第5章 信号的调理与记录

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1、机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化专业机械工程测试技术讲义第5章信号的调理与记录学习目标1.熟练掌握测量电桥的特性和计算公式；2.了解测量放大器的应用和调制与解调电路的工作原理；3.掌握滤波器的特性参数，能正确选用滤波器；4.了解信号指示纪录装置的工作原理。学习难点调制与解调的工作原理，滤波器的工作原理及其特性参数。 内容概述本章介绍测试技术中常用的测量电路和信号指示纪录装置的工作原理和特性。测量电路中包括测量电桥、放大器、调制与解调电路和滤波器。相关链接◆万科仪器有限公司-〉产品类别：数据采集、笔式记录仪及监控系统◆沈阳市宝新

2、仪器仪表公司->产品类别：光线示波器◆AnritsuCorporation（安立公司）->射频/微波网络分析仪、高通滤波器前置放大器◆福建省百特测控设备有限公司->电子滤波器◆信息产业部电子第四十一研究所->放大器:具有体积小、携带方便、操作简单、频带宽等优点。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进行调制解调处理。5-

3、30机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化专业机械工程测试技术讲义模拟信号的变换与处理是直接对连续时间信号进行分析处理的过程，是利用一定的数学模型所组成的运算网络来实现的。从广义讲，它包括了调制、滤波、放大、微积分、乘方、开方、除法运算等。模拟信号分析的目的是便于信号的传输与处理，例如，信号调制后的放大与远距离传输；利用信号滤波实现剔除噪声与频率分析；对信号的运算估值，以获取特征参数等。　　尽管数字信号分析技术已经获得了很大发展，但模拟信号分析仍然是不可少的，即使在数字信号分析系统中，也要加入模拟分析设备。例如，对连续时间信号进行数

4、字分析之前的抗频混滤波，信号处理以后的模拟显示记录等。　　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；有些传感器输出的是电参量，要转换为电能量；输出信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比；若测试工作仅对部分频段的信号感兴趣，则有必要从输出信号中分离出所需的频率成分；当采用数字式仪器、仪表和计算机时，模拟输出信号还要转换为数字信号等。因此，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：电桥、放大

5、器、滤波器、调制器与解调器等。　　　尽管各类放大器的知识在有关电子电路课程中已有详细介绍，但由于信号放大是信号调理的最基本内容，因此在本章中仍对放大电路作一个简要的回顾。　　本章主要介绍放大、滤波、调制与解调等常用模拟信号调理方法的基本知识。5.1电桥图5.1    直流电桥   在前述传感器章节中，对电桥已经有了简单的了解。当传感器把被测量转换为电路或磁路参数的变化后，电桥可以把这种参数变化转变为电桥输出电压的变化。   电桥按其电源性质的不同可以分为直流电桥和交流电桥。而交流电桥可以用于测量电阻、电感和电容的变化。5.1.1直流电桥5

6、-30机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化专业机械工程测试技术讲义   如图5.1所示。电阻R1,R2,R3,R4作为四个桥臂，在a、c两端接入直流电源ui，在b、d两端输出电压u0。电桥的平衡条件：R1*R3=R2*R4(5.2） a)半桥单臂b)半桥双臂c)全桥图5.2 直流电桥的联接方式   在测试过程中，根据电桥工作中的电阻值变化的桥臂情况可以分为半桥单臂、半桥双臂和全桥式联接方式。如图5.2所示。   定义电桥的灵敏度为：：不同的电桥接法，其输出电压也不一样，其中全桥接法可以获得最大的输出，其灵敏度为半桥单臂接法的四倍。

7、电桥电路如图6-1所示，图中E为电源电压，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻，RL为负载电阻。图6-1当RL→∞时，电桥输出电压为（6-1）；当电桥平衡时，Uo=0。则有电桥平衡条件：其相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。R1R4=R2R3或电桥的工作情况：当每个桥臂电阻变化值ΔRi《Ri，电桥负载电阻为无限大时，电桥电压可近似用式（6-1）表示：（6-2）5-30机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化专业机械工程测试技术讲义1.采用全等臂形式工作，即Rl＝R2＝R3＝R4(初始值)，则2.单臂电桥：即R1为应变片，

8、其余各臂为固定电阻，则，K--电阻应变片灵敏系数3.双臂电桥(半桥，相邻臂)：即R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻，则：若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，则得Uo=0；若ΔR1=