05-1 信号调理的目的,信号放大,调制与解调-信号调理技术
信号的调理与记录
第四章电桥信号的调理与记录调制与解调 滤波器 信号的放大 测试信号的显示与记录信号调节器一.信号调节器的功能 对传感器输出的原始信号或系统中某一 环节的输出信号进行再加工，以满足下一 环节输入要求的需要。
信号调理原理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。
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。
信号调节器二. 信号调节器的种类1. 参量变换型：常用于参量型传感器，将电参量变换成电压和电流量。
被测量 参量型传感器 ΔR, ΔL, ΔC 电桥、谐振电路 ΔV, ΔI2. 阻抗变换、幅度调节被测量 发电型传感器 ΔU, ΔI 放大、衰减、阻抗匹配、变换 V, I3. 调制、解调被测量 传感器 调制 调制波 解调 放大、传送 输出信号调节器4. 品质调节：线性化处理—扩大测量范围，减少非线性失真； 滤 波—保持有用信号，消除干扰；倍频、细分—提高测量精度； 5. A/D、D/A转换：与计算机相联系。
4.1应变仪电桥的工作原理当传感器把被测量转换为电路或磁路参数的变化后，电桥可 以把这种参数变化转变为电桥输出电压的变化。
电桥按其电 源种类不同可以分为直流电桥和交流电桥。
直流电桥只能用 于测量电阻的变化，而交流电桥可以用于测量电阻、电感和 电容的变化。
当电桥输出端接入的仪表或放大器的输入阻抗足够大 时，可认为其负载阻抗为无穷大。
这时把电桥称为电压 桥； 当其输入阻抗与内电阻匹配时，满足最大功率传输条 件，这时电桥被称为功率桥或电流桥。
• 电阻传感器常用的测量电路为电桥电路. • 根据电源分为直流桥和交流桥. • 按输出信号分电压桥 和功率桥。
直流电桥的桥臂只能为电阻，如图 8.3-1直流电桥所示。
电阻R1、R2、 R3、R4作为四个桥臂，在A、C端 (称为输入端，电源端)接入直流电源 U0，在B、D端(称为输出端，测量端) 输出电压UBD。
电路中的数据采集与处理技术
电路中的数据采集与处理技术一、概述电路中的数据采集与处理技术在科技领域中具有重要的应用价值。
随着科技的不断发展和进步，各类电子设备都需要采集和处理数据，以便于进行各类分析和控制。
本文将介绍电路中的数据采集与处理技术的原理及应用。
二、数据采集技术1.模拟信号采集模拟信号采集是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
常用的模拟信号采集技术包括采样和量化两个步骤。
采样是指按照一定频率对模拟信号进行取样，将连续的模拟信号转换为离散的样点；量化是指将取样后的数据转换为一定精度的数字信号。
模拟信号采集技术主要应用于传感器数据的采集、音频信号处理等领域。
2.数字信号采集数字信号采集是指直接采集已经被模数转换器（ADC）转换为数字信号的信号源。
数字信号采集的主要特点是信号在整个采集过程中一直保持为数字信号，无需经过模拟信号的转换。
数字信号采集技术广泛应用于通信系统、图像处理等领域。
三、数据处理技术1.滤波器滤波器是数据处理中常用的技术之一，其目的是去除信号中的噪声或不需要的频段，并保留主要的信息。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
滤波器的设计和选择要根据具体需求和信号特性进行。
2.信号调理信号调理是指对数据进行预处理，以减小采集误差和增强数据质量。
常见的信号调理技术包括放大、去偏、增益控制等。
信号调理的目的是保证采集到的数据准确可靠，为后续的分析和处理提供可靠的基础。
3.数据压缩和编码数据压缩和编码是在数据存储和传输中常用的技术。
通过压缩和编码，可以减小数据的存储空间和传输带宽，提高效率。
常见的数据压缩和编码算法包括哈夫曼编码、等比例编码等。
四、应用案例1.物联网领域在物联网领域中，大量传感器需要采集环境数据，如温度、湿度、光照等。
数据采集与处理技术能够帮助物联网设备将传感器采集的数据经过处理后进行分析和控制，实现自动化和智能化。
2.医疗仪器在医疗仪器中，数据采集与处理技术能够帮助医生获取患者的生理参数、病情信息等数据，为医生提供可靠的数据支持，辅助医疗诊断和治疗。
信号调理电路工作原理
信号调理电路工作原理信号调理电路工作原理信号调理电路是一种用于优化和改善信号质量的电路，它在电子设备中起到至关重要的作用。
在本文中，我们将深入探讨信号调理电路的工作原理。
什么是信号调理电路？信号调理电路是一种用于处理传感器信号、放大信号、滤波信号等的电路。
它可以帮助我们从原始信号中提取所需的信息，并减少噪音和失真。
信号调理电路的组成信号调理电路由多个组件组成，包括：1.放大器：用于放大输入信号的电压或电流。
放大器可以增加信号的幅度，提高信噪比。
2.滤波器：用于去除信号中的杂散噪声和不必要的频率成分。
滤波器根据信号频率特性，通过滤波器形成期望的输出信号。
3.转换器：用于将输入信号从一种形式转换为另一种形式，例如模数转换器将模拟信号转换为数字信号，或者数字模数转换器将数字信号转换为模拟信号。
4.压缩器：用于压缩信号的动态范围，以适应特定应用的需求。
压缩器能够对信号进行动态范围的调整，使得信号在不同场景下得到最佳的表现。
5.校准电路：用于调整和校准传感器输出的电路。
校准电路能够对传感器输出的信号进行校准，以保证准确性和可靠性。
信号调理电路的工作原理信号调理电路的工作原理主要包括以下几个步骤：1.采集信号：首先，信号调理电路会采集传感器或其他信号源发出的原始信号。
这个原始信号可能被噪音、失真等干扰所影响。
2.放大信号：接下来，信号调理电路会使用放大器放大输入信号的幅度。
这样做可以增加信号的强度，提高信噪比，并将信号范围调整到合适的水平。
3.滤波信号：信号调理电路还会使用滤波器来滤除干扰信号和不必要的频率成分。
这可以帮助提取我们所需的特定信号，并减少对后续处理环节的影响。
4.转换信号：根据应用需求，信号调理电路可能会将信号从一种形式转换为另一种形式。
例如，模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，以便进行后续数字处理。
5.压缩信号：如果信号的动态范围太大，信号调理电路可能会使用压缩器来压缩信号的幅度范围。
这样可以确保信号在不同场景下得到适当的展示和处理。
信号的调理与记录
VZ
该电路的精度和稳定性都很高，可作为基准电压。K=1， u0=6V
5.3 信号放大电路
练习2
u0
直接用三的公式得
- + +
RF
u-
u+
||
CF
R1
R2
ui
第五章、测试信号调理技术
信号的滤波 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分． 低通 高通 带通 带阻
纹波幅度d ：一定额率范围内，实际滤波器的幅频特性可能呈波 纹变化。 波动幅度d与幅频特性平均值A0相比越小越好，一般应小于-3dB。
截止频率fc :幅频特性值等于0.707A0所对应的频率．
实际滤波器 理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中通带和阻带间应没有严格的界限,，存在一个过渡带。
_
+
+
ui
uo
4.差动放大器
根据虚短 u+ u－ 可得
+
R2
R1
R1
ui2
uo
R2
ui1
电路特点：输出与两输入的差值反相，性能稳定性稍差，输入阻抗低。
闭环增益K：
输入阻抗：
5.3 信号放大电路
5.3 信号放大电路
5.电压比较器
（1）电压比较器的作用 比较两输入信号大小，并以输出高、低电平来指示。电压波形的整形。因此又称为整形电路。 （2）电压比较器的特点 输入模拟量，输出数字量。实现模拟量与数字量间的转换。 （3）电压比较器工作原理 由uo=Av(u+－u－)可知，只要开环Av很大，则v+、v－间的微小差值，即可使运放输出工作在饱和状态。 因此，v+ > v- 时， Vo=Vomax（正饱和值） v+ < v- 时， Vo=Vomin （负饱和值） v+ = v- 时， 逻辑状态转换
第四章_信号调理
电阻应变仪
Resistance Strain Meter
利用电阻应变片作 为传感元件来测量应 变的专用电子仪器称 为电阻应变仪。
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电阻应变仪分类
（按频率分类）
静态电阻应变仪（5Hz ） 静动态电阻应变仪（0~200Hz） 动态电阻应变仪（0~1500Hz） 超动态电阻应变仪（几十千赫兹）
f (t ) (t ) f (0) (t ), f (t ) (t t 0 ) f (t 0 ) (t t 0 )
2）积分特性
f (t ) (t ) f (0), f (t ) (t t 0 ) f (t 0 )
3）卷积特性
f (t ) * (t ) f ( ) (t )d f (t )
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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。
第四章 信号调理
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4.2 信号放大
1 目的
(1)抗干扰; 信号放大目的 幅度增加 (2)阻抗匹配
2 分类
时间域 直流放大器 放大器 交流放大器 电荷放大器 幅度增大 幅度增大 电荷增大 频率域 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止
整流检波
xm(t)=[A+x(t)]cos2πf0t
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若把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量，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，如图所示。把该调幅波进行简单的半波或 全波整流、滤波，并减去所加的偏置电压就可以恢复原调 制信号。 这种方法又称作包络分析。
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第四章 信号调理
第五章、测试信号调理技术
第五章、 第五章、测试信号调理技术
测试技术
5.2 信号放大
分类
直流放大器 交流放大器 放大器 直流电桥 交流电桥 电荷放大器
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特点 低频保留, 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止 高频保留,
5.2 信号放大电路
测试技术
1 直流放大电路
1) 反相放大器 电压增益: 电压增益:
5.2 信号放大电路 2)同相放大器 2)同相放大器 同相放大器也是最基 本的电路 ，其闭环电压 增益Av Av为 增益Av为:
测试技术
RF Av = 1 + R1
同相放大器具有输入阻抗非常高， 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。 抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
S= Uo U = i ∆R0 / R0 2
全桥、四臂输出 全桥、
Uo =
S=
∆R Ui R0
S=
Uo U ≈ i ∆R0 / R0 4
Uo = Ui ∆R0 / R0
统一表示： 统一表示：
∆R Uo = K Ui R0
S=
Uo = KU i ∆R0 / R0
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测试技术
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5.3调制与解调 调制与解调
测试技术
4 频率调制
调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频 调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频 x(t) 或者说，调频波是一种随信号x(t) x(t)的电压 率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压 幅值而变化的疏密度不同的等幅波. 幅值而变化的疏密度不同的等幅波.
R1 Vin R2 R3
第四章 信号调理和处理
第四章 信号调理和处理
幅值调制器实际 上是个乘法器
1
y 1( t )
0 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
调制信号
乘法器
载波
调幅波
2.963
−3
2 3
3 2 0 t 10
1 y 3( t ) y 2( t ) 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Uy
∆R 4⋅ Ro
⋅ Uo
2
− 2.963
解调： 解调：是从已调制波中恢复出调 制信号（测试信号）的过程。 制信号（测试信号）的过程。 解调是调制的逆过程。 解调是调制的逆过程。
10
第四章 信号调理和处理
调幅与解调过程（数学描述与波形频谱分析） 调幅与解调过程（数学描述与波形频谱分析） 与波形频谱分析
调幅是将一个高频正弦信号（或称载波） 调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相 使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。 乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。
3
第四章 信号调理和处理
4.2 调制与解调
本节内容
调制与解调的基本概念 调幅及其解调 调频及其解调
4
第四章 信号调理和处理
在测试技术中， 在测试技术中，调制是工程测试信号在传输过程中常用 的一种调理方法， 的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及 信号的传输问题。例如，被测物理量，如温度、位移、 信号的传输问题。例如，被测物理量，如温度、位移、力等 参数，经过传感器交换以后，多为低频缓变的微弱信号， 参数，经过传感器交换以后，多为低频缓变的微弱信号，对 这样一类信号，直接送入直流放大器放大会遇到困难，因为， 这样一类信号，直接送入直流放大器放大会遇到困难，因为， 采用级间直接耦合式的直流放大器放大， 采用级间直接耦合式的直流放大器放大，将会受到零点漂移 的影响。当漂移信号大小接近或超过被测信号时， 的影响。当漂移信号大小接近或超过被测信号时，经过逐级 放大后，被测信号会被零点漂移淹没。 放大后，被测信号会被零点漂移淹没。为了很好地解决缓变 信号的放大问题， 信号的放大问题，信息技术中采用了一种对信号进行调制的 方法，即先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去， 方法，即先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然 后利用交流放大器进行放大， 后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中 取出放大了的缓变信号。 取出放大了的缓变信号。上述信号传输中的变换过程称为调 制与解调。 制与解调。
机械工程测试技术 试题及答案
测试技术试题及答案第一次作业1、一般计算机测量系统的基本组成包括哪些主要环节，每个环节的作用是什么?答：主要环节：试验装置、测量装置、数据处理装置、记录装置。
作用：1试验装置：试验装置是使被测对象处于预定的状态下，并将其有关方面的内在联系充分显露出来，以便进行有效测量的一种专门装置。
2测量装置：测量装置是把被测量通过传感器变换成电信号，经过后接仪器的变换、放大、运算，将其变成易于处理和记录的信号。
3数据处理装置：数据处理装置是将测量装置输出的信号进一步进行处理以排除干扰和噪声污染，并清楚的估计测量数据的可靠度，获取有用的特征信息。
4记录装置：记录装置是测试系统的输出环节，它可将对被测对象所测得的有用信号及其变化过程显示或记录下来。
第二次作业3、阐述测量装置的静态特性指标及其定义？答：一、线性度：是指测试系统的输入输出保持直线关系的程度。
二、灵敏度：输入量变化与其所引起的输出量变化的比值。
三、分辨力：是指仪器能检测出和显示被测信号的最小变化量，是最小单位输出量所对应的输入量。
四、迟滞误差：测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量，这种现象称为迟滞。
五、漂移：在正常使用的条件下，输入量不发生任何变化，而测试系统的输出量在经过一段时间后却发生了改变，这种现象称为漂移。
六、重复性：是指传感器在输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得曲线不一致的程度。
七、稳定度：稳定度是指在规定的工作条件下，测试系统的某些性能随时间变化的程度。
4、线性定常系统有那些基本特性？说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。
答：基本特性：1叠加性，2比例性，3微分特性，4积分特性，5频率保持性。
频率保持性在测量中的作用：根据频率保持性，若知道输入激励频率，则在所测得的响应信号中只有与输入激励信号同频率的分量才是输入所引起的，而其他频率分量都是噪声。
5、频率响应函数、幅频特性和相频特性的物理意义是什么？测试系统实现不失真测试的条件是什么？答：频率响应函数物理意义：系统稳态输出信号y(t)的傅里叶变换和输入信号x(t)的傅里叶变换之比： 幅频特性物理意义：系统稳态输出和输入的幅值比A(ω) ,反应测试系统对输入信号频率分量的幅值缩放能力。
测试信号调理
华中科技大学机械学院
C=
εA
d
=
ε 0ε r A
d
将电容传感器作为电桥的一部分，即充当桥臂，组成单臂或 差动半桥形式，并依从电桥平衡原理及加减特性。 例： 双臂差动电容测量电路
工作原理为： 工作原理为： 双臂电桥由一稳频、稳幅和固定波形低阻电源作为供桥电压。
平衡条件为：
•
z 2 c1 δ 1 = = z1 c 2 δ 2
z(t)
乘法器 乘法器
滤波器 滤波器
x(t)
信号调理 幅度调制与解调过程（ 幅度调制与解调过程（数学描述） 数学描述）
x(t) z(t)
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乘法器 乘法器
x m(t)
x(t ) • z (t ) ⇔ X ( f ) ∗ Z ( f )
1 z (t ) = cos 2πf z t ⇔ 1 δ ( f − f ) + z 2 2 δ ( f + fz )
•
当δ1≠δ2 时， 则
•
R0- 电容损耗电阻 △C - 差动电容变化量 Z- C0, R0 的等效阻抗
U
0
=
U
AC
2
1 / jω ∆ c U AC ∆ Z = R 0 + 1 / jω c 0 2 Z
信号调理
应用2 互感式电感传感器
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w2 µ 0 A0 L= 2δ
电感传感器的基本测量电路的作用，是将L 的变化→电压V或电流I的变化→放大器→后一 级仪表。 z1 = r + jωL1 z 2 = r + jωL2 A.B 两点的电位差为输出电压 USC 设： O点电位为“0”，则A点电位为： A点： B点：
测试与传感技术 信号变换及调理
U i R 4 R0
2013-7-23
(R R0 )
Ui Uo SB R0 / R0 4
8
R3 单臂 半桥 R2
b
R4
R3 R4
双臂 半桥
b
R2 R1
R2 R
R3 全桥 R2
b
R4 R1
R2 R
I1 I2
R1
R2 I1 I2
R1 R
a
R4
d Ui
R1 R
S
R0 / R0
统一表示：
2013-7-23
R Uo K Ui R0
Uo Ui R0 / R0
9
Uo KU i R0 / R0
b
电桥测量的误差
直流电源的电压稳定性造成的误差 温度误差 非线性误差 半桥、单臂输出：U o
R Ui 4 R0 2R
a
R1 I1 I2 R4 d Ui
c
Uo
2013-7-23
直流电桥
7
为了简化设计，R2=R3=R4=R0 ，而 R1 R1=R0+ ΔR
R0＋ΔR
b
R2 I1 I2 c R3
ΔU U0＋ΔU
R1 R3 R2 R4 Uo Ui ( R1 R2 )( R3 R4 )
a R4
Uo
( R0 R ) R0 R0 R0 d Ui Ui ( R0 R R0 )( R0 R0 ) R 直流电桥 Ui 4 R0 2R 电桥的灵敏度定义为
R1
R3
V
温敏电阻
推导
2013-7-23
R4
6
R2
R1 ＋ΔR
R3
现代测试技术与信号处理_复习
一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。
传感器将被测物理量(如噪声,温度) 检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置2.1信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的，在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念信号波形：被测信号信号幅度随时间的变化历程称为信号的波形。
2.1 确定性信号与非确定性信号可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。
不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。
2.2 信号的时域波形分析信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器直接显示信号波形，读取特征参数。
2.5 信号的频域分析信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。
X(t)= sin(2πnft)时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。
4 傅立叶变换的性质a.奇偶虚实性b.线性叠加性若x1(t) ←→X1(f)，x2(t) ←→X2(f)则：c1x1(t)+c2x2(t) ←→c1X1(f)+c2X2(f)c.对称性若x(t) ←→X(f)，则X(-t) ←→x(-f)d. 时间尺度改变性若x(t) ←→X(f)，则x(kt) ←→1/k[X(f/k)]e. 时移性若x(t) ←→X(f)，则x(t±t0) ←→e±j2πft0 X(f)f. 频移性若x(t) ←→X(f)，则x(t) e±j2πf0t ←→X(f ±f0)2.6卷积分1 卷积卷积积分是一种数学方法，在信号与系统的理论研究中占有重要的地位。
特别是关于信号的时间域与变换域分析，它是沟通时域－频域的一个桥梁。
信号调理技术
3、交流放大器
(1)反相放大电路 在反相输入端，接入隔直电容C1，其频率特性从0 到 范围内以6dB/倍频程上升。 当频率高于fz时，输入阻抗等于R1，因此，要得到 高输入阻抗必须增大Rl。 为了防止振荡，在RP二端并联一旁路电容CP，并 根据时间常数RPCP应大于输入回路时间常数R1Cl 的原则，决定CP的大小。
（2）
（3）电荷放大器特性
通常情况下：Gc、Gi、Gf很小
Ad Q Uo Cs Cc Ci 1 Ad C f
一般情况下： 1 Ad C f Cs Cc Ci
Ad Q Q Uo Cf 1 Ad C f
（4）电荷放大器频率特性 式(2)是电荷放大器的频率特性表达式。 由于开环增益很大，通常满足：
输入电缆的长度受到上限 截止频率的限制。
放大器频响限制
可以导出：
式中，fH是闭环情况下的上限截止频率； fHO 是开环情况下的上限截止频率； F是反馈系数；
Ad为运放开环增益。
当 fHO ＝1kHz，Ad＝104，F＝1/100，
则 fH =100kHz。
由此可见，若要求电荷放大器的上限截止频率大 于100kHz，为提高fH ，运放的 fHO ＞1kHz。
第四章 信号调理技术
信号放大 信号调制解调 信号滤波
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通常很小，需要放大， 有时还要进行阻抗变换等其它处理。 2.某些场合，为便于信号的传输，需要对测量 信进行调制解调处理。 3.传感器输出信号有时混有干扰噪声，需要滤 除噪声，提高信噪比。
信号调理技术
信号调理技术
4.1 信号放大
➢ 理想运输放大器 ➢ 直流放大器 ➢ 交流放大器 ➢ 电桥 ➢ 电荷放大器
信号调理技术
1、理想运输放大器
➢ 理想运算放大器的输入、输出满足下面的关系式
（4—1）
其中Ad是放大器的开环电压增益。
信号调理技术
➢ 理想运算放大器的主要条件是： ✓ 开环电压增益无限大； ✓ 输入阻抗无限大； ✓ 输出阻抗为零； ✓ 输入失调电压为零； ✓ 共模抑制比无限大； ✓ 带宽无限大。
1 3 2 4
信号调理技术
交流电桥特点
➢ 交流电桥在动态测试中得到广泛应用，它使不同频率动态 信号的后续放大器所要求的特性易于实现。
➢ 电桥连接的分布参数会对电桥的平衡产生影响，对于纯电 阻交流电桥，由于导线间存在分布电容，也相当于在各桥 臂上并联了一个电容。
➢ 在调节平衡时，除了考虑阻抗的模的平衡条件，还需考虑 阻抗角的平衡条件。
➢ 输入电缆的长度受到上限 截止频率的限制。
信号调理技术
放大器频响限制 ➢ 可以导出：
➢ 式中，fH是闭环情况下的上限截止频率； fHO 是开环情况下的上限截止频率； F是反馈系数； Ad为运放开环增益。
信号调理技术
➢ 当 fHO ＝1kHz，Ad＝104，F＝1/100， 则 fH =100kHz。
➢ 由此可见，若要求电荷放大器的上限截止频率大 于100kHz，为提高fH ，运放的 fHO ＞1kHz。
信号调理技术
4.2 信号调制解调
➢目的 解决微弱动态信号的放大以及信号的传输问题。 ➢方法
先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利 用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取 出放大了的缓变信号。
测试技术-思考题（答案）
测试技术-思考题（答案）机械电⼦⼯程测试技术⼀、采集及传输部分思考题第2节1.信号调理的内容和⽬的？答：信号调理的的⽬的是便于信号的传输与处理。
内容：(1)把传感器输出的微弱电压或电流信号放⼤，以便于传送、信噪分离或驱动其他测量显⽰电路；(2)多数传感器的输出是电阻、电感或电容等不便于直接记录的电参量，需要⽤电桥电路等把这些电参量转换为电压或电流的变化；(3)抑制传感器输出信号中噪声成分的滤波处理；其他内容：如阻抗变换、屏蔽接地、调制与解调、信号线性化等。
2.信号调制与解调的种类？答：根据载波受调制的参数不同，使载波的幅值、频率或相位随调制信号⽽变化的过程分别称为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。
调幅是将⼀个⾼频简谐信号（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。
在实际的调幅信号的解调中⼀般不⽤乘法器⽽采⽤⼆极管整流检波器和相敏检波器；调频是利⽤信号电压的幅值控制载波的频率，调频波是等幅波，但频率偏移量与信号电压成正⽐。
调频波的解调⼜称为鉴频，调制波的解调电路⼜叫鉴频器。
调相：载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成⽐例变化的调制⽅式，称为相位调制，或称调相。
3.隔离放⼤器有何特征和特点，主要⽤在哪些场合？它分哪⼏类？答：隔离放⼤器是带隔离的放⼤器，其输⼊电路、输出电路和电源之间没有直接的电路耦合，信号的传递和电源的传递均通过变压器耦合或光电耦合（多⽤变压器耦合，因光电耦合线性度较差）实现。
隔离放⼤器不仅具有通⽤运放的性能，⽽且输⼊公共地与输出公共地之间具有良好的绝缘性能。
变压器耦合隔离放⼤器有两种结构：⼀种为双隔离式结构，另⼀种为三隔离式结构。
光隔离放⼤器，最简单的光隔离放⼤器可⽤光电耦合器件组成。
但是，光电耦合器的电流传输系数是⾮线性的，直接⽤来传输模拟量时，会造成⾮线性失真较⼤和精度差等问题。
4.信号滤波器的种类？答：滤波器按其阶次可分为⼀阶滤波器、⼆阶滤波器、三阶滤波器……等；根据滤波器的电路是数字的还是模拟的，可将滤波器分为数字滤波器和模拟滤波器两类；根据构成滤波器的元件类型，可分为RC、LC或晶体谐振滤波器；根据构成滤波器的电路性质，可分为⽆源滤波器和有元滤波器；最常⽤的是根据滤波器的通频带可将滤波器分为低通、⾼通、带通和带阻类型。
调制的目的
调制目的：在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。
为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸一般应大于发射信号波长的四分之一。
而基带信号包含的较低频率分量的波长较长，致使天线过长而难以实现。
通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，可以大大减少辐射天线的尺寸。
另外，调制可以把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。
最后，调制可以扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，提高传输的信噪比。
信噪比的提高是以牺牲传输的带宽为代价的。
因此，在通信系统中，选择合适的调制方式是关键。
基带信号（信息源，也称发终端）指发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。
调制信号是由原始信息变换而来的低频信号。
调制本身是一个电信号变换的过程，是按A信号的特征然后去改变B信号的某些特征值（如振幅、频率、相位等），导致B信号的这个特征值发生有规律的变化，当然这个规律是由A信号本身的规律所决定的。
由此，B信号就携带了A信号的相关信息，在某种场合下，可以把B信号上携带的A信号的信息释放出来，从而实现A信号的再生，这就是调制的作用。
通过将多个音频(或基带)信号乘以不同的高频信号(载波)，我们可以通过同一个信道成功传输多个数据流而不会相互干扰。
再次用载波相乘，将调制的信号转换回基带，再用低通滤波器和放大器清理并放大信号，即可让我们听到各种美妙动听的声音频率是描述每隔多长时间振荡一次或重复一次的术语，单位为赫兹(Hz)或秒的倒数。
如果每秒振荡60 次，则其频率为60 Hz。
信号调制的目的，是把需要传输的原始信息在时域、频域，或者码域上进行处理，以达到用尽量小的带宽传输尽量多的信息。
在信号被调制之前，典型会经过如下变换：原始的语音或者packet data-> 数字化&信源编码(只对语音而言，IP data则可以省却) ->信道编码(比如L2/L3加保护，封包，交织等等)Note:GMSK/QPSK/8PSK/16QAM/64QAM分别表示了不同的调制方法，就是想方设法把原始的信息“简化编码”，以达到用最少的symbol来代表原来的2^N个bit的目的，接下来被传输的是Symbol 而不是bit。
电路中的信号调理与滤波设计与分析
电路中的信号调理与滤波设计与分析在现代电子设备中，信号的调理与滤波是一项十分重要的技术。
无论是通信设备、音频设备还是传感器，信号的处理都是必不可少的一环。
信号调理与滤波的设计与分析是确保信号质量和系统性能的关键。
一、信号调理信号调理是指对原始信号进行处理，以满足特定需求或提高信号质量的过程。
在信号调理中，首先需要了解信号的特性和产生方式。
信号可以分为模拟信号和数字信号。
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是离散的信号。
根据不同的应用需求，我们可以选择合适的调理方法。
常见的信号调理方法包括放大、变换、滤波和采样等。
放大是将信号的幅度增大或减小，以适应后续处理要求。
变换是将信号从一个表示形式转换为另一个表示形式，常见的变换包括傅里叶变换和小波变换。
滤波是通过选择和抑制不同频率成分来滤除或增强信号的特定频率。
采样是将连续信号转换为离散信号的过程，常见的采样方法有脉冲编码调制（PCM）和脉冲位置调制（PPM）。
二、滤波设计与分析滤波是信号调理中非常重要的环节。
滤波器可以根据频率的要求选择传递带宽和阻带宽，并对信号进行频率选择性处理。
滤波器可以分为模拟滤波器和数字滤波器两种类型。
模拟滤波器通常由电阻、电容、电感和运算放大器等元件组成。
它们根据信号在频域上的特性来选择合适的元件和电路结构。
常见的模拟滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
数字滤波器则是通过数字信号处理器或程序来实现的。
数字滤波器可以根据差分方程或频域特性来设计。
常见的数字滤波器类型有FIR滤波器和IIR滤波器。
FIR滤波器具有稳定性和线性相位特性，是一种常用的数字滤波器。
IIR滤波器则具有更高的性能和更复杂的结构，适用于更复杂的信号处理任务。
设计和分析滤波器需要考虑到多个因素，如频率响应、阻带衰减、群延迟和幅度失真等。
通过调整滤波器的参数和结构，我们可以实现对信号的精确控制和处理。
结语信号调理与滤波是电路设计中至关重要的环节。
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能[导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。
然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
测试技术模拟题及答案(三)
一、选择题1、差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的____A__倍.A、2B、3C、4D、52、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有__D_和___。
A、时域法，相频法B、时域法，幅频法C、相频法，幅频法D、时域法，频域法3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的__B____。
A、电阻应变效应B、压电效应C、电磁感应D、霍尔效应4、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为___B___。
A、线性度B、灵敏度C、稳定性D、回程误差5、若电容式传感器在真空中，其覆盖板面为一圆形，r=20cm，极板间距d=2mm，其电容量为：___答案都是错的___。
A、1.11×10^-9B、1.11×10^-15C、3.27×10^-9D、3.27×10^-96、信息与信号二者间关系是___C___。
A、信息与信号相同B、信息包含信号C、信息在信号之中D、信息与信号无关7、当两信号的互相关函数在t0有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移t0时，相关程度____B__。
A、最低B、最高C、适中D、一般8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的___a__越小。
A、被测量B、输出量C、频率特性D、显示值9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取(c )A、干扰噪声信号B、正弦信号C、有用信号D、频域信号10、时域信号的时移，则频谱变化为（ D ）A、扩展B、压缩C、不变D、相移11、记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽(D )A、变窄，幅值压低B、扩展，幅值压低C、扩展，幅值增高D、变窄，幅值增高12、用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率范围，则系统的阻尼比应(D )A、愈大愈好B、愈小愈好C、接近1/2D、接近1/√213、对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为( D)A、A1sin(w1t+φ1）+A2sin(w2t+φ2）B、A1A2sinw1tsinw2tC、A1＇sinw1t+A2＇sinw2tD、A1＇sin（w1t+φ＇１）+A2＇sin（w2t+φ２＇）14、概率密度函数提供了随机信号（ B）的信息A、沿频域分布B、沿幅值域分布C、沿时域分布D、强度方面15、在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是(D )A、电容式B、压电式C、电阻式D、电涡流式16、只使在fe1～fe2间频率的信号通过，应采用（ B ）滤波器A、带阻B、带通C、高通D、低通17、在选用振子时，除了使阻尼比接近０.７外，应使被测正弦信号的最高频率fm(C )振动子的固有频率fnA、等于B、>2倍C、≤（０.５-０.６）D、<０.1倍18、为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（B ）放大器。
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烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
5.2 信号放大电路 2)同相放大器 同相放大器也是最基 本的电路 ，其闭环电压 增益Av为:
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RF Av 1 R1
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。
5.2 信号放大电路
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2 交流放大电路
Kq ey (C C f ) KC f
+
F
第五章、测试信号调理技术
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5.3调制与解调
1 目的
解决微弱缓变信号的放大以及信号 的传输问题。
第五章、测试信号调理技术
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先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去， 然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的 输出信号中取出放大了的缓变信号。 例：交流电桥
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。
RF Av 1 R1
R1一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根据交流 放大器的下限频率fL来确定。
C1 C3 (3 ~ 10) /(2RL f L )
5.2 信号放大电路
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缺点：占频带宽度大，复杂
调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅 所要求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复 杂，因为频率调制足一种非线性调制。
5.3调制与解调
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案例：旋转机械扭距测量
5.3调制与解调
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案例：铁路机车调度 信号检测
调制频率8.5Hz，绿灯 调制频率23.5Hz，红灯
5.3调制与解调
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动手做： 用个人测试实验室中数字 信号发生器、波形运算器 等软件芯片，设计一个非 抑制调幅与解调系统。
5.3调制与解调
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4 频率调制
调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频 率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压 幅值而变化的疏密度不同的等幅波.
5.3调制与解调
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非抑制调幅
若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量D， 使偏置后的信号都具有正电压。
x(t ) x' (t ) D x(t )
xm (t ) [ D x(t )]cos(2ft )
5.3调制与解调
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调幅
5.3调制与解调
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R1 R3
Vin
R2
Vo
R4
5.3调制与解调
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2 种类
x(t) 调制信号
0 t
载波信号
z (t ) A cos(2ft )
z(t)
0 t
5.3调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
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y(t ) [ A * x(t )]cos(2ft )
E dR 4 R
5.2 信号放大电路
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4 交流电桥
传感器
传感器
●平衡条件 电感
Z1Z3 Z 2 Z 4
电容
5.2 信号放大电路 电桥的接法：
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单臂
半桥
全桥
5.2 信号放大电路
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5 电荷放大器
q ei (Ca Cc Ci ) (ei e y )C f
工程测试技术基础
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第五章、测试信号调理技术
本章学习要求：
1.了解模拟信号放大电路原理 2.了解信号调制解调原理
3.了解信号滤波器工作原理
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5.1 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。 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。 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。
y(t ) A cos(2 [ f 0 x(t )]* t )
5.3调制与解调
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5.3调制与解调
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鉴频：
T2
T4
T1
T3
F
5.3调制与解调
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优点：抗干扰能力强。
因为调频信号所携带的信息包含在频率变化 之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主 要表现在振幅之中．
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5.2 信号放大
分类
直流放大器 特点 低频保留,高频截止
交流放大器
放大器 直流电桥 交流电桥 电荷放大器
高频保留,低频截止
5.2 信号放大电路
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1 直流放大电路
1) 反相放大器 电压增益:
RF Av R1
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。
y(t ) [ A0 * x(t )]cos(2ft )
调制
放大
缓变信号
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析）
x(t)
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乘法器
z(t)
x m(t)
放大器
乘法器
z(t)
滤波器
x(t)
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（频谱分析）
乘法器
ym (t ) x(t ) cos 2f zt
2
滤波器
x(t)
x(t ) 1 x(t ) cos(2 2 f z t ) 2
5.3调制与解调
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实验：同步调治与解调实验 上述调制方法，将信号x(t)
直接与载波z(t)相乘．这种 调幅波具有极性变化，解调 时必须再乘与z(t)相位相同 的z’(t) 方能复原出原信号， 故称同步解调．
3 直流电桥
R1 R3
●平衡条件
R1R3 R2 R4
E
R2
V
R1 R3 R2 R4 V E ( R1 R2 )(R3 R4 )
5.2 信号放大电路 令：
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R1 R
R2 R
R3 R
R4 R dR
RR R( R dR) V E ( R R)(R R dR)
解调
二极管检波
低通滤波
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调幅波的波形失真
a）过调失真：对于非抑制调幅，要求其直流偏 置必须足够大，否则x(t)的相位将发生180。
5.3调制与解调
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b)重叠失真：调幅波是由一对每边为fm的双边带信 号组成．当载波频率fz较低时，正频端的下边带将 与负频端的下边带相重叠．要求: fz＞fm
b) 频率调制(FM)
y(t ) A cos(2 [ f0 x(t )]* t )
c) 相位调制(PM)
y(t ) A cos(2ft [0 x(t )])
5.3调制与解调
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3 幅度调制
调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与 测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变 化而变化．
x(t)
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乘法器
z(t)
x m(t)
放大器
乘法器
z(t)
滤波器
x(t)
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（数学分析）
x(t)
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乘法器
z(t)
x(t )
z (t )
x m(t)
放大器
xm (t ) x(t ) cos(2f zt )
z (t )
z(t)