仍然得到广泛的应用。基于机械工程测试技术，带通滤波器：仅通过f1 F2之间的频率组件，其他频率组件减少到0；(中央频率，带宽B F2 f1)带阻滤波器：与带通滤波器不同，f1f2之间的频率分量衰减