信号的调理与显示记录PPT课件
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R3=R4=R0 ，则电桥输R出 U y 2R0 U0
R1 R1, R2 R2 , R3 R3, R4 R4
（3）全桥连接法：四个桥臂的阻值均随被测量而变化，即：
当输R出1=为R：2U=Ry3=R4R=R0RU0,且0 ΔR1=－ΔR2=ΔR3=－ΔR4=ΔR，
结论：电桥的输出电压与激励电压成正比，但比例系数 不同。
定义电桥的灵敏度为
S Uo R R
则有：
单臂电桥灵敏度 Uo ； 4
半桥灵敏度 Uo ； 2
全桥灵敏度U
。
o
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。
4. 温度补偿问题
例2 半桥测量时进行温度补 偿——桥路补偿法
R1、R2完全相同，处于相同温 度场中，并且接入相邻臂。
在力P和温度 t 的作用下，R1上
2. 直流电桥的输出特性
考虑右图所示直流电桥 的输出特性，分析输出电 压和各桥臂应变之间的定 量关系。
U BD
U BA
U DA
U0 R1 R1 R2
U 0 R4 R3 R4
R1
R1R3 R2
R2R4
R3
R4
U0
设电桥四臂阻值相等R1=R２=R３=R４=R，且增量分别为ΔR1、 ΔR３、ΔR２ 、ΔR４，则电桥的输出为：
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
根据输出测量方式的不同： 不平衡电桥 平衡电桥
第四章 信号调理
一．直流电桥：
R1
R3
E
V
R4
R2
基本结构：电阻
➢ 增大电阻应变片的灵敏度可以提高电桥的输出电压。
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。
悬臂梁应变仪结构
3. 直流电桥的连接形式
半桥单臂 半桥双臂 全桥
uo
uo
uo
ue
ue
ue
（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：
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：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 。
1. 直流电桥平衡条件：
I1
u0 R1 R2
;
I2
u0 R3 R4
U ab
I1R1
R1 R1 R2
u0
U ad
I 2 R4
主要内容
4.1 信号调理的目的 4.2 信号放大 4.3 调制与解调 4.4 滤波 4.5 信号显示与记录
本章学习重点
测试信号调理的作用和意义； 电桥作用原理及其在信号调理中的
作用；
信号调制与解调的原理及其相关电
路；
基本类型的滤波器的工作原理、相
关电路及其应用；
4.1 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能 直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需 要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。
如果相邻桥臂的应变极性一致，即同时为 拉应变或压应变，则输出电压为两者之差； 若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电 压为两者之和。若相对两桥臂应变的极性 一致，输出电压为两者之和；反之为两者 之差——电桥和差特性(加减特性)。
➢ 供桥电压越高，输出电压越大，所以提高供桥电压可以提高电 桥的灵敏度。但是当供桥电压增大时，通过应变片的电流也较 大，易引起蠕变和零漂。
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。
R4 R3 R4
u0
uy
Udb
Uab
U ad
( R1 R1 R2
R3
R4
R4
)u0
R1R3 R2R4 (R1 R2 )(R3 R4 )
u0
Baidu Nhomakorabea衡条件：对臂电阻乘积相等。即：R1R3=R2R4
讨论： 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。
Uy
R1 R R1 R2 R
R4 R3 R4
U0
设相邻桥臂的阻值相等，亦即：
R1=R2=R0,R3=R4=R0‘,又若R0=R0’,则
Uy
4
R0
R 2R
U
0
若ΔR<<R0,则
Uy
R 4R0
U0
（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 ，
2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰 噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。或者提取 感兴趣的频率成分。
3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
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。
因此，还需进一步调理、放大、滤波等加工处理。
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；
第四章 信号调理
4.2 信号放大
1 目的
信号放大目的
幅度增加
(1)抗干扰; (2)阻抗匹配
2 分类
直流放大器
时间域
频率域
幅度增大 低频保留,高频截止
放大器
交流放大器 电荷放大器
幅度增大 高频保留,低频截止 电荷增大
4.2.1 电 桥
的电阻变化率为：
U0
(2R
R(R1 R2 R3 R1 R2 )(2R
R4 ) R3 R4 )
当
时可以得到：
组桥时，应变片的灵敏系数K必须一致，上式又可写成
结论：
➢ 电桥输出电压和各桥臂电阻变化量的代数和成正比，所以电桥 输出电压可以反映被测量引起的电阻值的变化量。如果桥臂电 阻变化由电阻应变片阻值的变化产生，则电桥的输出电压和应 变成线性关系：
R1 R1, R2 R2 , R3 R3, R4 R4
（3）全桥连接法：四个桥臂的阻值均随被测量而变化，即：
当输R出1=为R：2U=Ry3=R4R=R0RU0,且0 ΔR1=－ΔR2=ΔR3=－ΔR4=ΔR，
结论：电桥的输出电压与激励电压成正比，但比例系数 不同。
定义电桥的灵敏度为
S Uo R R
则有：
单臂电桥灵敏度 Uo ； 4
半桥灵敏度 Uo ； 2
全桥灵敏度U
。
o
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。
4. 温度补偿问题
例2 半桥测量时进行温度补 偿——桥路补偿法
R1、R2完全相同，处于相同温 度场中，并且接入相邻臂。
在力P和温度 t 的作用下，R1上
2. 直流电桥的输出特性
考虑右图所示直流电桥 的输出特性，分析输出电 压和各桥臂应变之间的定 量关系。
U BD
U BA
U DA
U0 R1 R1 R2
U 0 R4 R3 R4
R1
R1R3 R2
R2R4
R3
R4
U0
设电桥四臂阻值相等R1=R２=R３=R４=R，且增量分别为ΔR1、 ΔR３、ΔR２ 、ΔR４，则电桥的输出为：
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
根据输出测量方式的不同： 不平衡电桥 平衡电桥
第四章 信号调理
一．直流电桥：
R1
R3
E
V
R4
R2
基本结构：电阻
➢ 增大电阻应变片的灵敏度可以提高电桥的输出电压。
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。
悬臂梁应变仪结构
3. 直流电桥的连接形式
半桥单臂 半桥双臂 全桥
uo
uo
uo
ue
ue
ue
（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：
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：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 。
1. 直流电桥平衡条件：
I1
u0 R1 R2
;
I2
u0 R3 R4
U ab
I1R1
R1 R1 R2
u0
U ad
I 2 R4
主要内容
4.1 信号调理的目的 4.2 信号放大 4.3 调制与解调 4.4 滤波 4.5 信号显示与记录
本章学习重点
测试信号调理的作用和意义； 电桥作用原理及其在信号调理中的
作用；
信号调制与解调的原理及其相关电
路；
基本类型的滤波器的工作原理、相
关电路及其应用；
4.1 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能 直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需 要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。
如果相邻桥臂的应变极性一致，即同时为 拉应变或压应变，则输出电压为两者之差； 若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电 压为两者之和。若相对两桥臂应变的极性 一致，输出电压为两者之和；反之为两者 之差——电桥和差特性(加减特性)。
➢ 供桥电压越高，输出电压越大，所以提高供桥电压可以提高电 桥的灵敏度。但是当供桥电压增大时，通过应变片的电流也较 大，易引起蠕变和零漂。
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。
R4 R3 R4
u0
uy
Udb
Uab
U ad
( R1 R1 R2
R3
R4
R4
)u0
R1R3 R2R4 (R1 R2 )(R3 R4 )
u0
Baidu Nhomakorabea衡条件：对臂电阻乘积相等。即：R1R3=R2R4
讨论： 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。
Uy
R1 R R1 R2 R
R4 R3 R4
U0
设相邻桥臂的阻值相等，亦即：
R1=R2=R0,R3=R4=R0‘,又若R0=R0’,则
Uy
4
R0
R 2R
U
0
若ΔR<<R0,则
Uy
R 4R0
U0
（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 ，
2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰 噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。或者提取 感兴趣的频率成分。
3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
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。
因此，还需进一步调理、放大、滤波等加工处理。
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；
第四章 信号调理
4.2 信号放大
1 目的
信号放大目的
幅度增加
(1)抗干扰; (2)阻抗匹配
2 分类
直流放大器
时间域
频率域
幅度增大 低频保留,高频截止
放大器
交流放大器 电荷放大器
幅度增大 高频保留,低频截止 电荷增大
4.2.1 电 桥
的电阻变化率为：
U0
(2R
R(R1 R2 R3 R1 R2 )(2R
R4 ) R3 R4 )
当
时可以得到：
组桥时，应变片的灵敏系数K必须一致，上式又可写成
结论：
➢ 电桥输出电压和各桥臂电阻变化量的代数和成正比，所以电桥 输出电压可以反映被测量引起的电阻值的变化量。如果桥臂电 阻变化由电阻应变片阻值的变化产生，则电桥的输出电压和应 变成线性关系：