5.3 信号调理技术-滤波 14_1
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
什么是信号调理电路它在仪器仪表中的应用有哪些
什么是信号调理电路它在仪器仪表中的应用有哪些信号调理电路是指将待测信号进行放大、滤波、调节等处理，并将其转换为适合模拟或数字处理的形式的电路。
在仪器仪表中，信号调理电路起着至关重要的作用，可以有效地提取和处理信号，确保测量结果的准确性和可靠性。
本文将从信号调理电路的定义、原理、分类和在仪器仪表中的应用等方面进行探讨。
一、信号调理电路的定义信号调理电路是一种专门用于放大、滤波、调节信号的电路。
它可以对原始信号进行采样、放大、滤波、线性化等处理，以使信号具备更好的稳定性、准确性和可靠性。
二、信号调理电路的原理信号调理电路的原理基于电子元器件的特性和电路设计的原则。
其中，放大电路利用放大器放大信号的幅值，使得信号能够足够强大以便于后续处理；滤波电路通过选择性地通过或阻断不同频率的信号，去除噪声和无用的信号成分；调节电路通过改变电压、电流或其他信号的特性，使得信号适应处理的要求。
这些原理的综合运用，能够有效地处理各种类型的信号。
三、信号调理电路的分类根据信号的性质和处理要求，信号调理电路可分为放大电路、滤波电路和调节电路等多种类型。
1. 放大电路：放大电路主要用于增加信号的幅值，使得信号能够达到合适的水平以便于后续处理。
常见的放大电路包括电压放大电路、电流放大电路和功率放大电路等。
2. 滤波电路：滤波电路用于去除信号中的噪声和无用成分，以保留所需的信号。
根据滤波特性的不同，滤波电路可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3. 调节电路：调节电路根据需要改变信号的某些特性，例如调节电压、频率、相位等。
它可以用于校准、线性化和调整信号的参数等。
四、信号调理电路在仪器仪表中的应用信号调理电路广泛应用于各种仪器仪表中，以提高测量系统的性能并满足特定的应用要求。
以下列举几个典型的应用案例：1. 传感器信号调理：传感器常常输出微弱的信号，容易受到噪声和干扰的影响。
通过对传感器信号进行放大、滤波和线性化等处理，可以提高信号质量，减小误差并增强测量系统的稳定性。
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
【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。
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
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。
.滤波器（PDF）
2）RC 高通滤波器
A( f ) =
2π f τ ⎫ 1+ (2π f τ )2 ⎪⎪
⎬
ϕ( f ) = arctan 1 2π f τ
⎪ ⎪⎭
当 f = 1/(2πτ )时，A( f ) = 1 止频率 fc = 1/(2πτ ) 。
2，截
当 f >> 1/(2πτ ) 时， A( f ) ≈1， 即当相当大时，幅频特性接近 于1； ϕ( f ) ≈0，相移趋于 零，此时高通滤波器可视为不 失真传输系统
5.模拟信号调理与转换
5.1 电桥 5.2 滤波器 5.3 调制与解调 5.4 A/D & D/A (A-analog & D-digital)转换
5.2 滤波器
5.2.1 滤波器的分类 5.2.2理想滤波器 5.2.3实际滤波器
1. 实际滤波器的基本参数； 2. RC协调式滤波器的基本特性
5.2.4 滤波器的应用
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。
串联为带通滤波器
并联为带阻滤波器
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。
H(ω )
H (ω ) = Ae− jωt0 (−ωc ≤ f ≤ ωc ) ωc
5.2.4模拟滤波器应用
模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中 是一种常用的变换装置：
如带通滤波器用作频谱分析仪中的选 频装置；
低通滤波器用作数字信号分析系统中 的抗频混滤波；
高通滤波器用于声发射检测仪中剔除 低频干扰噪声；
带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷 波器等
第四章信号调理2(滤波)090414-PPT精品文档
与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使 信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其 余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。
•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。
1）低通滤波器与高通滤波器的串联构成带通滤波器
2）低通滤波器与高通滤波器的并联构成带阻滤波器
2.4信号的滤波
在通过传感器获得的信号中，常常混叠有许多其他频率的 干扰。由于这些干扰的存在，有时得不到正确的测量值， 甚至有时有用的信号被淹没在干扰噪声中。为了突出有用 信号，抑制噪声干扰，我们就要对传感器获得的信号进行 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．
( C e ) de dq ( t ) d x x e R i R R RC y dt dt dt
（3) RC带通滤波器
可以看作为高通滤波器和低通滤波器的串联
此时，较低和较高的频率成分都完全被阻挡，不能 通过，只有位于频率带宽内的信号频率能通过。 串连后以高通的截至频率为下截至频率， 以低通的截至频率为上截至频率，
e x i dt dt 1 q R e e dt y x C C C RC
（2) 一阶RC高通滤波器
1 1 1 f＝ 时， A (f ) ，则 fc1 ,即 RC 决定着下截至频率 2 2 2 1 f 时， A ( f ) 1 ,( f ) 0 ,可认为是不失真测试系 统 2 RC 1 f 时， H( f ) j2 f,输出与输入的微分成正 比，起到 2 RC 微分器的作用
2） 高通滤波器 高通
与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。 它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过， 而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。
信号的调理
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
用微弱的缓变信号控制高频交流信号，然后交流放大、传输， 最后再解调出放大的信号
3、调制与解调 2)术语
调制：用被测信号控制高频信号的过程 调制信号： 载波信号： 已调信号： 解调：从已调信号中恢复被测信号的过程
3、调制与解调
3)分类
调制对象：高频交流信号: z (t ) A cos(2ft )
对于不同臂桥连接：α值不同 将电参数（电阻、电感、电容）变化转换为电压（电流）变化 适用于电阻电桥、电感电桥、电容电桥及其组合
3、调制与解调
• 调幅实现:——分压电路调幅
晶 体 振荡器 Ue R Ux 放大 检波 滤波 Uo
频率与幅 度固定的 高频信号
L
电涡流线圈
C
Z
jL 1 2 LC
4、信号的放大
放大器分类
直流放大器 放大器 交流放大器 幅度增大；低频保留，高频截止(工作点会产生温漂 或零漂，稳定性是设计重点) 幅度增大；高频保留，低频截止（工作点保持在0V 不变，温漂影响小，电路稳定性好，结构简单） 幅度增大（特殊的放大器，设计中输出电压随传感 器电荷变化而变化）
电荷放大器
平衡条件： R1 / C2 R2 / C1
2、电桥
特殊的交流电桥——带感应耦合臂的电桥
i1 Z4
e1 e0 W1
Z4 V
W1 W2 e0 i2
V
i
W2 e2 Z3
Z3
若用差动电容传感器的电容， 或用差动变压器式电感传感器 的电感代替Z3、Z4,此电桥就可 测量参数的变化。
也可用差动变压器式电感传 感器代替感应耦合臂W1、W2,此 电桥就是电感式传感器的转换 电路。
信号调理电路
信号调理电路第一篇：信号调理电路信号调理电路信号处理电路，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。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等...但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，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MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理将您的数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过帮助您直接连接到广泛的传感器和信号类型(从热电偶到高电压信号)来实现的。
关键的信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10倍。
信号调理简单的说就是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。
是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。
因为工业信号有些是高压，过流，浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清之。
一般的采集卡上都带有可编程的增益，但具体要不要作信号调理，要视待采信号的特点而定，若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。
第二篇：传感器信号调理电路传感器信号调理电路传感器信号调理电路信号调理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。
通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，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。
信号的调理和处理
4.0 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。
I1 I2
R4
R1 R
R2 I1 I2
R1 R
c Uo
a
R4
I1 I2
c Uo
c Uo
R3 R
R3
R3
d Ui
R4 R
d Ui
半桥、单臂输出 R Uo Ui 4 R0
S Uo Ui R0 / R0 4
半桥、双臂输出 R Uo U i 推导 2 R0
S Uo U i R0 / R0 2
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
第四章
信号变换及调理
▼
▼ ▼ ▼
4.0 变换及调理的目的 4.1 电桥 4.2 信号的调制解调 4.3 信号的滤波器
Guangdong University of Petrochemical Technology
广东石油化工学院
1
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
广东石油化工学院
21
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
y m (t )
调幅 AM
0
t
Ym ( f ) X ( f ) * Y ( f )
½
f0
2 fm
½
0
f0
2 fm
R1 R2 c U o R3 d Ui
信号调理电路参数、adc采集频率、位数等参数。
信号调理电路参数、ADC采集频率、位数等参数在数字信号处理中扮演着重要的角色，对于数字信号的准确采集和处理起着至关重要的作用。
在本文中，我将从简到繁，由浅入深地探讨这些参数对数字信号处理的影响，帮助您更深入地理解这一主题。
一、信号调理电路参数1. 信号调理电路的增益信号调理电路中的增益是指输入信号与输出信号之间的比值。
增益的大小直接影响着信号的灵敏度和分辨率。
当增益过大时，会导致信号失真，影响ADC采集的准确性；而增益过小则会导致信号被噪音淹没，使得信噪比过低。
在设计信号调理电路时，需要根据具体的应用场景来合理设定增益。
2. 滤波器的设计滤波器在信号调理电路中起着关键作用，能够滤除掉频谱中不需要的成分，提高信号的质量。
根据信号的特点，可以选择不同类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器等，来达到所需的信号处理效果。
3. 输入输出阻抗匹配为了最大限度地减小信号源和信号采集器之间的失配带来的误差和失真，需要在信号调理电路中进行输入输出阻抗的匹配。
这样可以有效地提高信号的传输效率，并减小信号的失真程度。
二、ADC采集频率1. 采样定理根据采样定理，信号的采样频率至少要是信号本身最高频率的两倍，才能够准确地还原原始信号。
在确定ADC的采集频率时，需要考虑被采集信号的频率范围，以及信号中所包含的有效信息。
2. 信号失真当采集频率过低时，会导致信号失真，从而影响信号的准确性。
需要根据具体应用需求来合理地设置ADC的采集频率，以充分保留信号的信息。
三、位数1. 位数与分辨率ADC的位数决定了其分辨率，位数越高，分辨率越高，可以更精细地表示被采集信号的大小。
在应用中，需要根据被采集信号的范围和精度要求来选择合适的位数。
2. 位数与存储空间位数的增加会导致采集数据的存储空间增大，因此需要在存储介质有限的情况下，权衡位数和存储空间之间的关系，以确保数据能够被有效地存储和处理。
总结回顾：在数字信号处理中，信号调理电路参数、ADC采集频率、位数等参数的合理设置对于数字信号的准确采集和处理至关重要。
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 信号调理方法
长春大学机械工程学院机电系
2.实际滤波器的描述
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 滤波器原理 A0
长春大学机械工程学院机电系
d
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 。
E
R2
V
R4
V
R1 R 3 R 2 R 4 ( R 1 R 2 )( R 3 R 4 )
E
4-1 电桥转换原理 令： R R 1
长春大学机械工程学院机电系
R2 R
R3 R
R 4 R dR
V
RR R ( R dR ) ( R R )( R R dR )
E 4 dR R
E
4-1 电桥转换原理
2.交流电桥的平衡条件
长春大学机械工程学院机电系
传感器
传感器
●平衡条件 电感
Z 1Z 3 Z 2 Z 4
电容
长春大学机械工程学院机电系
由于复数阻抗中包含有幅值和相位信息，令 Z i 带入上式，则有
Z1 Z 3
z e
i
j
i
e
j(
1
)
R1 R 3 R 2 R 4
R3 / C1 R2 / C 4
长春大学机械工程学院机电系
（2）电感电桥
R 3 L1 R 2 L 4
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
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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。
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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。
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➢ 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。
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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。
第2章信号调理电路主讲放大滤波
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。
4. 能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
(二) 可供选用的传感器类型
对于一种被测量，常常有多种传感器可以测量，
例如测量温度的传感器就有：热电偶、热电阻 、热敏电阻、半导体PN结、IC温度传感器、光纤
图3.1 数据采集系统的基本组成
实际的数据采集系统往往需要同时测 量多种物理量或同一种物理量的多个测 量点。因此，多路模拟输人通道更具有 普遍性。按照系统中数据采集电路是各 路共用一个还是每路各用一个，多路模 拟输人通道可分为集中采集式和分散采 集式两大类型。
一、集中采集式
图3.2 集中式数据采集系统的典型结构
外接电阻RG来调控，并由式
G 1确5定0。
INA115的电路结构、基本接法与INA114R基G本相同。
(2）典型应用
图为热电偶传感器与INA114连接的应用电路。当测 量点T过远时，应增加低通滤波电路，以免噪声电压损 坏器件。增益要根据具体所选的热电偶的类型而定。
INA114基本测量电路
其他型号仪表放大器
低通滤波器的主要技术指标
（1）通带增益Avp
通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，
性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的， 阻带内的电压放大倍数基本为零。
要提高程控增益放大倍数的准确度，可采用下 列措施：
（1）选用精密测量电阻。因为程控增益放大器的
放大倍数一般是由外接电阻决定的，电阻值的准确度决 定了放大倍数的准确度，所以电阻要选用精密测量电阻 ，并且要精确匹配。
（2）选择转换开关。电路中的转换开关应根据不同
信号调理电路
摘要信号调理简单的说就是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。
是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。
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。
但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等。
信号调理将把数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。
信号调理简单的说就是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。
若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。
关键词：放大器，传感器，滤波，信号采集1设计任务描述1.1设计题目：信号调理电路1.2设计要求1.2.1设计目的（1）掌握传感器信号调理电路的构成，原理与设计方法（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法1.2.2基本要求（1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值（2）信号的频率范围在50Hz-10KHz（3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小1.2.3发挥部分（1）超出上下限的保护电路及指示（2）电桥信号采集（3）其他2设计思路这次我们小组课程设计的题目是信号调理电路。
信号调理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。
在初始阶段用一个电压跟随器来发出信号，利用一个电桥收集信号并发出差分电压，选择放大器与传感器正确接口，使放大器与传感器特性匹配，测量应变片传感器通常要通过桥网络，用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。
这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。
因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。
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。