机械工程测试技术 教学课件 作者 谢里阳 6信号的调理与记录.ppt

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1、第6章信号的调理与记录传感器与测试技术学习导航6.1电桥6.2调制与解调6.3信号的放大与衰减6.4滤波器6.5信号显示与记录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。信号调理环节有：电桥、放大器、滤波器、调制器与解调器。信号调理中常见的环节：电桥、信号放大、滤波、信号调制与解调。传感器交流测量直流测量直接测量调

2、制测量调幅电桥放大器解调器滤波器调频器放大器鉴频器滤波器显示记录装置放大器直流电桥放大器滤波器图6-1信号调理环节框图6.1电桥（bridge）电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流输出的一种测量电路。按照激励电压的性质，分为直流和交流电桥；直流电桥——采用直流电源，桥臂为电阻交流电桥——采用交流电源，桥臂为电阻、电感、电容。按照传输条件：负载阻抗无穷大，电压桥；输出阻抗与内电阻匹配，功率桥或电流桥电桥概念在A、C端(输入端，电源端)接入直流电源在B、D端(输出端，测量端)输出电压UBD。常用等臂电桥，即R1＝R2＝R3＝R4，或电源端对称电桥，即R1＝R2，R3＝R4

3、。6.1电桥（bridge）6.1.1直流电桥桥臂，输入端，输出端。求UBD=?电桥的平衡条件I1I26.1电桥（bridge）加减特性：相对加相邻减6.1电桥（bridge）2.三种典型桥路输出特性直流电桥的联接方式a)单臂b)半桥双臂c)全桥6.1电桥（bridge）3.应变计串并联组成桥臂桥臂串联均等于6.1电桥（bridge）(2)桥臂并联对两边求导数，用增量代替微分并代入应变计阻值，有采用桥臂串、并联方法并不能增加输出，但是可以在一个桥臂得到加减特性。6.1电桥（bridge）提高电桥输出的措施利用加减特性。提高供桥电压。受到应变计额定功率的限制，实用中可选用串联方法增加

4、桥臂阻值以提高供桥电压。在桥臂并联情况下，并联电阻愈多，供桥电源负担愈重，使用中应适可而止。使用不等臂电桥时，采用电源端对称电桥。6.1电桥（bridge）μ=0.3ε=200με4.电桥输出的非线性半桥单臂，输出电压实际输出电压线性化表达式6.1电桥（bridge）双臂工作若有采用半桥双臂和全桥接法，不仅消除线性误差，而且输出灵敏度也成倍提高。6.1电桥（bridge）6.1.2交流电桥交流电桥——输入电源为交流电源。平衡条件6.1电桥（bridge）可见交流电桥除了要满足电阻平衡条件，还必须满足电容平衡的要求。这些平衡条件是针对供桥电源只有一个频率的情况推出的。因此，交流电桥对

5、供桥电源要求具有良好的电压波形和频率稳定性。实测中，应尽量减少分布电容，利用仪器上的电阻、电容平衡装置调好初始平衡，并避免导线移动、温度变化、吸潮等使桥臂电容变化，以减少零漂及相移。6.1电桥（bridge）交流电桥的平衡装置电阻平衡装置电路的等效变换为了减小桥臂初始阻值的变化，平衡电阻R5和R6应取大阻值。6.1电桥（bridge）电容平衡装置电阻电容式电容平衡装置电路的Y-∆转换6.1电桥（bridge）6.2调制与解调由于传感器输出的电信号一般频率较低，当被测量信号比较弱时，为了实现信号的传输尤其是远距离传输，可以采用直流放大或调制与解调。由于信号传输过程中容易受到工频及其他

6、信号的干扰，若采用直流放大则在传输过程中必须采用有限措施抑制干扰信号的影响。在实际中，往往采用更有效的先调制而后交流放大，将信号从低频区推移到高频区，也可以提高电路的抗干扰能力和信号的信噪比。调制目的解决办法1：将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中2：利用交流放大器进行放大3：从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号将信号从低频区推移到高频区，可以提高电路的抗干扰能力和信号的信噪比。6.2调制与解调调制与解调调制就是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。前一信号称为载波，后一信号（控制信号）称为调制信号。信号的三要素：幅值、频率和相位根据载波的幅值、频率和相位随

7、调制信号而变化的过程，调制可以分为调幅（AM)、调频(FM)和调相(PM)。其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。6.2调制与解调图载波、调制信号及调幅、调频波a)载波信号b)调制信号c)调幅波形d)调频波形图例说明6.2调制与解调6.2.1幅值调制与解调幅值调制的工作原理设调制信号为，其最高频率成分为，载波信号为，。则有调幅波：调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制信号）相乘，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。6.2调制与解调则而原信号频谱图形由