测试技术第四章信号调理、处理和记录

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1、测试技术与信号分析第四章信号调理、处理和记录第四章信号调理、处理和记录信号转换电路——测量电路，用来测量传感器输出的电信号，如电阻、电压、电感电容、电荷量、频率等量的大小。若从传感器到显示环节的整体来看，信号转换电路具有传输的作用，在传输过程中又将信号进行了若干的变换，如放大、调制解调、滤波等。目的是将传感器输出的信号转换为人易于观测（显示）的信号形式，因此称为转换电路。第一节电桥电桥是将电阻、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。一、分类：1．按激励电压的性质：直流电桥和交流电桥。直流电桥：电源为直流，元件只能是

2、直流元件——电阻。交流电桥：电源为交流，元件可以是电阻、电容、电感。2．按输出方式：非平衡电桥和平衡电桥二、电桥分析（一）非平衡电桥1.非平衡电桥分析电桥输出端后接输入电阻较大的仪表或放大器时，可视为开路，电流输出为零。Z为阻抗，U为电源（电源可以是直流也可以是交流）。Z为纯电阻时Z=ZR=RZ为电容时Z=ZC=1/ωCZ为电感时Z=ZL=ωL2.电桥平衡条件：要使电桥平衡，输出为零Uy＝0，应满足3.电桥形式在一般情况下，电桥都做成对称型和等臂型。对称型或等臂型Z1=Z2=Z3=Z413测试技术与信号分析第四章信号调理、处理和记录

3、（二）平衡电桥当桥路中某一参数发生变化，打破了桥路的平衡，使电桥的输出有了变化，通过反馈（手动或自动）调节某一桥臂上的可变电阻，以使桥路重新达到平衡状态（即桥路输出为零）。如图，设被测量等于零时，电桥处于平衡状态，此时指示仪表G及可调电位器H指零。当某一桥臂随被测量变化时，电桥失去平衡，调节电位器H，改变电阻R5触电位置，可使电桥重新平衡，电表G指针回零。电位器H上的标度与桥臂电阻值的变化成比例，故H的指示值可以直接表达被测量的数值。三、直流电桥电源为直流，阻抗Z为纯电阻，即Zi=Ri,电桥的输出为当各桥臂上的电阻值发生变化，打破桥

4、路的平衡，使电桥有电压输出（Uy≠0）时，若桥臂的电阻是按一定规律变化，则对桥路输出电压的测量就可以计算出桥臂参数变化的大小。根据桥臂参数变化的不同，可以分为半桥单臂、半桥双臂和全桥型。1.半桥单臂电桥在实际应用中，为了方便，一般都是等臂型，即R2=R3=R4=R0。设R为工作电阻（接入应变片），当R1=R0时（R0为初始电阻，不受应力作用），电桥平衡Uy=0当R1=R0±ΔR时，输出电压R1=R2=R3=R4=R0则输出电压因，所以可见，电桥的输出Uy与激励电压Uo成正比，且在ΔR<

5、表示极性，即输出可表示出ΔR的变化方向。在单臂情况下，近似成线性关系。2．半桥双臂接法（1）相邻两臂为工作电阻（差动式）R1和R2为电阻应变片，R3、R413测试技术与信号分析第四章信号调理、处理和记录为固定电阻。必须保证：两个电阻的阻值的变化方向相反，即为差动式。输出灵敏度与半桥单臂相比，灵敏度提高了一倍，电桥的输出与ΔR成完全线性关系。（2）相对臂为工作电阻（对称式）设R1=R3=R0±ΔR，（阻值变化方向相同），R2=R4=R0当ΔR<

6、高了一倍。所以，在工作中往往接成差动式而不接成对称式。3．全桥接法邻臂为差动，对臂为相同变化。R1=R3=R0±ΔR，R2=R4=灵敏度完全成线性，灵敏度又提高了一倍。上述电桥是在不平衡条件下工作的，它的缺点是当电源电压不稳定，或环境温度变化时，会引起电桥输出的变化，从而产生测量误差。13测试技术与信号分析第四章信号调理、处理和记录因此，在某些情况下采用平衡电桥。4.直流电桥的特点优点：（1）所需的高稳定度直流电源较易获得。（2）电桥输出U是直流，这样就可以直接反映出被测参数的极性，同时可直接用直流仪表进行测量。（3）对从传感器（测

7、量头）到测量仪表的连接导线（传输电缆）要求较低。不受杂散分布电容等因素的影响。（4）电路简单。缺点：（1）直流放大器抗干扰能力差。（2）易受零点漂移和接地电位的影响。四、交流电桥交流电桥采用交流激励电压。电桥的四个臂可为电感、电容或电阻。电桥平衡条件：把各阻抗用指数式表示，，，代入上式电桥平衡必须满足两个条件其中，为各阻抗的模；为阻抗角。阻抗角是各桥臂电流与电压之间的相位差。纯电阻时电流与电压同相位，φ=0；电感性阻抗，φ>0；电容性阻抗，φ<0。1.纯电阻电桥电源为交流，平衡条件与直流电桥相同。2.电容电桥,,,平衡条件即所以3.

8、电感电桥,,,13测试技术与信号分析第四章信号调理、处理和记录平衡条件即所以4．实用的应变片测量电路在实际工作中，为提高电路的抗干扰能力，往往采用交流电桥，即采用5～10kHz的交流电源，而4个桥臂为纯电阻（传感器为应变片是存电阻），