现代测试技术第5章信号的变换与处理

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1、现代测试技术教案第五章　信号的变换与处理本章总课时理论6课时。本章主要内容本章介绍测试技术中常用的信号测量(调理)电路，主要内容包括信号的放大、电桥、滤波器、信号的调制与解调。本章基本要求熟练掌握信号放大、电桥、滤波器、信号的调制与解调的基本原理，熟练掌握相应的实现方法与实际电路，掌握不同处理方法的基本应用。本章重点及难点本章重点为各部分的实现方法与实际电路，难点为各部分的基本原理与理论分析。本章教学方法1.以课堂理论教学为主。2.在理论教学过程中，可利用实验室已有实验设备，进行演示性实验教学，使学生对信号的处理具有一定的感性认识，以利于学生掌握其基本原理与应用

2、。3.教学中要求学生在掌握基本原理的基础上，对同一问题的不同类型的处理方法进行比较，以促进对各种信号处理方法的应用有比较清楚的认识。4.充分利用课外辅导及练习加深对所学理论知识的认识。实验本章未安排实验课。可利用实验1中的信号调制与调解内容所形成的感性认识进行教学。机电工程学院　孙川现代测试技术教案课外学习指导及作业1.名词解释信号的放大、电桥、滤波器、信号的调制与解调2.简述题(1)为何要进行信号的处理？测量电路的主要任务是什么？(2)测量放大器与基本放大器有什么不同点？变压器耦合与光电耦合隔离放大器各有哪些不同的优缺点？(3)与RC无源滤波器相比，RC有源滤

3、波器具有什么样的特点？(4)何谓滤波器的分辨力?它与哪些因素有关?(5)相敏检波的作用与原理是什么?(6)调频与调幅各有什么特点？3.计算题在材料为钢的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各粘帖一片金属电应变片R1与R2，接入电桥。应变片电阻值为R=120Ω，灵敏度K=2，钢的泊松比μ=0.285，供桥电压U0=3V，当应变片受到的应变为1000με时，电桥的输出电压为多少？4.设计分析题(1)试给出单臂电桥、差动半桥、差动全桥的输出电压公式，并进行比较，你能得到什么结论？(2)分别设计一个截止频率为1kHz的二阶有源低通滤波器与一个截止频率为100kHz的二阶有源

4、高通滤波器。机电工程学院　孙川现代测试技术教案传感器输出的电信号，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，其主要原因是大多数传感器输出的电信号很微弱，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。某些传感器输出的电参量，要转移为电能量信号。输出信号中可能混杂有干扰噪声，需要去除噪声，提高信噪比。如果测试工作仅对部分频段的信号敏感，则应从输出信号中分离出所需的频率成分。当采用数字仪器仪表时，模拟信号还应转换为数字信号。因而，传感器的输出信号要经过适当的调理，使之与后续测试环节相适应。常用的信号调理环节有：放大器、电桥、滤波器、调制解调器、模数转换器等。一般将这部分电

5、路与传感器基本转换电路统称为传感器的测量电路或信号调理电路。§1信号的放大在测试系统中，传感器或测试装置的输出大部分都是较弱的模拟信号，一般为mV级甚至μV级，不能直接用于显示、记录或A/D转换，必须进行放大。对于直流或缓变信号，由于直流放大器的漂移较大，对于较微弱的直流信号往往需要调制成交流信号，然后用交流放大器放大，再解调成为直流信号。目前由于集成运算放大器性能的改善，已经可以组成性能良好的直流放大器。集成运算放大器根据其性能可分为通用型、高输入阻抗型、高速型、高精度型、低漂移型、低功耗型等，可根据不同要求选用。利用运算放大器可组成反相输入、同相输入和差动输

6、入放大器。一.测量放大器由运算放大器组成的上述三种放大器，一般仅适用于信号回路不受干扰或信噪比较大的场合。实际上，传感器所处的工作环境往往是较复杂和恶劣的，传感器的输出信号中含有较大的噪声和共模干扰。所谓共模干扰是指在传感器的两条传输线上产生的完全相同的干扰。在这种情况下，可采用测量放大器对信号进行放大。测量放大器又称仪表放大器，它的线性好、共模抑制比高、输入阻抗高和噪声低，是一种高性能的放大器。机电工程学院　孙川现代测试技术教案测量放大器由三个运算放大器组成，其基本电路如图5.1.1所示。它是一种两级串联放大器，前级由两个同相放大器组成，为对称结构，输入信号可

7、以直接加到输入端，从而输入阻抗高和抑制共模干扰能力强。后级是差动放大器，将双端输入变为单端输出，适应对地负载的需要。图5.1.1测量放大器原理图电路中的A1和A2选择高输入阻抗运算放大器，而R1=R2，R3=R4，R5=R6都是对称选择的。由于A1和A2都是同相放大器接法，因此两个放大器的增益A1=Uo1/Ui1=1+2R1/Rw，A2=Uo2/Ui2=1+2R2/Rw(5.1.1)当两个输入信号是共模信号时，由于同相放大器A1和A2的增益相等，输出电压Uol和Uo2也是共模相等的。经A3差动放大，这两个共模信号可被完全消除，总输出信号Uo为零。由此可见，这种电

8、路的输出几乎不受输入共模