测试技术第4章ppt课件.ppt

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1、第4章信号的调理与记录教学内容：§1电桥§2调制与解调§3信号的放大与衰减§4滤波器§5信号的显示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。4.1电桥定义：电桥是将电阻、电感、电容等参量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

2、的精度和灵敏度。被广泛的用作仪器测量电路。按激励电源分为：直流电桥与交流电桥；按工作原理分为：平衡电桥和不平衡电桥；按桥臂接入的阻抗元件不同：电阻电桥、电容电桥、电感电桥。4.1.1直流电桥（适于静态量的测量）以电阻R1、R2、R3、R4组成电桥四个桥臂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，则直流电桥输出电压：直流电桥的平衡条件：常用的电桥连接形式：半桥单臂半桥双臂全桥连接图4-2直流电桥的连接方式a）半桥单臂b）半桥双臂c）全桥对于单臂电桥，在工作时仅有一个桥臂电阻值随被测量变化，设该电阻为R1，其变化量为△R，则输

3、出电压为：设则（4-6）半桥双臂连接形式：工作时有两个桥臂（一般为相邻桥臂）电阻值随被测量而变化，即：，则由式（4-4）可证明，当R1=R2=R0，ΔR1＝－ΔR2＝ΔR，R3=R4=R0，则电桥输出（4-7）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,且输出为：（4-8）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。电桥的和差特性：1）若相邻两桥臂电阻同向变化，所产生输出电压的变化将相互抵消；2）若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

4、叠加。和差特性应用实例：1）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。2）柱形梁作敏感元件测力：四个纵向应变片两两串联，接入相对桥臂;横向应变片主要起温度补偿作用。结论：电桥接法不同，灵敏度不同，全桥接法可以获得最大灵敏度。例题1：以阻值、灵敏度s=2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。图4-3平衡电桥上述电桥是在不平衡条件下工作的，它的缺点

5、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，从而产生测量误差。为此，在某些情况下采用平衡电桥(如图4—3)。出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。4.1.2交流电桥采用交流电源（5～10kHz）激励。交流电桥达到平衡时必须满足：各桥臂的复数阻抗为则上式成立的条件是图4-7电容电桥若电桥平衡，则两相邻桥臂为纯电阻R2、R3，另外相邻两臂为电容C1、C4。此时R1、R4可视为电容介质损耗的等效电阻。图4-8电感电桥若电桥平衡，则：图4-9电阻

6、交流电桥的分布电容图4-10具有电阻电容平衡的交流电阻电桥导线间存在分布电容电容C2是一个差动可变电容器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。4.2调制与解调调制：利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数的过程。解调：是指从已调

7、制信号中恢复出原低频调制信号的过程。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）。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；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，

8、最后解调。应用实例：差动变压器式位移传感器；交流电桥等。图4-8载波、调制信号、调幅波和调频波4.2.1调幅及其解调1、调幅原理将高频载波信号与被测信号相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。调幅的过