信号调理处理和记录.ppt
第四章 信号调理、处理和记录,工程测试技术基础,本章学习要求：,1.了解电桥的工作原理 2.了解信号调制解调原理 3.了解信号滤波器工作原理,1 电桥,4.3 电桥,1）直流电桥,平衡条件,Uy,半桥单臂,4.3 电桥,半桥双臂,Uy,a,c,b,d,4.3 电桥,4.3 电桥,在半桥测量中利用加减特性提高测量灵敏度,全桥,Uy,4.3 电桥,全桥,Uy,4.3 电桥,平衡电桥,Uy,U0,a,c,b,d,R5,G,零位测量法 测量误差取决于可调电位器的精度，而与电桥电源电压无关,4.3 电桥,H,4.3 电桥,不仅实现了温度补偿，而且电桥的输出为单臂电桥测量时的4倍，大大提高了测量的灵敏度。,交流电桥,平衡条件 相对两臂阻抗之模的乘积应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相等。,对电感性阻抗， 对电容性阻抗，,4.3 电桥,电容电桥,平衡条件,必须同时调节电阻和电容,4.3 电桥,R1、R4为电容介质损耗的等效电阻,电感电桥,平衡条件,必须同时调节电阻和电感,4.3 电桥,R1、R4为电感线圈的等效电阻,1 具有电阻、电容平衡的交流电阻电桥,4.3 电桥,对于纯电阻交流电桥，即使各桥臂均为电阻，但由于导线间存在分布电容，相当于每个桥臂上都并联了一个电容,改变开关K的位置及调节可变电阻R3，调节电桥的电阻平衡。电容C2是差动可变电容器，旋动电容平衡旋钮，实现电容平衡。,K,2）交流电桥,带感应耦合臂的电桥:将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成,U1,U2,W2,W1,Z3,Z4,i,G,G,U0,W1,W2,i1,i2,Z3,Z1,i,4.3 电桥,感应耦合臂代以差动式三绕组电感传感器，通过敏感元件铁芯，将被测位移量转换为绕组间互感变化。 带感应耦合臂的电桥具有较高的精确度和灵敏度，且性能稳定，频率范围广 。,变压器电桥,4.2 调制与解调,第四章、测试信号调理技术,先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。,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，一般为较高频率交变信号。后一信号 称为调制信号，输出信号为已调制波。 目的 解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。 解调：从已调制波中恢复出调制信号的过程。,2 种类,调制信号x(t),载波信号,a) 幅度调制(AM),b) 频率调制(FM),c) 相位调制(PM),4.4调制与解调,3 幅度调制,调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化,4.4调制与解调,幅度调制与解调过程（波形与频谱分析）,一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处,4.4调制与解调,幅度调制与解调过程（波形与频谱分析）,4.4调制与解调,幅度调制与解调过程（波形与频谱分析）,4.4调制与解调,幅度调制与解调过程（数学描述）,同步解调：解调时所乘信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位,调幅目的：使缓变信号便于放大和传输 解调目的：恢复原信号,4.4调制与解调,包络检波,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 ,然后再与高频载波相乘得到调幅波，其包络线具有调制波的形状。调幅波经过包络检波（整流、滤波）就可以恢复偏置后的信号,调幅,解调,二极管检波,低通滤波,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)的相位将发生180跃变。,b)重叠失真：调幅波是由一对每边为fm的双边带信号组成当载波频率fz较低时，正频端的下边带将与负频端的上边带相重叠要求: fzfm,信号的频宽（2fm ）相对载波频率fz应越小越好。,4.4调制与解调,4 相敏检波,工程中检测到的信号经调制后的电信号极性与原信号有所不同，为辨识原信号的极性变化，需要对调制信号进行相敏检波。 相敏检波无需对原信号再加偏置，而是利用载波作参考信号来鉴别调幅波的极性。 当信号电压（调幅波）与载波同相时，相敏检波器的输出电压为正；当信号电压与载波反相时，输出电压为负。输出电压的大小仅与信号电压成比例，而与载波电压无关。 这种检波方法既可以反映被测信号幅值又可以辨别其极性。,相敏检波解调,调制与解调,原信号x(t)为正，调幅波与载波y(t)同相,原信号x(t)为负，调幅波与载波y(t)异相,4.4调制与解调,4 相敏检波,动态电阻应变仪是电桥调幅与相敏检波的典型实例。电桥由振荡器提供等幅高频振荡电压（相当于载波）。被测量(力、应变等，相当于调制波)通过电阻应变片控制电桥输出。电桥输出为调幅波，经过放大，最后经半波相敏检波与低通滤波取出所需的被测信号。,4 频率调制,调频是利用信号x(t)的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是一个等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。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. 特点：抗干扰能力强、便于远距离传输、不易错乱、跌落和失真很容易采用数字技术和计算机相连接。 调频波的瞬时频率可表示为,鉴频：,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,直接调频测量电路,对自激振荡器的谐振回路，当被测量在小范围内变化时，电容（电感）也有与之对应的、接近线性的变化,回路的振荡频率和调谐参数的变化呈线性关系,变压器耦合的谐振回路鉴频法,线性变换部分的作用是把等幅的调频波转换为调频调幅波 幅值检波部分是整流滤波电路，调频调幅波经过幅值检波后得到偏置信号，去掉直流偏置电压即可获得原调制信号。,亚谐振区,等幅调频波的频率等于回路谐振频率，线圈中的耦合电流最大,案例：旋转机械扭距测量,案例：铁路机车调度 信号检测,调制频率8.5Hz，绿灯 调制频率23.5Hz，红灯,
