测试技术基础第四章 信号调理、处理和记录.ppt

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1、第四章信号调理、处理和记录主要内容电桥调制与解调滤波器信号的放大、显示与记录第一节电桥定义：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。输出既可用指示仪表直接测量，也可送入放大器进行放大。特点：电路简单、有较高的精确度和灵敏度分类:按激励电压的性质：直流电桥和交流电桥按照输出方式：不平衡桥式电路和平衡桥式电路直流电桥基本形式平衡条件要使电桥平衡，输出为零，应满足直流电源输出电压直流电桥输出特性半桥单臂法输出电压为了简化设计若，则输出电压因，所以电桥的输出与激励电压成正比，且在条件下，与成正比。灵敏度半桥单臂联接方式直流电桥输出特性半桥双臂法输出电压

2、灵敏度与半桥单臂相比，灵敏度提高了一倍，电桥的输出与成完全线性关系直流电桥输出特性全桥法输出电压灵敏度电桥接法不同，输出电压也不同，全桥接法可获得最大输出不平衡桥式电路上述电桥是在不平衡条件下工作的，它的缺点是电压不稳定，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。因此，在某些情况下采用平衡电桥。平衡桥式电路设被测量等于零时，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

3、量的数值。特点读数时电表指针G始终指零，“零点测量法”应用静态电阻应变仪：手动实现平衡电子电位差计、X-Y记录仪：自动调平衡平衡桥式电路的特点及应用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交流电桥平衡条件交流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。电容传感器电感传感器电阻传感器电容电桥平衡条件平衡条件要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，即调节电阻达到平衡，调节电

4、容达到平衡电感电桥平衡条件平衡条件纯电阻电桥应注意的问题由于导线间存在分布电容。因此，除了有电阻平衡外，还须有电容平衡动态电阻应变仪中的具有电阻和电容平衡的纯电阻电桥第二节调制与解调目的：放大信号、便于传输调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化的过程。前一信号称为载波，后一信号（控制信号）称为调制信号。最后的输出是已调制波。解调：最终从已调制波中恢复出调制信号的过程。许多传感器的输出就是一种已调制信号！根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅（AM）----调幅波调频（FM）----调频波调相（PM）----调相波一、调幅及其解调定义：调幅是将一个高频简

5、谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化。调幅原理由傅立叶变换的性质知：在时域中两个信号相乘，则对应在频域中这两个信号进行卷积，即余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处。若以高频余弦信号作载波，把信号x(t)和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至载波频率处，幅值减半。即，调幅过程相当于频谱“搬移”过程调幅过程须注意的问题从调幅原理看，载波频率必须高于原信号中的最高频率才能使已调波仍保持原信号的频谱图形，不致重叠。为了减小放大电路可能引起的失

6、真，信号的频宽相对中心频率（载波频率）应越小越好。实际载波频率常至少数倍甚至数十倍于调制信号。幅值调制装置实质上是一个乘法器。电桥在本质上也是一个乘法装置。解调11）同步解调把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行“搬移”。若用一个低通滤波器滤去中心频率为的高频成分，那么将可以复现原信号的频谱（幅值减小为一半），这一过程称为同步解调。“同步”指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。解调2（2）偏置解调把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量A，使偏置后的信号都具有正电压，那么调幅波的包络线将具有原调制信号的形状。把该调幅波简单地整流、滤波就可

7、恢复原调制信号。如果原调制信号中有直流分量，则在整流后应准确地减去所加的偏置电压。解调3（2）偏置解调若所加的偏置电压未能使信号电压都在零线的一侧，则对调幅波简单地整流不能恢复原调制信号。相敏检波技术可解决此问题。相敏检波相敏检波的工作原理原信号、调幅波与载波之间的关系当，调幅波与载波同相位；当，调幅波与载波反相位工作原理调幅波与载波y(t)同相载波电压为正均为正（原信号x(t)为正）载波电压为负调幅波与载波y(t)异相载波电压为正均为负（原信号x(t)为负）载波电压为负利用二极管的单向导通作用将电路输出机性换向动态电阻应变仪电桥调幅与相敏检波的典型