第4章_信号的调理与记录
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（）。
机械工程测试技术基础
全性测试等。
测试技术的应用： 广泛应用于汽车、 航空、航天、机 械制造等领域。
古代：手工测量经验判断 近代：仪器测量数据记录 现代：计算机辅助测试自动化测试 未来：智能化测试远程测试大数据分析
传感器：用于采集 被测对象的物理量
数据采集系统：用 于将传感器采集到 的信号转换为数字 信号
温度传感器：通过热敏电阻或热电 偶等元件测量温度变化广泛应用于 工业、医疗等领域。
流量传感器：通过电磁感应或超声 波等原理测量流体流量广泛应用于 供水、供气等领域。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
压力传感器：通过压敏电阻或压电 晶体等元件测量压力变化广泛应用 于液压、气动等领域。
加速度传感器：通过压电晶体或电容 式等元件测量加速度变化广泛应用于 汽车安全、航空航天等领域。
数据处理系统：用 于对采集到的数据 进行处理和分析
显示系统：用于显 示测试结果和图表
信号及其描述
信号的定义：信号是信息的载体是物理量随时 间变化的过程
信号的分类：根据信号的性质和特点可以分为 连续信号和离散信号
连续信号：信号的取值是连续的如正弦波、三 角波等
离散信号：信号的取值是离散的如数字信号、 脉冲信号等
实时化：测试技 术将更加实时化 能够实时监测和 预警设备状态
绿色化：测试技 术将更加绿色化 减少对环境的影 响提高能源利用 效率
智能化：测试技术将更加智能化能够自动识别和诊断机械故障 集成化：测试技术与其他技术如物联网、大数据等更加紧密地集成提高测试效率和准确性 实时化：测试技术将更加实时化能够实时监测和预警机械设备的运行状态 绿色化：测试技术将更加注重环保和节能降低机械设备的能耗和污染排放
chapter4 信号调理和记录new
Z1 Z 3 Z 2 Z 4
把各阻抗代入平衡条件式，得：
Z 01 Z 03 e
j ( 1 3 )
Z 02 Z 04 e
j ( 2 4 )
若此式成立，必须同时满足下列两等式：
兰州理工大学机电工程学院
Z 01 Z 03 Z 02 Z 04 1 3 2 4
一、 直流电桥
a
●平衡条件
R1
R1R3 R2 R4
b
R4 E
d
V
R3
c
R2
R1 R3 R2 R4 V E ( R1 R2 )(R3 R4 )
不平衡条件
兰州理工大学机电工程学院
如果电桥的4个电阻中任一个或者多个 电阻阻值发生变化，将打破平衡条件，使得 输出电压发生变化。 测量电桥正是利用这一特点。
相对臂阻抗模之积相等 相对臂阻抗角之和相等
为满足上述条件，交流电桥各臂可有不同的组合。常用 的电容、电感电桥，其相邻两臂接入电阻
（例如 Z R , Z R
02 2 03
3
2 3 0
）
而另外两个桥臂接入相同性质的阻抗，例如都是电容或 者都是电感，保持 1 4 。
兰州理工大学机电工程学院
兰州理工大学机电工程学院
第四章 信号的调理与记录
本章学习要求：
1.电桥原理与应用 2.信号调制解调原理
3.信号滤波器工作原理
4.模拟信号放大电路原理 5.信号的记录
兰州理工大学机电工程学院
概述
第一节、电桥 第二节、调制与解调
第三节、滤波器
第四节、信号放大
第五节、测试信号的显示与记录
兰州理工大学机电工程学院
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
第四章信号调理
❖ 本章主要解决信号的传输、放大、滤波、 等问题。
❖ 测量中常遇到以下问题：
传感器输出的电量信号不易传输；（电桥）
传感器输出的电量信号为缓变的微弱信号，无
法直接推动仪表指示；
（调制）
传感器输出的信号含有大量的干扰和噪声；
（滤波）
第四章信号调理
§4-1 电桥
第一节 电桥
灵敏度高。
第四章信号调理
二、交流电桥 ❖ 交流电桥的平衡条件
Z1 A
B
Z2
u0
C
交流电桥采用交流电压供电， 四个桥臂可以是电感L、电容
Z4
Z3
D
u i=Umsint
C或者电阻R，均用阻抗符号Z
表示。
C1
B C2
根据对直流电桥的讨论可以写出 A
R1
R2
u
C
UO(Z1Z1Z Z32)Z (Z32Z 4Z4)Ui
BD —— 输出端(U0) （一般视为开路）
RH——负载电阻
Ui
第四章信号调理
（一）、直流电桥的平衡条件
U 0 U BA U DA
I1R1 I2R4
R1 R1 R
2
U
i
R
3
R4
R
4
U
i
(
R
R1 1
R3 R2
)(
R2 R3
R
4
R
4
)
U
i
Ui
由上式可见：若R1R3=R2R4，则输出电压必为零，此时电
U 0U 4i ( R R 11 R R 22 R R 33 R R 44)
若电桥初始是平衡的，即R1R3=R2R4，略去ΔR/R的平方项，
Signal_4_4_信号调理AD_DA数据采集
测试系统抗干扰设计
一、干扰因素
A）空间辐射干扰（电磁干扰）：电气设备、电子设备、通信设施的 高密度使用，使空间电磁波污染越来越来严重。空间辐射干扰主要
有地球大气放电（如雷电）、宇宙干扰（如太阳产生的无线电辐
射）、静电放电等自然干扰和高压输电线、内燃机、荧光灯、电机 等电气设备产生的放电干扰。这些干扰源产生的辐射波频率范围广，
且无规律。空间辐射干扰以电磁感应的方式通过测控系统的壳体、
导线、敏感探头等形成接收电路，造成对系统的的干扰。
B）电网干扰：工业系统中的某些大设备的启动、停机等，可能引起电 源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰，这些电压噪声均通过 电源内阻耦合到测控系统的电路，给系统造成极大的危害。 C）小信号长线传输干扰：传感器输出的信号较弱，传输线较长，易受 干扰影响，当A/D转换器在获取0～50mV小信号时，不恰当的模拟接 地方法会给系统造成较大的测量误差。
Da
Ui
001 000 0 1 2 3 4 5 6 7
Ui
A/D转换将模拟输入电压Ui 转换为n位二进制数Da，则有：
Ui Da U e, Da an1 n1 an2 n2 a1 1 a0 0 2 2 2 2
其中，n —— A/D转换器位数；
UH～ 传 感 器 外 壳
C1
高 压 线 测 量 系 统 仪 器 外 壳
Us
C2
C1 U1 UH UH 1 1 C1 C3 C1 C3 C2 U2 UH C2 C4
1 C3
C3
C4
当U1=U2时，它们是共模干扰电压，当二者不相等时，既有共模干 扰电压又有差模干扰电压。 大电流导体的电磁场在双输入线中感生的干扰电动势有相似的分析方法。
《测试技术基础》期末试题及答案_-
第一章 信号及其描述（一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。
2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。
3、 周期信号的频谱具有三个特点：离散的 ，谐波型 ， 收敛性 。
4、 非周期信号包括 瞬态非周期 信号和 准周期 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值x μ、均方值2x ψ，方差2x σ；。
6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 偶 对称，虚频谱（相频谱）总是 奇 对称。
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ v ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ v ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ x ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ x ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ v ）（三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。
2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。
3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、 求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。
5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t et x at ω的频谱。
第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω 1/2 ，幅值=y √2/2 ，相位=φ -45 。
2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
大学生《机械工程测试技术基础》期末试题及答案
第一章 信号及其描述（一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。
2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。
3、 周期信号的频谱具有三个特点： 离散性 ， 谐波性 ， 收敛性 。
4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬变周期 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值 、 均方值 、 方差 。
6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 关于Y 轴 （偶） 对称，虚频谱（相频谱）总是 关于原点（奇） 对称。
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ √ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ √ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ × ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ × ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ √ ）（三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。
2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。
3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。
5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。
第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。
2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
14-第四章 信号调理-调制
测试技术
1 1 x(t ) cos 2πf 0t cos 2πf 0t x(t ) x(t ) cos 4πf 0t 2 2
频谱
1 1 1 Z ( f ) X ( f ) X ( f 2 f0 ) X ( f 2 f0 ) 2 4 4
乘法器
z(t)
五 频率调制测试技术 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. 信号 电压为正值时调频波的频率升高，负值时则降低；信号电压为零 时，调频波的频率就等于中心频率。其频谱结构非常复杂，虽与 原信号频谱有关，但却不像调幅那样进行简单的 “搬移” ，也不 能用简单的函数关系描述。为了保证测量精度，对应于零信号的 载波中心频率应远高于信号的最高频率成分。
华北电力大学机械工程学院
测试术
x' (t ) D x(t )
,
xm (t ) [ A x(t )] cos(2ft )
华北电力大学机械工程学院
测试技术
若所加的偏置电压未能使信号电压都为正，x(t)的相位将发生 180。，只有简单的整流不能恢复原调制信号，这时需要采用 相敏检波方法。
测试技术
x(t)
乘法器
x m(t)
z(t)
放大器 五、解调 1)同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域信号将再一次进行 “搬移”,当用一低通滤波器滤去频率大于fm的成分时，则可以 复现原信号的频谱。与原频谱的区别在于幅值为原来的一半， 这可以通过放大来补偿。这一过程称为同步解调，同步是指解 调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。
调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制 信号）相乘，使载波信号随测试信号的变化而变化。调幅的 目的是为了便于缓变信号的放大和传送，然后再通过解调从 放大的调制波中取出有用的信号。所以调幅过程就相当于频 谱“搬移”过程。而解调的目的是为了恢复被调制的信号
测试技术第4章
U ad I 2 R4
输出电压：
R1 R1 R3 R2 R4 R4 U y U ab U ad U U R R 0 R R 0 ( R R )(R R ) U 0 2 3 4 1 2 3 4 1
直流电桥
直流电桥的平衡条件： R1 R3 R2 R4 常用的电桥连接形式：
t 0 kx t
此时调频信号可表示 x f (t ) A cos 0t k x(t )dt 0
图4-10
调制信号加偏置的调幅波 b）偏置电压不够大
a）偏置电压足够大
相敏检波
为了使信号具有判别信号相位和选频的能力， 需采用相敏检波电路。 要实现正确的解调必须要求参考信号的幅值 远大于调幅信号的幅值，使开关器件的通断 完全由参考信号决定。其中x(t)为原信号； y(t)为载波，xm(t)为调幅波。电路设计使变 压器B二次边的输出电压大于A二次边的输出 电压，即满足参考信号的幅值大于调幅信号 的幅值。
当被控制的量为高频振荡信号的频率时，称为调频(FM)； 已调制信号为调频波； 当被控制的量为高频振荡信号的相位时，称为调相(PM)； 已调制信号为调相波； 调制与解调的应用： 应用分析：传感器输出的低频微弱信号需要放大。直流放 大，存在零漂和级间耦合，容易失真；交流放大，抗零漂， 故一般先将低频信号调制为高频信号，再交流放大，最后 解调。
2、整流检波和相敏检波 调幅波解调（检波）： 从已调制信号中检出调制信号的过程。 有三种方法：同步解调、包络检波、相敏检波。 同步解调：已调制信号Xm(t)与载波y(t)再次相乘， 经低通滤波器，检出调制信号。 整流检波（包络检波）： 幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值 变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一 致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。 这种方法称为整流检波或包络检波。
机械工程测试技术试题及答案
一、填空（每空1份，共20分）1.测试技术的基本任务是获取有用的信息2.从时域看，系统的输出是其输入与该系统脉冲响应函数的卷积。
3.信号的时域描述，以时间(t) 为独立变量；而信号的频域描述，以频率f 或)(ω为独立变量。
4.如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应该大于 100Hz。
5.在桥式测量电路中，根据其激励电压（或工作电压或桥压或电源）的性质，可将其分为直流电桥与交流电桥。
6.金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用导体机械形变引起的电阻变化，后者利用半导体电阻率的（或半导体压阻效应）变化引起的电阻变化。
7.压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。
8.带通滤波器的上下限截止频率为fc2、fc1，其带宽B =12ccff-；若其带宽为1/3倍频程则fc2= 32 fc1。
9.属于能量控制型的传感器有电阻式传感器、涡电流传感器电容式传感器、电感式传感器等。
10. 根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅、调频、调相。
11. 相关滤波的工作原理是同频相关不同频不相关/同频检测原理12 测试装置的动态特性可以用传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数进行数学描述。
二、选择题（把正确答案前的字母填在空格上，每题1分，共10分）1．不能用确定的数学公式表达的信号是 D 信号。
A 复杂周期B 非周期C 瞬态D 随机2．平稳随机过程必须 B 。
A 连续 B统计特征与时间无关 C 各态历经 D 统计特征等于时间平均3．一阶系统的动态特性参数是 C 。
A 固有频率B 阻尼比C 时间常数D 灵敏度4．系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为 A 。
A 回程误差B 绝对误差C 相对误差D 非线性误差5．电阻应变片的输入为 B 。
A 力B 应变C 速度D 加速度6． D 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
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
《测试技术和信号处理》教学大纲和基本要求
《测试技术和信号处理》课程教学大纲与基本要求1.信号及其描述（1）教学目的和要求：熟悉信号的分类方法和分类结果；掌握周期信号的特点和分析方法，建立频谱的概念；掌握非周期信号的特点和分析方法；掌握随机信号的特点和描述方法，了解平稳性和各态历经性的概念；掌握随机信号的主要特征参数的求法及意义；熟悉各种典型信号的频谱的特点和求法。
（2）教学内容：信号的分类与描述：信号的分类；信号的描述方法。
周期信号的描述：周周期信号的频域描述；周期信号的特征参数描述。
非周期信号的描述：傅里叶变换；傅里叶变换的主要性质；几种典型信号的频谱。
随机信号的描述：随机信号的概念及分类；随机信号的主要特征参数。
（3）本章重点：频谱的概念，各种信号的频谱的特点；周期信号的傅氏级数展开；非周期信号的傅氏变换。
难点：频谱的概念；傅氏变换的性质的应用，计算。
2.测试系统的基本特性（1）教学目的和要求：熟悉测试系统的基本组成；熟悉线性系统的主要性质；掌握测试系统静态特性的概念和描述方法；掌握测试系统动态特性的概念和数学描述方法；掌握传递函数、频响函数、脉冲响应函数、阶跃响应函数的概念和特点；掌握一、二阶系统的频响函数（幅频、相频）、阶跃响应函数的概念（公式、图）、特点、并能进行有关计算；掌握实现不失真测试的条件；熟悉一、二阶系统的动态特性参数对测试结果的影响。
（2）教学内容：概述：测试系统与线性系统；线性系统及其主要性质；测试系统的特性。
测试系统的静态特性：非线性度；灵敏度；分辨力；回程误差；漂移。
测试系统的动态特性：传递函数；频响函数；脉冲响应函数；环节的串联和并联；一阶、二阶系统的动态特性。
测试系统在典型输入下的响应：测试系统在任意输入下的响应；测试系统在单位阶跃输入下的响应；测试系统在单位正弦输入下的响应。
实现不失真测试的条件：不失真测试的概念；实现不失真测试的条件；装置特性对测试的影响。
（3）本章重点：测试装置的静态和动态特性的概念及描述方法；频响函数的求法及应用；一阶、二阶系统的动态特性；不失真测试的条件。
4 测试信号调理电路与显示
第一节 电桥
1）直流电桥 ●平衡条件
优点：所需的高稳定直流电源较易获得；电桥输 出电压是直流，可以用直流仪表测量；对从传感 器到测量仪表的连接导线要求较低，电桥的平衡 电路简单。
R1 R3 R2 R4
缺点：直流放大器比较复杂，易受零漂和接地电 位的影响。
应变片的布置和接桥方式
电桥
调制与解调
3.调制种类．
若载波信号是谐波信号，谐波信号有幅值、频率、相位三 个参数，可以对这三个参数进行调制，分别成为为调幅、 调频、调相； 若载波信号是方波，方波有脉冲宽度、幅度和相位三个参 数，则调制可分为脉宽、脉幅、脉相。最常用的是脉冲调 宽。
调制与解调
调幅
调频
调相
调幅与解调
原理：调幅过程就是将调制信号与高频正弦信号（或称 载波）相乘，使调制信号控制载波的幅值。
低通 带通
高通
带阻
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。
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。
信号的滤波
物理不可实现：理想滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc
2）交流电桥 ●平衡条件
交流电桥的平衡问题较直流复杂得多，对于 交流电桥，除了进行电阻平衡外，还要进行 电抗平衡。交流电桥对于供桥电源要求也较 高，必须具有良好的电压波形和频率稳定度
Z1Z 3 Z 2 Z 4
1 3 2 4
信号放大
4 电荷放大器
q ei (C a Cc Ci ) (ei e y )C f
机械工程测试技术基础试题及答案(工程部)
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ ） （二）、√。
、√。
、╳。
、╳。
、√。
1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个的正弦信号，则必然导致输出波形失真。
（）2、 在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。
（）3、 当输入信号)(t x 一定时，系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ，而与该系统的物理模型无关。
（）4、 传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。
（）5、 测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。
（）6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。
（） （三）╳√√√╳╳（三）判断对错题（用√或×表示）1、 滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。
（ ）2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器（ ）3、 压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。
（ ）4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。
（ ） （三）√√╳╳（二）选择题1、 不属于测试系统的静特性。
（）灵敏度（）线性度（）回程误差（）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统响应的卷积。
（）正弦（）阶跃（）脉冲（）斜坡3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为。
（）)()(21ωωQ Q （）)()(21ωωQ Q +（）)()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +（）)()(21ωωQ Q -4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量。
（）存在，但<％（）存在，但<（）在时间常数很小时存在（）不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是系统。
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：
工程测试技术期末复习考试题
工程测试技术——期末复习-19/35
KUST-MCVN
例题1
选择题1 .4
电涡流传感器是利用__材料的电涡流效应工作的。 A 金属导体； B 半导体； C 非金属； 为提高电桥灵敏度，可采用的方法是__ 。 A 在桥臂上串连应变片 B 在桥臂上并联应变片 C 增大应变 片电阻值 D 增加工作桥臂数 为提高电桥灵敏度，可采用的方法是__ 。 下列传感器中，哪种传感器的转换原理是基于压阻效应的 是。 A 金属丝应变片 B 压敏电阻 C 半导体应变片；
工程测试技术——期末复习-11/35 KUST-MCVN
例题
填空题1.4
在数字信号处理中，为避免频率混叠，应使被采样的模拟 信号成为__ ， 还应使采样频率满足采样定理即__ ； 若 不满足采样定理则会产生 __现象。 金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于： 前者基于__引起的电阻变化，后者基于__引起的电阻变 化。
工程测试技术——期末复习-14/35
KUST-MCVN
例题1
选择题1 .1 答案
描述传感器静态特性的指标有D 。（P47） A幅频特性 B稳定时间 C动态范围 D线性度 下列统计参数中，用以描述随机信号波动范围的参数为B 。 （P38） A 均值 B 方差 C 均方值 D 概率密度函 数 信号的时域描述与频域描述通过来C建立关联。 A 拉氏变换 B 卷积 C 傅立叶变换 D 相乘 理想滤波器在通带内的幅频特性为A。（P140） A常数 B零 C零或常数 D无法确定
工程测试技术——期末复习-16/35
KUST-MCVN
例题1
选择题1 .2 答案
如果隔振台对低频激励起不了明显的隔振作用，但对高频 激励却有很好的隔振作用，那么，隔振台属于B。 A 高通滤波器 B 低通滤波器 C 带通滤波器 D带 阻滤波器 测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为 D 。 A 量程 B灵敏度 C 精确度 D分辨力 对连续信号进行采样时，若信号的记录时间不变，采样频 率越高，则 C。 A 泄漏误差越大 B 频率混叠越严重 C 采样点数越多 D 频域分辨率越低
机械测试技术重点知识点总结
测试技术绪 论 1. 测试：测试是具有实验性质的测量，或者可以理解为测量和实验的综合。
2. 测试技术研究的主要内容为被测量的测量原理、测量方法、测量系统及数据处理四个方面。
3. 测试技术的组成及作用：1.传感器是将被测信息转换成 电信号的器件，包括敏感器和转换器两部分。
2.信号的调理环节是把来自传感器的信号转换成更适合进一步的传出和处理的形式。
3.信号处理环节是对来自信号调理环节的信号进行各种运算滤波和分析。
4.信号显示记录环节是将来自信号处理环节的信号以观察者易于观察的形式来显示或存储测试的结果。
5.反馈、控制环节主要用于闭环控制系统中的测试系统。
第1章 信号及其描述 1． 信号的分类 ⎧⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎩⎪⎨⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎨⎩⎩⎪⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎩⎩简谐信号周期信号复合周期信号确定性信号准周期信号非周期信号瞬变信号信号各态历经信号平稳随机信号随机信号非各态历经信号非平稳随机信号确定性信号：能用明确的数学关系式 或图像表达的信号。
2. 工程测试 就是信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的过程。
平稳随机过程：统计特征量不随时间 变化 各态历经随机过程：样本特征量代替总体特征量 3. 信号的描述：时域描述（表达式、波形）和频域描述（频谱：相频谱、幅频谱） 周期信号的描述、非周期信号的描述、随机信号的描述：（1）周期信号与离散频谱 周期信号的频谱特点和求取方法1）周期信号的频谱特点是离散的，每条频谱线表示一个谐波分量。
2）每条频谱线只出现在基频整数倍的频率上。
3)各频率分量的谱线高度与对应谐波的振幅成正比，谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小。
求取方法:用三角函数展开式或是用负指数函数展开式求得。
4..欧拉公式： ：)e (e 2/sin )e (e 2/1cos jsin cos e 00jn t jn t jn t jn tjn t j t n t n tn t n ωωωωωωωωω-=+=±=0000-0-00±5.傅里叶变换的主要性质1）奇偶虚实性。
贾民平《测试技术》习题标准答案
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:通过模型实验或现场实测，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|-ω和ϕ-ω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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一节
电 桥
电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换成电压或电流 输出的一种测量电路。由于桥式测量电路简单可靠，具有很高 的精度和灵敏度，因此在测量装置中被广泛应用。 分类：
按激励电压：
直流电桥
交流电桥
按工作原理：
偏值法
归零法
按输出方式 ：
不平衡桥式电路 平衡桥式电路
一、直流电桥
1、电磁形式
以电阻R1~R4组成电桥的四个桥臂，在电桥 a 的对角点a、c端接入直流电源Ue作为电桥的激 励电源，b、d两端输出电压UO。使用时四个桥 臂中的一个或者多个是阻值随被测量变化的 电阻传感器。
f fc 其它
H f
A0
Φ (f)
fc
0
fc
f
fc
0
2t0
fc
f
图4-23 理想低通滤波器
脉冲响应函数
在频域为矩形窗函数的“理想”低通滤波器的时域脉冲响 应函数是sinc函数。
h(t)具有对称的图形。
sin 2f c t 如无相角滞后，即 t0 0 ，则 ht 2 Af c 2f c t
余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线 1 1 cos 2f 0t f f 0 f f 0 2 2 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。
上
目
页
录
若以高频余弦信号作载波，把信号x(t)和载波信号相乘， 其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。 即，
电桥和差特性示例：
用悬臂梁做敏感元件测力时，常在梁的上下表面各贴一个应 变片，并将两个应变片接入相邻的两个桥臂。当悬臂梁受载荷时， 上应变片R1产生正向Δ R，下应变片R2产生负向Δ R，由电桥的和 差特性可知，这时产生的电压输出相互迭加，电桥获得最大输出。
图4-3悬臂梁测力的电桥接法 a）用悬臂梁做敏感元件测力 b）电桥
uf
C1
C2 L1 L2
ua
C
R
uc
频率-电压线性 变换部分
幅值检波部分
随着测量参数的变化，幅值 ua 随调频波频率近似线性变化， 调频波 u f 的频率和测量参数保持近似线性关系。 因此，把 u a 进行幅值检波就能获得测量参量变化的信息，且 保持近似线性关系。
目 录 上 页
第三节 滤波器
一、概述
第四章 信号调理、处理和记录
§1
§2 §3
电桥
调制与解调 滤波器
§4 信号的指示和记录装置
返 回
§1
电 桥
一、直流电桥 二、交流电桥
目
录
§2 调制与解调
一、调幅及其解调
二、调频及其解调
目 录
§3 滤波器
一、滤波器分类
二、理想滤波器 三、实际RC调谐式滤波器 四、恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器
目 录
第四章 信号的调理与记录
被测物理量经传感器后的输出信号通常是很微弱的或者 是非电压信号，如电阻、电容、电感或电荷、电流等电信号， 这些微弱信号或非电压信号难以直接被显示或者通过AD转换 器送入仪器或计算机进行数据采集，而且有些信号本身还携带 有一些我们不期望有的信息或噪声。 因此，经过传感后的信号尚需经过调理、放大、滤波等一 系列的加工处理，以将微弱电压信号放大、将非电压信号转换 为电压信号、抑制干扰噪声、提高性噪比，以便于后续环节的 处理。
xt cos 2f 0t
1 1 X f * f f 0 X f * f f 0 2 2
上
目
页
录
x(t)
调制器
xm t xt cos 2f 0t
y(t)
目
录
上
页
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。 为了减小放大电路可能引起的失真，信号的频宽 2 f m 相对中 心频率（载波频率 f 0 ）应越小越好。 实际载波频率常至少数倍甚至数十倍于调制信号。
上 目
页 录
两种常用的调频方法及一种解调方案：
（一）直接调频测量电路
把被测量的变化直接转换为振荡频率的变化称为直接 调频式测量电路，其输出也是等幅波。
（二）压控振荡器
压控振荡器的输出瞬时频率与输入的控制电压值成线 性关系。
上
目
页
录
（三）变压器耦合的谐振回路鉴频法
调频波的解调又称为鉴频，是将频率变化恢复成调制信号Hale Waihona Puke 压 幅值变化的过程。平衡电桥
设被测量等于零时，电桥处于平 衡状态，此时指示仪表G及可调电位 器H指零。
当某一桥臂随被测量变化时，电 桥失去平衡，调节电位器H，改变电 阻R5触电位置，可使电桥重新平衡， 电表G指针回零。 电位器H上的标度与桥臂电阻值的 变化成比例，故H的指示值可以直接 表达被测量的数值。
R1 H R2 G R4 R3
（2）偏置解调 把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量A，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。 把该调幅波简单地整流、滤波就可恢复原调制信号。 如果原调制信号中有直流分量，则在整流后应准确地减去所加 的偏置电压。
若所加的偏置电压未能使信号电压都在零线的一侧，则对调幅 波简单地整流不能恢复原调制信号。相敏检波技术可解决此问 题。
上 目
页 录
二、滤波器性能分析
所谓理想滤波器就是将滤波器的一些特性理想化而定义的滤 波器。这种滤波器低于某一频率fc的所有信号予以传送而无任何失 真，将频率高于fc的信号全部衰减，fc称为截止频率。若滤波器的 频率响应H(f)满足条件
则称为理想低通滤波器。
A0e j 2ft0 H f 0
uf
均为负
上 目
页 录
4、动态电阻应变仪
调幅波 放大后波形
解调后波形
调制 信号
电桥 放大 相敏检波 低通滤波
还原信号 调制
载波
振荡器
上
目
页
录
二、调频及其解调
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；信号 电压为正值时频率提高，负值时则降低。
R4 R1 I1
b R2 I2 R3 d c Uo
Ue
2、平衡条件
U o U ab U ad R1 R4 Ue Ue R1 R2 R3 R4 R1 R3 R2 R4 Ue R1 R2 R3 R4
图4-1 直流电桥
U e 为直流电源
U o 为输出电压
要使电桥平衡，输出为零，应满足 R1R3 R2 R4 （4-2）
Uo 1 灵敏度： S Ue R / R 4
上 目
页 录
（2）半桥双臂接法 输出
R1 R1 R4 U e Uo R1 R1 R2 R2 R3 R4 R Ue 2 R0
灵敏度
Uo 1 S Ue R / R 2
图4-2（b） 半桥连接方式
H f
A0
h(t)
2 A0 f c
fc
0
fc
f
1 fc
1 0 2 fc
1 2 fc
1 fc
t
上 目 页 录
理想滤波器是不能实现的。 因为h(t)是滤波器在δ(t)作用下的输出，其图形却表明， 在输入δ(t)到来之前，即t<0, 滤波器就有了与输入相对应 的输出。显然，这违背了因果关系，任何现实的滤波器 不可能有这种预知未来的能力，所以理想低通滤波器是 不可能存在的。 可以推论，理想的高通、带通、带阻滤波器都是不存 在的。
上 目 页 录
3、相敏检波
C 4 A 5
D3
. x (t )
m
D4
c
uf
Rf
.
3
D2 D1
1
2
d
.
B
.
y (t )
上
目
页
录
工作原理： 调幅波与载波y(t)同相 （ 原信号x(t)为正） 调幅波与载波y(t)异相 （原信号x(t)为负） 载波电压为正 载波电压为负 载波电压为正 载波电压为负
u f 均为正
A(f) 1
1 0
A(f) 2
1 0
f2
f
f1
f
A(f) 3
1 0
A(f) 4
1 0
f1
f2
f
f1
f2 f
图4-22 四类滤波器的幅频特性
按构成元件类型分
①RC滤波器 ②LC滤波器
③晶体谐振滤波器
按构成电路性质分 ①有源滤波器 ②无源滤波器
按所处理的信号信号分 ①模拟滤波器 ②数字滤波器
上 目
页 录
2、解调
（1）同步解调 把调幅波再次与原载波信号相乘，
xm f
调幅波
乘法器
低通
x(t)
载波y(t)
则频域图形将再一次进行“偏移”。 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），这一过程称为同步解调。 “同步”指解调时所乘的信号与调制 时的载波信号具有相同的频率和相位。
为了简化设计，取相邻两桥臂电阻相等，
即 R1 R2 R0，R3 R4 R 0
'
'
图4-2（a） 单臂电桥连接方式
R Ue 若 R0 R 0 ，则输出电压 U o 4 R0 2R 因 R R0 ，所以