信号调理与记录1

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1、第4章信号的调理与记录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，需要经过适当的调理，使之转换为便于处理、接收和显示的形式。信号调理与记录中常用环节：电桥、调制与解调、放大器、滤波器、记录器等。第一节电桥电桥将电阻、电容、电感等参数的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。其转换的实质是一种信息的传递，即通过电参量来控制工作电压的幅度变化，从而将电参量变化的信息加到输出电压信号上，其能量由工作电源提供。电桥电路简单可靠，具有很高的精度和灵敏度被广泛的用作仪器测量电路。电桥按其所使用的激励电源类型直流电桥交流电桥按其工作原理

2、平衡电桥不平衡电桥按桥臂接入的阻抗元件不同电阻电桥电容电桥电感电桥一、直流电桥图4－1直流电桥的基本结构形式当输入端后接输入阻抗较大的仪表或放大电路时，可视为开路，其输出电流为零，此时有a与b之间和a与d之间的电位差分别为由此可得输出电压（4－4）（4－3）（4－2）（4－1）由式(4－4)可知，若要使输出为零，亦即当电桥平衡时，则应有（4－5）讨论：式4－5为直流电桥平衡条件。若电桥中任一个或数个电阻发生变化，电桥输出电压变化。测量电桥就是基于上述原理工作。图4－2直流电桥的连接方式a）半桥单臂b）半桥双臂c）全桥电桥连接形式:半桥单臂，半

3、桥双臂和全桥连接（1）半桥单臂连接形式：工作时仅有一个桥臂电阻值随被测量而变化，设该电阻为R1，变化量为ΔR，则由式（4-1）可得：设相邻桥臂的阻值相等，亦即：R1=R2=R0,R3=R4=R0’,又若R0=R0’,则若ΔR<

4、2=ΔR3=－ΔR4=ΔR，输出为：结论：式（4－6）、（4－7）、（4－8）表明，电桥的输出电压与激励电压成正比，但比例系数不同。（4－8）直流电桥的和差特性：和差特性内容：相邻两桥臂电阻同向变化，所产生的输出电压的变化将相互抵消；相邻两桥臂电阻反向变化，所产生的输出电压的变化将相互迭加；和差特性应用实例：悬臂梁作敏感元件测力：为提高灵敏度，常在梁的上，下表面各贴一片应变片，并将上述两应变片接入电桥的相邻两桥臂。直流电桥的零位测量法：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，或者环境温度有变化时，都会引起电桥输出的变化，

5、从而产生测量误差。为此，在某些情况下采用平衡电桥如图所示由于平衡电桥最终的输出为零，因此测量误差取决于可调电位器的精确度，而与电桥电源电压无关，直流电桥适合于静态量的测量。二、交流电桥与直流电桥的不同点：激励电源为交流电源；桥臂可以是电阻、电感或电容；电桥平衡分析：式中，zi－各桥臂的复数阻抗，zi=Z0iejφi，代入上式得交流电桥平衡条件：阻抗角表示桥臂电流与电压之间的相位差：当桥臂为纯电阻时，φ＝0；若为电感性阻抗时，φ>0；若为电容性阻抗时，φ<0。桥臂结构可采取不同的组合方式，以满足相对桥臂阻抗角之和相等这一条件。如电容电桥和电感电

6、桥。交流电桥平衡条件:1)两对桥臂模的乘积相等；2)阻抗角的和相等。1)电容电桥2)电感电桥3)交流电阻电桥影响交流电桥测量精度的因素：电桥各元件之间的互感耦合；泄漏电阻以及元件间、元件对地之间的分布电容；邻近交流电路对电桥的感应影响。交流电桥的激励电源要求其电压波形和频率必须具有很好的稳定性。一般采用音频交流电源（5～10kHz）作为电桥电源。电桥输出将为调制波，后接交流放大电路简单而无零漂，并且解调电路和滤波电路容易去除干扰而获得有用信号。第二节调制与解调调制：是使一个信号的某些参数在另一信号的控制下而发生变化的过程。或指利用某种低频信号

7、来控制或改变某一高频信号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。解释：高频振荡信号称为载波；控制高频振荡的低频信号为调制信号；调制后的高频振荡信号为已调制信号（便于放大和传输）（直流放大会出现零漂和极间耦合）调制分类：当被控制的量是高频振荡信号的幅值时，称为调幅(AM)；已调制信号为调幅波；当被控制的量为高频振荡信号的频率时，称为调频(FM)；已调制信号为调频波；当被控制的量为高频振荡信号的相位时，称为调相(PM)；已调制信号为调相波；解调：则是从已调制波信号中恢复出原有低频调制信号的过程。调制与解调的应用：应用分析：传感器输出的低频微弱信号需

8、要放大。直流放大，存在零漂和级间耦合，容易失真；交流放大，抗零漂，故一般先将低频信号调制为高频信号，再交流放大，最后解调。应用实例：差动变压器式位移传感器；交流电桥