信号调理、处理和记录

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1、机械工程测试技术基础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；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、放大器、滤波器、调制器与解调器等。第四章信号调理与记录第一节电桥第二节调制与解调第三节滤波器第四节信号的放

2、大前序1、被测量经传感器之后的输出信号一般具有以下特点：信号比较微弱；为非电压信号；携带噪声信号等。2、因此，还需进一步调理、放大、滤波等加工处理。3、本章主要讨论信号调理和转换中的常用环节：电桥；调制与解调；滤波；放大。第一节电桥定义：电桥是将电阻、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。特点：桥式电路简单可靠，精度和灵敏度很高，应用广泛。分类：根据其所采用的激励电源类型：直流电桥交流电桥一、直流电桥基本结构：电阻R1,R2,R3,R4作为四个桥臂，在a、c两端接入直流电源ue，在b、d两端输出电压uo。工作原理：

3、利用四个桥臂中的一个或数个的阻值变化而引起电桥输出电压的变化。ueuo电路分析：ueueueueueueu0讨论：式4－2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。（4－1）（4－2）直流电桥的连接形式：半桥单臂半桥双臂全桥ueuoueuoueuo（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、（4－4）（4－5）（2）半桥双臂连接形式：工作时有两个桥臂电阻值随被测量而变化，即：R1＋ΔR1，R2＋ΔR2，则由式（4-1）可证明，当R1=R2=R0，ΔR1＝－ΔR2＝ΔR，R3=R4=R0，则电桥输出（4－6）（3）全桥连接法：四个桥臂的阻值均随被测量而变化，即：当R1=R2=R3=R4=R0,且ΔR1=－ΔR2=ΔR3=－ΔR4=ΔR，输出为：结论：式（4－5）、（4－6）、（4－7）表明，电桥的输出电压与激励电压成正比，但比例系数不同。（4－7）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，产生得输出电压得

5、变化将相互抵消；相邻两桥臂电阻同向变化，产生得输出电压得变化将相互抵消；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。柱形梁作敏感元件测力：四个纵向应变片俩俩串联，接入相对桥臂;横向应变片主要起温度补偿作用。悬臂梁应变仪结构直流电桥的零位平衡调节差动串联平衡调节：适于较大范围的电阻调节；差动并联平衡调节：适于微小的电阻调节。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=Z

6、0iejφi，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桥。电容电桥ueuo电感电桥ueuo交流电阻电桥ueuoueuo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。三、带感应耦合臂的电桥带感应耦合臂的电桥是将

7、感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成的电桥，一般有以下两种形式：电容传感器作为电桥的一部分，电容变化转换为电桥电压输出。图示为电感、电容组成的交流电桥。电桥的输出为一调幅波，经放大、相敏解调、滤波后输出。实例分析：直流和交流放大电路（补充内容）1直流放大电路电压增益:1)反相放大器反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。2)同相放大器同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。同相放大器也是最基本的电路，其闭环电压增益Av为:2交流放大电路

8、若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。第二节调制与解调调制：是指利用某种低频信号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