5测试信号调理技术2
【学习】第五章信号调理电路
一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
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33
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34
§2 调频与解调
（1）调频
调频（频率调制）是利用信号电 压的幅值控制一个振荡器，振荡 器输出的是等幅波，但其振荡频 率偏移量和信号电压成正比。
当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率（载波频 率）；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调 频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。
-fm
fm
－f0
f0
时域分析
频域分析
由脉冲函数的卷积性质知：一个函数与单位脉冲函数卷积的结
果，就是将其以坐标原点为中心的频谱平移到该脉冲函数处。
即调制后的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 f 0 处，幅值减半。
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24
从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原 信号中的最高频率 f m 才能使已调波仍 保持原信号的频谱图形，不致重叠。
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27
g(t)1 2x(t)1 2x(t)co4sf0t
据傅里叶变换性质可得：
G (f) 1 2X (f) 1 4X (f 2 f0 ) 1 4X (f 2 f0 )
若用一个低通滤波器滤去中心
频率为 2 f 0 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），若用放 大处理来补偿幅值减小，可得 到原调制信号。
测试技术模拟题含答案
5 信号的调理和记录5.1单选题1、下列（）为不正确叙述。
(A)低通滤波器带宽越窄，表示它对阶跃响应的建立时间越短；(B) 截止频率为幅频特性值为A0/21/2所对应的频率；(C) 截止频率为对数幅频特性衰减-3dB所对应的频率；(D) 带通滤波器的带宽为上、下截止频率之间的频率范围。
2、调幅波（AM）是（）。
(A) 载波与调制信号（即被测信号）相加；(B) 载波幅值随调制信号幅值而变；(C) 载波频率随调制信号幅值而变；(D) 载波相位随调制信号幅值而变。
3、调幅信号经过解调后必须经过（）。
(A) 带通滤波器；(B)低通滤波器；(C) 高通滤波器；(D)相敏检波器。
4、用磁带记录对信号进行快录慢放，输出信号频谱的带宽（）。
(A) 变窄，幅值压低；(B)扩展，幅值增高；(C) 扩展，幅值压低；(D) 变窄，幅值增高。
5、除了（）以外的其他项目可能是信号调理包括的内容。
(A) 信号放大；(B) 信号衰减；(C) 滤波；(D) 调制6、在1/3倍频程分析中，带宽是（）。
(A)常数；与中心频率成正比的；(B)与中心频率成指数关系的；最高频率的三分之一7、如果比较同相放大器和反相放大器，下列说法中，（）是不符合实际的。
(A) 它们都具有低输出阻抗的特性，一般小于1 Ω(B) 它们的增益取决于反馈电阻与输入电阻的比值，而非实际电阻值(C) 它们的增益带宽积相同(D) 对于这两种放大器，相角与频率之间的关系相同8、为了减少测量噪声，除了（），应避免以下做法。
(A) 为了节省导线，使传感器外壳和测量仪器的外壳分别接地(B) 为了安装方便，把仪器的接地点连接到电源插头的地线(C) 为了减小电磁干扰，两电源线尽可能互相靠近并互相缠绕，两信号线也应如此(D) 为了减小耦合电容，使用屏蔽电缆并且使屏蔽层在传感器端和仪器端接地5.2填空题1、交流电桥4个桥臂的阻抗按时针顺序分别是Z1、Z2、Z3、Z4，其平衡条件是（）。
第五章 汽车测试技术
5. 1 电桥
• φ1，φ2，φ3，φ4—各桥臂电压与电流之间的相位差，称为阻抗角 • 纯电阻时，电压与电流同相位，φ=0;电感性阻抗，电压超前于电流， φ>0(纯电感φ=90o);电容性阻抗，电压滞后于电流，φ<0(纯电容小 =φ90o)。因此交流电桥的平衡条件为
•
上式表明，交流电桥平衡必须满足上述两个条件。前者称为交流电 桥模的平衡条件，后者称为相位平衡条件 • 对于纯电阻交流电桥，由于分布电感的影响较小，可以不予考虑， 而导线分布电容的影响较大，相当于每个桥臂上都并联了一个电容， 因此需调节电阻平衡和电容平衡。
• 交流电桥采用交流电源，电桥的四个桥臂可为电感、电容、电阻或其 组合，因此除了电阻外还包括有阻抗。如果阻抗、电流及电压都用复 数表示，则关于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用，如图 5一3所示 • 电桥达到平衡时必须满足:
• 把上式中各复数用指数式表示，则为
• 式中Z01、Z02、 Z03、 Z04—各阻抗的模;
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5. 1 电桥
•
• 4.温度补偿 在测量时，若被测构件和所粘贴的应变片的工作环境温度发生变化， 应变片本身将因温度变化产生应变ξt。显然，应变ξt在结构不承载时 仍然存在，因此，当结构承受载荷时，这个应变就会与由载荷作用而 产生的应变叠加在一起输出，使测量到的输出应变中包含了因环境温 度变化而引起的应变ξt，必然对测量结果产生影响。 利用电桥的加减特性，可以对应变片进行温度补偿，通常采用补偿 块补偿法或工作片补偿法。 (1)补偿块补偿法 使用两个同样的应变片，一片粘贴在试件上，另一片粘贴在与试件 同材料、同温度条件但不受力的补偿块上。根据电桥的加减特性，将 这两片应变片接入相邻桥臂上，由于温度的变化，工作片和补偿片上 产生相同的因温度引起的应变，在桥路中自动抵消，对电桥输出没有 影响，达到温度补偿的作用。
电子电路中的信号调理与滤波技术
电子电路中的信号调理与滤波技术一、引言在电子电路中，信号调理与滤波技术是至关重要的。
它们可以帮助我们处理和改善各种类型的信号，以确保信号的稳定性和质量。
本文将介绍信号调理和滤波技术的基本概念和原理，并探讨其在电子电路中的应用。
二、信号调理技术1. 零漂校准在电子电路中，零漂是指传感器输出在无信号输入时的偏移。
零漂校准是一种信号调理技术，用于消除传感器零偏误差。
通过对传感器的输出进行校准，可以确保准确测量到输入信号的变化。
2. 放大放大是信号调理中常用的技术之一。
通过放大电路可以增加信号的幅值，使其更容易被其他电子设备或系统处理。
放大电路通常包括放大器和电源，可以根据需要选择不同的放大倍数和频率响应。
3. 滤波滤波是信号调理的关键步骤之一。
它可以通过消除或降低输入信号中的噪声、杂散信号或不需要的频率成分来改善信号质量。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
三、滤波器的类型与应用1. 低通滤波器低通滤波器是一种能够通过允许低频信号通过并阻断高频信号的电路。
低通滤波器常用于音频信号处理、通信系统、功率放大器等应用中，以消除高频噪声和杂散信号。
2. 高通滤波器高通滤波器是一种能够通过允许高频信号通过并阻断低频信号的电路。
高通滤波器常用于音频信号处理、生物医学传感器、图像处理等领域，以消除低频噪声和干扰。
3. 带通滤波器带通滤波器是一种能够通过允许一定范围内的频率信号通过并阻断其他频率信号的电路。
带通滤波器常用于无线通信、雷达系统、音频信号分析等领域，以过滤特定频率范围内的信号。
4. 带阻滤波器带阻滤波器是一种能够阻断一定范围内的频率信号通过并允许其他频率信号通过的电路。
带阻滤波器常用于陷波器、抗干扰系统、信号处理等领域，以屏蔽或抑制特定频率的干扰信号。
四、常见的信号调理与滤波器电路1. 差分放大器差分放大器是一种常用的信号调理电路，用于增加信号的幅度并抑制共模干扰。
它由两个输入端和一个输出端组成，可以通过差分放大和抵消共模信号来提高信号质量。
《测试技术与信号处理》课程教学大纲
《测试技术与信号处理》课程教学大纲课程代码：0806315008课程名称：测试技术与信号处理英文名称：Testing Technology and Signal Processing总学时：48 讲课学时：40 实验学时：8学分：3适用专业：机械设计制造及其自动化专业（汽车、城轨）先修课程：高等数学、工程数学、工程力学、机械设计基础、电工电子技术一、课程性质、目的和任务《测试技术与信号处理》是机械类专业的专业基础课和必修课程，也是机械大类专业的平台课程。
通过本课程的学习，要求学生初步掌握动态测试与信号处理的基本知识与技能，培养正确选用和分析测试装置及系统的能力，并掌握力、压力、噪声、振动等常见物理量的测量和应用方法，为进一步学习、研究和处理车辆工程技术中的测试问题打下基础。
二、教学基本要求本课程分为概论、信号描述、测试系统特性、常见传感器、信号的调理处理和记录、信号分析基础、常见物理量测量和计算机辅助测试几部分。
学完本课程应具有下列几方面的知识：(1) 掌握测量信号分析的主要方法，明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。
(2) 掌握测试系统的静态特性、动态特性，不失真测量的条件，测试系统特性的评定方法，减小负载效应的措施。
(3) 掌握传感器的种类和工作原理，能针对工程问题选用合适的传感器。
(4) 掌握信号的调理、处理和记录的方法和原理。
(5) 掌握信号的相关分析、频谱分析原理与应用。
(6) 掌握温度、压力、位移等常见物理量的测量方法，了解其在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用。
(7) 了解计算机测试系统的构成，用计算机测试系统进行测量的方法、步骤和应该注意的问题。
三、教学内容及要求1. 绪论介绍测试系统的基本概念，测试系统的组成。
及测试技术的工程意义：在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势。
测试技术 第二版 习题答案 完整版 贾民平 吐血拼整
绪论1 .举例说明什么是测试？答：(1) 测试例子：为了确定一端固定的悬臂梁的固有频率，我们可以采用锤击法对梁进行激振，再利用压电传感器、电荷放大器、波形记录器记录信号波形，由衰减的振荡波形便可以计算出悬臂梁的固有频率。
（2）结论：由本例可知：测试是指确定被测对象悬臂梁的属性—固有频率的全部操作，是通过一定的技术手段—激振、拾振、记录、数据处理等，获取悬臂梁固有频率的信息的过程。
2. 测试技术的任务是什么？答：测试技术的任务主要有:通过模型试验或现场实测，提高产品质量；通过测试，进行设备强度校验，提高产量和质量；监测环境振动和噪声，找振源，以便采取减振、防噪措施；通过测试，发现新的定律、公式等；通过测试和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。
3. 以方框图的形式说明测试系统的组成，简述主要部分的作用。
（1）测试系统方框图如下：（2）各部分的作用如下：传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；信号的调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、滤波和分析；信号显示、记录环节将来自信号处理环节的信号显示或存贮。
模数（A/D）转换和数模（D/A）转换是进行模拟信号与数字信号相互转换，以便用计算机处理。
4.测试技术的发展动向是什么?传感器向新型、微型、智能型方向发展；测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；参数测量与数据处理向计算机为核心发展；第一章1 求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|c n|-w和j-w图。
解：(1)方波的时域描述为：(2) 从而：2 . 求正弦信号的绝对均值和均方根值。
解(1)(2)3.求符号函数和单位阶跃函数的频谱。
解：(1)因为不满足绝对可积条件，因此，可以把符合函数看作为双边指数衰减函数：其傅里叶变换为：(2)阶跃函数：4. 求被截断的余弦函数的傅里叶变换。
解：(1)被截断的余弦函数可以看成为：余弦函数与矩形窗的点积，即：(2)根据卷积定理，其傅里叶变换为：5.设有一时间函数f(t)与其频谱如图所示。
第四章 信号调理与处理
幅值调制装置实质上是一个乘法器。现在已有性能 良好的线性乘法器组件。霍尔元件也是一种乘法器。
电桥在本质上也是一个乘法装置，若以高频振荡电 源供给电桥，则输出为调幅波。
霍尔元件： VH kH iB sin
电桥：
Uy
R R0
U
0
三、调制与解调
调幅信号的解调方法
1、同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则
xm (t) xt cos 2f0t cos
xt cos 2f0t
三、调制与解调
调幅信号的频域分析
由傅里叶变换的性质知：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，
余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线
xt yt
X f Y f
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。
是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的 是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。当 信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率；信号 电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调频波是
随信号而变化的疏密不等的等幅波。
第五章 信号变换及调理
三、调制与解调 调频波的瞬时频率可表示为． f＝fo±△f 式中f。——载波频率，或称为中心频率； △f—频率偏移，与调制信号x(t)的幅值成正比。
四、 滤波器
滤波器还有其它不同分类方法，例如， 根据构成滤波器的大件类型，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，可分为有源滤波器和
无源滤波器； 根据滤波器所处理的信号性质，分为模拟滤波器与
数字滤波器等等。
滤波器的性能指标
A0
0.707A0
Q=f0 / B
信号调理电路
与传统无线电不同，软件无线电要求尽可能地以数字形式处理无线信号，因此必须将A/D和D/A转换器尽可 能地向天线端推移，这就对A/D和D/A转换器的性能提出了更高的要求。主要体现在两个方面。
（1）采样速率。依据采样定理，A/D转换器的抽样频率fs应大于2Wa（Wa为被采样信号的带宽）。在实际中， 由于A/D转换器件的非线性、量化噪声、失真及接收机噪声等因素的影响，一般选取fs>2.5Wa。
（2）分辨率。采样值的位数的选取需要满足一定的动态范围及数字部分处理精度的要求，一般分辨率80dB 的动态范围要求下不能低于12位。
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信号调理电路
把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或 其他目的的数字信号的电路
01 简介
目录
02 信号调理
03 调理技术组成
04 信号滤波
05 信号隔离
06 模数转换
基本信息
信号调理电路（signal conditioning circuit）是指把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计 算显示读出或其他目的的数字信号的电路。
机械工程测试技术基础复习题
机械测试复习题一、填空题１、信号的有效值称为，有效值平方称为，它描述测试信号的强度。
2、测试装置特性可分为特性和特性。
3、具有的材料称为压电材料，常用的压电材料有和。
4、电容式传感器有、和三种，其中灵敏度最高。
5、霍尔元件是利用了半导体元件的特性。
6、周期信号的频谱是的，而非周期信号的频谱是的。
7、测试系统的静态特性指标有、、等。
8、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。
9、测试信号调理电路主要有、、。
10、根据载波受调制的参数的不同，调制可分为、、。
11、压电加速度计有两种灵敏度表示方法：和。
12、滤波器频率分辨力主要由其决定。
13、通常把频率范围在到赫兹之间能引起人类听觉的声音称为音频声。
14、测试技术是测量和实验技术的统称。
工程测量可分为和。
15、激光全息技术利用光的和原理，形成物体的三维图像。
16、传感器按信号变换特性可分为、。
17、动态应变仪同时设电阻和电容平衡旋钮，原因：导线间存在。
18、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。
19、测试系统的线性度和滞后度是由引起的；而重复性误差是由引起的。
20、压控振荡器输出电压是方波信号，其频率与输入控制电压成关系。
21、调频波的解调又称 ,其解调电路称为。
22、非周期信号可分为非周期信号和信号。
23、用滤波方法从信号提取频率成分越窄，即带宽越，需要时间就越。
24、调幅信号由载波的携带信号的信息，而调频信号则由载波的携带信号的信息。
25、直流电桥的平衡条件是。
26、列出三种位移测量传感器名称、、位移传感器。
27、按光纤的作用不同，光纤传感器可分为和两种类型。
28、滤波器因素λ= ，理想的滤波器的λ= 。
29、信号调制有、、和三种类型，将调制高频振荡的缓变信号称为调制波，载送缓变信号的高频振荡称为，经调制后的高频振荡波称为已调波。
二、单选题1、无需经过函数关系计算，通过测量仪器得到被测值的测量为（）A.间接测量B. 直接测量C. 组合测量D.比较测量2、测量仪器在标准条件下所具有的误差为（）A.基本误差B. 允许误差C. 随机误差D.系统误差3、不属于测量装置静态特性的是（）A.线性度B. 灵敏度C.回程误差D.时间常数4、不是测量装置常用接地方式的是（）A.并联接地B. 串联接地C. 单点接地D.模拟地和数字地5、不属于测量装置的是（）A.传感器B. 检测器C.测量变换器D.等断面梁6、按一定时间间隔周而复始重复出现，无始无终的信号为（）A.准周期信号B.周期信号C. 瞬变周期信号D.随机信号7、描述测量系统特性时域的函数是（）A.脉冲响应函数B. 传递函数C. 频率响应函数D.稳态正弦函数8、半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的（）A.负载效应B. 压电效应C. 霍尔效应D.压阻效应9、不属于电感式传感器的是（）A.变阻器式 B可变磁阻式 C.涡流式D.差动变压器式10、不属于光电效应的是（）A外光电效应 B内光电效应 C.光敏效应 D.光生伏打效应11、红外探测器是将辐射能转化成电能的传感器，按其工作原理可分为（）A.热探测器和光子探测器B. 热电偶和热敏电阻探测器C.气动和热释电探测器12、在直流电桥中，若相邻两桥臂电阻同向变化，输出电压变化抵消；若相邻两桥臂电阻反向变化，输出电压变化迭加。
测试信号的分析与处理
温度测试
温度信号分析
01
通过对温度信号的采集和分析，可以了解物体的温度特性和变
化情况。
温度监测
02
在工业生产过程中，对设备、环境等进行温度监测，确保设备
正常运行和产品质量。
温度控制
03
通过对温度的调节和控制，可以优化设备的运行性能和稳定性，
提高生产效率和产品质量。
06 测试信号处理的发展趋势 与挑战
信号源选择
根据测试需求选择合适的信号源，如传感器、激 励器等。
采样频率确定
根据信号的特性和测试要求，确定合适的采样频 率，确保信号采样的准确性和完整性。
采样方式选择
根据实际情况选择单通道采样或多通道采样，以 满足测试需求。
信号调理
信号放大
对微弱的信号进行放大， 提高信号的幅度，便于后 续处理。
信号滤波
频域特征
通过傅里叶变换将信号转换为频域，提取频 率成分作为特征。
小波变换特征
利用小波变换提取信号在不同尺度上的特征。
05 测试信号处理的应用
振动测试
振动信号分析
振动控制
通过采集和分析物体的振动信号，可 以了解物体的动态特性和运行状态。
通过控制物体的振动，可以优化设备 的运行性能和稳定性，提高生产效率 和产品质量。
时频域分析
小波变换
小波变换是一种时频分析方法，能够同时分析信号在时域和频域的特性，对于非 平稳信号的分析非常有效。
经验模式分解
经验模式分解是一种自适应的信号分解方法，可以将信号分解成若干个固有模态 函数，有助于了解信号的内在结构和变化规律。
04 测试信号处理技术
滤波技术
01
02
03
04
5.2 信号调理技术-调制
y(t ) Acos(2[ f0 kf x(t )] t )
c) 相位调制(PM) ← y(t)的相位随x(t)变化而变化
y( t ) A cos{2 ft [0 kφ x ( t )]}
调制与解调
机械工程测试技术
机械工程测试技术
•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 与负频端的上边带相重叠。要求: fz ＞ fm
调制与解调
机械工程测试技术
(3) 相敏检波（整流检波） 相敏检波的特点是可以 鉴别调制信号的极性，所以 采用相敏检波时，对调制信 号不必再加直流偏置。相敏 检波利用交变信号在过零位 时正、负极性发生突变，使 调幅波的相位 (与载波比较) 也相应地产生180°的相位 跳变，这样便既能反映出原 调制信号的幅值，又能反映 其极性。
y m ( t ) xm ( t ) z ( t )
放大器 放大器
乘法器 乘法器 滤波器 滤波器
z(t)
x ( t ) cos ( 2 f z t )
2
x(t)
Байду номын сангаас
1 2
x ( t ) x ( t )cos(4 f z t )
1 2
调制与解调
机械工程测试技术
幅度调制与解调过程（频谱分析） x(t) X( f ) z(t) Z( f ) 乘法器 乘法器 xm(t)
＋ － ＋
－
－
y (t )
＋
调制与解调
机械工程测试技术
调幅 与 相敏检波
高频载波 调制信号 调幅波 相敏检波后
第四章 信号调理和处理
载波
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.5
1
1.5
6 7 8 9 10
5
2
2.5
24
t
3
t
2.相敏检波
3 2 1 y 1( t ) y 2( t ) 0 y 3( t ) 1 1 2 3 4 5 6 7
第四章 信号调理和处理
8
9
10
2
3 t
3
2
1
y 3( t )
0 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2
3 t
通过相敏检波可以得到一个幅值与极性均随调制信 号变化的信号。 对有极性或方向性的被测量，经调制后必须采用相 敏检波才能正确恢复原信号。
6
第四章 信号调理和处理
3. 调制的分类
根据载波被调制参数的不同，调制 可分为： 调幅、调频和调相
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、调频或调 相。它们的已调波分别称为调幅波、调频 波或调相波。
7
种类
调制信号x(t)
第四章 信号调理和处理
载波信号 z (t ) A cos(2ft )
x m(t) z(t)
乘法器
xm (t ) cos(2 f zt ) x(t )cos2 2 f zt
1 1 x(t ) x(t ) cos(2 (2 f z )t ) 2 2
滤波器
x(t)
其傅里叶变换为
1 1 1 xm t z t X f X f f 2 f z X f f 2 f z 2 4 4
传感器信号调理电路
对于数字测量系统，除了使传感器输出信号（包括电压、 动态范围、信号源内阻、带宽等参数指标）适合于转换 为离散数据流外，信号调理的作用还在于满足模拟传感 器与数字DAQS之间的接口要求：(1)信号隔离，(2)信号
的预处理，(3)去除无用信号。
传感器输入的信号是一种原始的待处理电信号， 一般不方便直接使用，需要进行加工处理，这就是 传感器的信号调理。信号调理电路将传感器输出的 微弱信号转换为电压、电流或频率等便于测量的电 信号，输出信号精度较高。
1 概述
在数据采集中, 经常会遇到一些微弱的微伏级信号， 例如热电偶的输出信号，需要用放大器加以放大。
运算放大器
第一个使用真空管设 计的放大器大约在 1930年前后完成，这 个放大器可以执行加 与减的工作。 60年代 晚期，仙童半导体推 出了第一个被广泛使 用的集成电路运算放 大器，型号为μ A709.
-
R4
R6
A2
器A3，将双端 Ui2
+
U4
输入变为对地
测量放大器原理电路
的单端输入。
2 测量放大器的电路原理
测量放大器的增益
K U0 Ui1 Ui2
Ui1
+
U3 R3 U5
R5
A1
(U3 U 4 )U0
-
R1
-
(Ui1 Ui2 )(U3 U 4 ) IG RG
R2
A3
UO
+
U3 Ui1 IG R1
而同比例运算放大器可以得到较大的
输入电阻，较低的输出电阻
R2
-∞ +
uo
+ N1
R3 ui
测量放大器
测量放大器是一种带有精密差动电压增益的 器件，具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗 共模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳 定增益等特点，在检测微弱信号的系统中， 被广泛用作前置放大器。
机械工程测试技术基础PDF版课件2
第五章、测试信号调理技术
1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分） 低通
高通
第五章、测试信号调理技术
带通
带阻
4.3 信号的滤波
2 滤波器的串/并联
低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种 最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这 两种类型的滤波器。
4.3 信号的滤波
3 理想滤波器
理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位 都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波 器。
1) 恒带宽带通滤波器
2) 恒带宽比带通滤波器
4.3 信号的滤波
1/3倍频程滤波器
4.3 信号的滤波
6 RC无源滤波器
在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领 域中信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简 单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标 准阻容元件 。 1) 一阶RC低通滤波器
4.3 信号的滤波
4 实际滤波器
A
0
f
理想滤波器是不存在的，实际滤波器幅频特 性中通带和阻带间没有严格界限,，存在过渡带。
4.3 信号的滤波 d A0 0.707A0 Q=W0 / B
B
0
fc1
fc2
f
1)截止频率fc：0.707A0所对应的频率． 2)纹波幅度d：绕幅频特性均值A0波动值 3)带宽B和品质因数Q：下两截频间的频率范围 称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因 数。
而rc滤波器电路简单抗干扰强有较好的低频性能并且选用标准阻容元件一阶rc低通滤波器43信号的滤波43信号的滤波一阶rc高通滤波器43信号的滤波rc带通滤波器可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联43信号的滤波产品43信号的滤波lineda
第四章、测试信号调理技术
2.2模拟信号调理
光电隔离
计算机
图2.5 频率量及开关量输出传感器的使用
3. 集成传感器：集成传感器应
变片、应变电桥、线性化处理、电桥放 大等做成一体，构成集成压力传感器。 采用集成传感器可以减轻输入通道的信 号调理任务，简化通道结构。
4. 光纤传感器：这种传感器其信号拾取、
29
目前， 已能生产出 PGA集成电路模块，如美国AD公司生 产的LH0084．其原理结构如图13 5所示， 在图13—5中，开关网 络由译码—驱动器和双4通道模拟开关 组成，开关网络 的数字输入由D0和D1，二位状态决定，经译 码后可有四种状态， 分别控制与Sl—Sl’、 S2—S2’ 、 S3—S3’ 30 S4—S4’四组双向开关， 从而获得不同的输入级增益；
是决定整个测试系统性能的关键环节之一。要
正确选用传感器，首先要明确所设计的测试系
统需要什么样的传感器——系统对传感器的技
术要求；其次是要了解现有传感器厂家有哪些
可供选择的传感器，把同类产品的指标和价格
进行对比，从中挑选合乎要求的性能价格比最
高的传感器。
(一) 对传感器的主要技术要求 1. 具有将被测量转换为后续电路可用电量的功 能，转换范围与被测量实际变化范围相一致。 2. 转换精度符合整个测试系统根据总精度要求 而分配给传感器的精度指标，转换速度应符合整 机要求。 3. 能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如 耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干 扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。
传感器传感器传感器小信号放信号修正与变换滤波微机微机iu转换光电耦合小电流小电压大电压大电流图24大信号输出传感器的使用rrllcc传感器放大整形光电隔离计算机传感器整形光电隔离计算机频率量输出开关量输出图25频率量及开关量输出传感器的使用11多数传感器输出信号都比较小多数传感器输出信号都比较小必须选用前必须选用前置放大器进行放大置放大器进行放大
模拟小信号调理技术
1
时间安排
时间 8月3日 8月8日 8月10日 8月15日 内容 模拟小信号调理技术 模－数系统抗干扰技术 嵌入式系统及可编程逻辑器件（I） 嵌入式系统及可编程逻辑器件（II） PID控制技术 可编程逻辑器件开发演示 Protel、Orcad 讲课 田社平 田社平 田社平 田社平 诸勤敏
S域分析方法：线性电路 工程分析方法：具有简便性 数值分析方法：便于理解电路性质 EDA技术：Protel、Orcad、Multisim等
模拟小信号调理技术
6
文氏振荡器
∞
R R1 1 + RCs U o (s) = U o (s) R 1 R1 + R f R+ + Cs 1 + RCs
⎛ R1 2 R1 − R f R1 2 2 2 R C s + RCs + ⎜ ⎜R +R R1 + R f R1 + R f f ⎝ 1
630Ω
19
3
4
5
6
7 8
9 10
11 12
模拟小信号调理技术
34
2. 高精密仪表放大器LTC6915 基本特性
14级可编程的增益 与增益无关的125dB CMRR 增益准确度：0.1％(典型值) 最大失调电压：10μV 最大失调电压漂移：50nV／℃ 轨至轨输入和输出 用于增益设置的并行 和串行(SPI)接口 工作电源：2.7V至±5.5V 典型噪声：2.5 μ Vp-p (0.01Hz至10Hz) 采用16引线SSOP和 12引线DFN封装
主讲：田社平（sptian@）
模拟小信号调理技术
2
模拟小信号调理技术
1 引言 2 信号放大技术 3 开关滤波技术 4 高速高分辨率A/D技术 5 模拟调理技术的新趋势
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5.3 信号的滤波
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5 RC无源滤波器 在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频 率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有 较好的低频性能，并且选用标准阻容元件 。
2) 恒带宽带通滤波器
5.3 信号的滤波
1/3倍频程滤波器
燕山大学机械学院
2.2 信号的时域波形分析
6 滤波器的应用 案例：旅游索道钢缆检测
超门限报警
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5.3 信号的滤波
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由案例提炼的典型实验：钢管无损探伤
实验
滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警
5.3 信号的滤波 案例：机床轴心轨迹的滤波处理
第五章、测试信号调理技术 5.3 信号的滤波
燕山大学机械学院
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． 1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）
低通 带通
实验
高通
带阻
5.3 信号的滤波
2 滤波器的串/并联
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低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式， 其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。
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5.3 信号的滤波
案例：机床轴心轨迹的滤波处理
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实验 滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律
5.3 信号的滤波
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动手做： 调节计算机mp3播放器等 软件中的声音均衡器，试 验其对音乐信号的滤波情 况。
5.3 信号的滤波
燕山大学机械学院
思考题：
1 信号调理的内容和目的 ？
5.3 信号的滤波
3 理想滤波器
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理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真， 阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。
5.3 信号的滤波
物理不可实现
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理想滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc函 数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。
波 形
给理想滤波器一个脉冲激励，从图中可以看出，在t=0时 刻单位脉冲输入滤波器之前，即在t＜0时，滤波器就已 经有响应了。故物理不可实现。
1) 一阶RC低通滤波器
5.3 信号的滤波
2) 一阶RC高通滤波器
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3) RC带通滤波器
可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联
5.3 信号的滤波
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5 恒带宽、恒带宽比滤波器 实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实际滤波器中 心频率与带宽之问的数值关系，可以分为两种。
1) 恒带宽带通滤波器
5.3 信号ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ滤波
4 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。
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1)纹波幅度d ：波动幅度d与幅频特性平均值A0相比应小于-3dB。 2)截止频率fc :幅频特性值等于0.707A0所对应的频率．
3)带宽B和品质因数Q:上下两截频间的频率范围称为带宽 中心频率和带宽之比称为品质因数
2 信号放大电路的种类，如何根据传感器输出 特性选择合适的放大电路 ？
3 信号调制与解调的种类 ？ 4 幅度调制与解调的原理 ？ 5 调幅波的失真，如何消除 ？
6 信号滤波器的种类 ？
7 如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的 频谱来选择滤波器种类和设定其参数 ？