6信号调理的目的,信号放大,调制与解调
为什要对信号进行调制
为什么要对信号进行调制 2我们通过声音、面部表情、手势向他人和外界传达信息，这些都是人与人之间的沟通方式。
通信技术研究将信息从一个地方发送到另一个地方。
本篇开始，班长将与大家讨论各种类型的调制，这是任何通信技术的基础。
在我们开始这个话题之前，我们先聊一聊为什么需要调制。
调制的目的调制可以定义为用信号改变载波某些特性的过程，就是把信号转换成适合在信道中传输形式的一种过程。
可以分为基带调制和载波调制（也称为带通调制），正常我们所说的调制均指载波调制。
载波调制就是用调制信号控制载波信号参数的过程，常见的名词有：1.调制信号：就是你想要传递的消息。
来自信源的消息信号。
这种信号如说话声音、计算机比特流等，频率很低，也叫做基带信号。
2.载波信号：通常使用的载波是正弦波，也可以是非正弦波，其在物理上与信息源无关。
3.已调信号：载波调制后称为已调信号；4.解调：也叫做检波，调制的逆过程，将已调信号中的调制信号恢复出来。
很多同学在这里有个误区！总是认为载波是调制信号，然后去调制我们的输入信号。
其实恰恰相反，我们的载波是规则的、整齐的信号，它才是被调制的对象哦！好好的基带信号，为什么要动它？在无线通信中，信号以电磁波形式通过天线辐射出去，这里存在一个理论：如果要获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长差不多，一般天线长度应大于波长的1/4！这就麻烦了，正常的基带信号频率是很低的，那么它的波长必然很长。
想想看，如果一个基带信号2KHz，那么直接通过天线辐射传输，至少需要17公里的天线，很明显搞不定！所以通过调制，把基带信号的频谱搬移至较高的载波频率上，天线尺寸就下降了。
比如说GSM的900MHz频率，天线尺寸仅为8cm。
一旦调制搬移了，哈哈，这样操作空间就大咯，把你搬到哪，我们说了算！所以我们可以同时传输多路基带信号，只要搬移到不同的频段，我们就可以区分出！再有，调制到哪？直接影响这个信号的抗干扰与衰落能力！所以调制对通信系统的有效性与可靠性有着很大的影响与作用，采用什么样的调制方式，直接影响通信系统的性能。
6信号调理的目的,信号放大,调制与解调
5.2 信号放大电路 令：
R2 R R 1 R
R3 R
R R dR 4
RR R ( R dR ) V E ( R R )( R R dR )
E dR 4 R
5.2 信号放大电路
4 交流电桥
传感器
传感器
●平衡条件 电感
Z Z Z Z 1 3 2 4
5.3调制与解调
调幅
5.3调制与解调
解调
二极管检波
低通滤波
5.3调制与解调
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 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
缓变信号调制高频信号放大放大高频信号解调放大缓变信号华中科技大学机械学院53调制与解调幅度调制与解调过程波形分析乘法器乘法器放大器放大器乘法器乘法器滤波器滤波器华中科技大学机械学院53调制与解调幅度调制与解调过程频谱分析乘法器乘法器放大器放大器乘法器乘法器滤波器滤波器华中科技大学机械学院53调制与解调幅度调制与解调过程数学分析乘法器乘法器放大器放大器乘法器乘法器滤波器滤波器华中科技大学机械学院53调制与解调实验
z(t)
0 t
5.3调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
y ( t ) [ A * x ( t )] cos( 2 ft )
b) 频率调制(FM)
y ( t ) A cos( 2 [ f x ( t )] * t ) 0
c) 相位调制(PM)
y ( t ) A cos( 2 ft [ x ( t )]) 0
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
信号调制解调
调制与解调的原理与应用一．概述调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。
例如某中波广播电台的频率为 540kHz ，这个频率是指载波的频率，它是由高频电磁振荡产生的等幅正弦波频率。
用所要传播的语言或音乐信号去改变高频振荡的幅度，使高频振荡的幅度随语言或音乐信号的变化而变化，这个控制过程就称为调制。
其中语言或音乐信号叫做调制信号，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。
解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。
对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。
即从调制后的载波中分离出音乐或语言信号。
二．分类按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。
用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。
按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制（如对非相干光调制）等。
调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。
正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。
此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。
脉冲调制也可以按类似的方法分类。
此外还有复合调制和多重调制等。
不同的调制方式有不同的特点和性能。
三．调制的原理此处介绍正弦波的调幅，调频，调相的原理。
根据所控制的信号参量的不同，调制可分为：·调幅，使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。
调幅的技术和设备比较简单，频谱较窄，但抗干扰性能差，广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中·调频，使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。
·调相，利用原始信号控制载波信号的相位。
这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输的需要1，抑制载波的AM最简单的调幅方案是利用带有信息的信号即调制信号对载波进行调制。
【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。
整理课件
33
整理课件
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。
整理课件
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。
整理课件
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。
测试信号的调理技术
b
R2 R2
uo a
I1
I2
c uo a
I1
I2
c uo
R4
R3
R4 R4
R3 R3
d
d
ui
a) 半桥单臂
ui
b) 半桥双臂
ui
c) 全桥
图2 直流电桥的联接方式
半桥单臂联接：工作中 只有一个桥臂阻值随被 测量的变化而变化。
uo
( R1 R1 R1 R1 R2
R4 R3 R4
)ui
实际使用中，为了简化桥路设计，往往取相邻两桥臂电
a) b)
c)
d) e) f)
整流检波解调
x(t)
x(t)
A
A
0
t0
t
xm(t)
xm(t)
0
0
t
t
a) 偏置电压足够大
b) 偏置电压不足
调制信号加偏置的调幅波
调幅波的波形失真
a）过调失真：对于非抑制 b)重叠失真：调幅波是由 调幅，要求其直流偏置必须 一对每边为fm的双边带信 足够大，否则x(t)的相位将 号组成．当载波频率fz较 发生180变化。只是简单的 低时，正频端的下边带将 整流就无法恢复原调制信号。 与负频端的下边带相重
注意：
交流电桥的供桥电源要求具有良好的电压波形 和频率稳定性。
一般采用（5~10）kHz音频交流电源。 采用交流电桥时，还要注意影响测量误差的一 些参数，如：
电桥中元件之间的互感影响； 邻近交流电路对电桥的感应作用； 元件之间、元件与地之间的分布电容等等。
Z4
u1 i1
4.1.3 带感应耦合u 臂的W电1 桥 G
4.1.2 交流电桥
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。
信号调理电路工作原理
信号调理电路工作原理一、引言信号调理电路是指对输入信号进行处理和调整，使其能够适应后续电路的工作要求。
它是电子系统中非常重要的一部分，能够对信号进行放大、滤波、增益控制等操作，以保证信号在传输过程中的稳定性和准确性。
本文将从信号调理电路的基本原理、常见的调理方法以及应用案例等方面进行介绍。
二、信号调理电路的基本原理信号调理电路的基本原理是通过对输入信号进行各种操作，以使得信号能够适应后续电路的工作要求。
其核心思想是根据输入信号的特点和要求，选择合适的电路结构和参数，对信号进行放大、滤波、增益控制等处理，以达到信号传输的目的。
三、常见的信号调理方法1. 放大放大是信号调理电路中最常见的操作之一。
通过放大电路，可以将输入信号的幅度增大，以增强信号的强度和稳定性。
常见的放大电路有运算放大器、差分放大器等。
2. 滤波滤波是对信号进行频率选择性处理的方法。
通过滤波电路，可以去除输入信号中的杂波和干扰信号，保留需要的有效信号。
常见的滤波电路有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
3. 增益控制增益控制是调节信号放大倍数的方法。
通过增益控制电路，可以根据需要调整信号的放大倍数，以满足不同信号传输要求。
常见的增益控制电路有可变增益放大器、自动增益控制器等。
4. 去噪去噪是对输入信号中的噪声进行消除或减弱的方法。
通过去噪电路，可以提高信号的信噪比，使得信号更加清晰和可靠。
常见的去噪电路有降噪滤波器、自适应滤波器等。
四、信号调理电路的应用案例1. 传感器信号调理在传感器应用中，信号调理电路起到了至关重要的作用。
传感器常常输出微弱的信号，需要通过信号调理电路进行放大和滤波，以提高信号的可靠性和准确性。
2. 通信系统中的信号调理在通信系统中，信号调理电路用于对输入信号进行放大、滤波和增益控制等处理。
通过信号调理电路，可以保证信号在传输过程中的稳定性和完整性，提高通信质量。
3. 生物医学信号调理生物医学领域中的信号调理电路常常用于对生物信号进行处理和分析。
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。
第四章信号调理1信号调理、放大、调制与解调080417
y(t) Acos[2ft x(t)]
4.3调制与解调
3) 幅度调制与解调
西安工业大学机电学院
a. 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．
y(t) x(t) cos2ft
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Z(t) Z(f)
4.3调制与解调
2) 种类
x(t) 调制信号
0
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t
载波信号
z(t) Acos2f t （500kHZ~20MHZ)
z(t)
0
t
4.3调制与解调
西安工业大学机电学院
a) 幅度调制(AM)
y(t) [A x(t)]cos2ft
b) 频率调制(FM)
y(t) Acos 2[ f0 x(t)]t
R1 R2; R3 R4 0
半桥差动工作
R1 R2 R3 R4
全桥差动工作
西安工业大学机电学院
③电桥的电压灵敏度
单臂为例：
令：R1 R2 R3 R4 R 电阻变化为R
Uo
( R R R R R
R R R )Ui
Uo
4
R
R 2R
U
i
因为R R,忽略高次项，可得
Uo
R 4R
4.3调制与解调
西安工业大学机电学院
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. 调幅与解调系统。
Z1 Z01e j1 , Z2 Z02e j2 , Z3 Z03e j3 , Z4 Z04e j4
Z Z e Z Z e j(13 ) 01 03
j (2 4 )
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。
第六章 信号调理电路 电桥
机械工程测试技术
湖北工业大学 机械工程学院 1 3 2 4
4
（2）交流电桥四个桥臂中有两对边桥臂，若1、3 桥臂为纯电阻，则φ1= φ3= 0，根据平衡条件对 相位的要求，其它两个对边桥臂必 须具有异性的电 抗，如一边为容抗，则另一边应为 感抗，这样才能 符合 φ2= -φ4 的要求。
R2 c Uo R3
直流电桥
Uo
R Ui 4 R0
R Ui 半桥、双臂输出： U o 2 R0
全桥、四臂输出：U o R U i R0 机械工程测试技术
湖北工业大学 温度补偿
选用型号和特性完全相同的两只应变片， 可以构成补偿块补偿电桥和工作片补偿电桥。
机械工程学院
如果相同的两应变片之一粘贴在被测试件上作为工作片，
湖北工业大学
机械工程学院
第六章 信号的调理 电桥
机械工程测试技术
湖北工业大学
机械工程学院
信号的调理 将待测信号通过放大、滤波等操作转 换成采集设备能够识别的标准信号。
机械工程测试技术
湖北工业大学 6.0 变换与调理的目的
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。
湖北工业大学
R1+ΔR
机械工程学院
R1 ＋ΔR
R3
V
R4
平衡的条件： R1· R3=R2· R4 电桥的输出：
Uo R 2 R 4 - R 1R 3 Ui (R 1 R 2 )(R 3 R 4 )
R1＋ΔR
R2
ΔU
b
R2 I1 I2
R1 a R4 d Ui
调制解调原理详细介绍
1 电子发烧友
调 幅
调制信号 已调信号f 已调信号fS (t)= f (t)cosω0t )cosω
f S (t)
f (t)
信道
y(t)
y(t)= f (t)cosω0t )cosω
s (t) = cosω0t
0
ω0
ω
已调信号的频 谱
载波信号的频谱
8 电子发烧友
AM信号的解调 AM信号的解调
在接收端，可利用解调或检波来恢复出信号， 在接收端，可利用解调或检波来恢复出信号， 下面讨论两种检波方案。 下面讨论两种检波方案。来自0ω0ω
载波信号的频谱
5 电子发烧友
双边带（DSB） 双边带（DSB）AM
可见，只有当调制信号f(t)的振幅总为正时， 可见，只有当调制信号f 的振幅总为正时， 已调信号的包络才对应于原信号f 已调信号的包络才对应于原信号f(t)。
ω
15 电子发烧友
时分复用
时分复用指在一个信道上同时传输多路信号。 时分复用指在一个信道上同时传输多路信号。 时分复用系统的各个信号占据信道不同的时间 时分复用的理论依据是抽样定理。 段。时分复用的理论依据是抽样定理。 实际传送的信号并非冲激抽样， 实际传送的信号并非冲激抽样，可以占据一段 时间。 时间。图中仅以两路信号复用为例
−1000
1
1000
解：已知： Sa(ωCt) ⇔ 已知：
设： f1(t) = f (t)cos1000t
π G2ωC (ω) ωC 1 1 ∴ Sa(2t) ⇔ G4 (ω) = F( jω) π 2
−1001
− 999
0
999
1001
ω
F ( jω) = 1 {F[ j(ω +1000)] + F[ j(ω −1000)] 1 2 = 1 [G4 (ω +1000) + G4 (ω −1000)] 4
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。
聊城大学机械与汽车工程学院测试技术第6章
Av
1
RF R1
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6.2 信号放大与隔离
3) 交流放大电路
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。
Av
1
RF R2
R2一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频
率 fL来确定。
6.3 调制与解调
利用缓变信号控制高频信号的某个参数 (幅值、频率或相位)变化的过程。
调制 Modulation
已调波
声音信号 →音频信号
y (t )
x(t)
0
t
0
t
1.调制的目的
广播电台 的发射塔
1）实现缓变信号的传输，特别是远距离传输
2）提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比
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隔离放大器应
用于高共模电压环
境下的小信号测量，
是一种特殊的测量
放大电路，其输入、
输出和电源电路之
间没有直接的电路
耦合。
隔离放大器由输入放大器、输出放大器、隔离
器以及隔离电源等几部分组成。
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6.2 信号放大与隔离 可用作输入、输出隔离的有光、超声波、无线电波和电磁 等方式。在隔离放大电路中采用的隔离方式主要有电磁(变 压器、电容)耦合和光电耦合。
6.3 调制与解调
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。
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6.3 调制与解调
工程测试与信号处理(华科第二版)第四章部分答案
4-1、信号的调理作用是什么？ 信号调理的目的是便于信号的传输与处理，其作用可以归纳为以下三点： a)传感器输出的电荷信号要转化成后续电路可以处理的电信号。 b)传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到记录仪器中去，需要前置放大器对电信号进行 放大。 c)电信号中混杂有干扰噪音，在检测电路中需要设置滤波电路，目的是去除混杂在有用信号中的各种 干扰，通过消除噪音来提高信噪比，对零位误差和增益误差进行补偿和修正。 4-2、什么是直流电桥的和差特性？直流电桥的和差特性有何作用？ 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，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，则输出电压为两者之和；反之，为两者之差。这就是电桥的和差特性 作用：表明了桥臂电阻变化对输出电压的影响。利用和差极性，在实际应用中可以合理布置应变片进行温度补偿，提高电桥的灵敏度。 4-3、什么是信号调制？在测控系统中为什么要进行信号调制？常用的信号调制方法有哪几种？什么是解调？ 调制是指利用某种信号来控制并改变某一高频振荡信号的某个参数（如幅值、频率或相位等）使其随着该信号的变化而变化的过程。 1.微弱信号在传输过程中抗干扰能力较弱；2.在对这些信号采用直流放大时，由于受零漂移与级间耦合的影响，容易产生失真。 1、按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；2、按载波的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制等；3、按被调制参数的不同分为调 幅、调频、调相。 解调是指从已调波中恢复出调制信号的过程，即调制的逆过程。 4-4、什么是调制信号？什么是载波？什么是已调波？ 在调制过程中，将控制高频振荡的低频信号称为调制信号，将载送低频信号的高频振荡波称为载波，而经过调制后所得到的的高频振荡波称为已 调波。 4-5、什么是调幅？试写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。 调幅是将一个高频振荡信号(载波)与被测信号（调制信号）相乘，使高频振荡信号的幅值随被测信号的变化而变化。 公式： x(t ) cos 2π f 0t ⇔ 波形：
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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3 直流电桥
R1 R3
●平衡条件
R1 R3 R2 R4
R4
E
R2
V
V
R1 R3 R2 R4 ( R1 R2 )( R3 R4 )
E
5.2 信号放大电路 令：
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R1 R
R2 R
R3 R
R4 R dR
V
RR R ( R dR ) ( R R )( R R dR )
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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Av 1
RF 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
华中科技大学机械学院
2 交流放大电路
5.3调制与解调
华中科技大学机械学院
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
华中科技大学机械学院
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.
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 z t )
z (t )
z(t)
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）
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
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
华中科技大学机械学院
案例：旋转机械扭距测量
5.3调制与解调
华中科技大学机械学院
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
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。
Av 1
RF 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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b) 频率调制(FM)
y (t ) A cos(2 [ f 0 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．
第五章、测试信号调理技术
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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Hale Waihona Puke 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:
Av
RF 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 ) 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
华中科技大学机械学院
鉴频：
T2
T4
T1
T3
F
5.3调制与解调
华中科技大学机械学院
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．
E 4 dR R
E
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
Z1Z 3 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 e i (C a C c C i ) ( e i 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
第五章、测试信号调理技术
华中科技大学机械学院
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。
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 )
乘法器
y m (t ) x (t ) cos 2f z t
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
华中科技大学机械学院
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．
ey Kq (C C f ) KC f
+
F
第五章、测试信号调理技术
华中科技大学机械学院
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
华中科技大学机械学院
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
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解调
二极管检波
低通滤波
5.3调制与解调
华中科技大学机械学院
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