(优选)章信号调理处理和记录

4.2 调制与解调
2 种类
调制信号x(t)
载波信号 z(t) Acos(2ft )
a) 幅度调制(AM) b) 频率调制(FM) c) 相位调制(PM)
y(t) [ A0 * x(t)] cos(2ft ) y(t) Acos(2[ f0 x(t)]*t ) y(t) Acos(2ft [0 x(t)])
（优选）章信号调理处理和记 录
2020年9月17日3时12分
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第四章 信号的调理与记录
对象
功能
目的
传感器
电参数： 电容 电阻 电感
电信号： 电压 电流 电量
信号调理： 隔离 变换 放大 滤波
标准信号： 电流 电压 频率
便于 传输/接收 显示/记录
第四章 信号的调理与记录
4.1 电 桥
1）直流电桥
4.2 调制与解调
相敏检波解调
载波电压为正 载波电压为负
载波电压为正 载波电压为负
标准信号
实现：利用二极管的单向导通作用改变输出信号的极性。
4.2 调制与解调
例：动态应变仪
电桥电源频率和标准信号为同频率； 被测信号为负，使原载波信号反向。 输出信号的幅值大小与载波信号无关。
4.2 调制与解调
4 频率调制与解调 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 疏密不同的等幅波，疏密度随信号x(t)的幅值而变。
y(t) Acos(2[ f0 x(t)]*t )
调频波的瞬时频率可表示为 f f0 f
优点：抗干扰能力强、便于远距离传输、不易错乱、跌落和 失真，容易采用数字技术和计算机相连接。 缺点：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；调频系统比调幅系统复杂，因为调频是一种非线性调制。
4.1 电 桥
案例：
使用两组差动变化，组成全桥，进一步提高 灵敏度？
4.1 电 桥
常用调平衡
4.1 电 桥
2）交流电桥
●平衡条件
~
Z1Z3 Z2Z4
1 3 2 4
4.1 电 桥
电容传感器
1
Zc r jc
电感传感器
ZL r jL
电阻传感器
Zc
r c
ZR
R //
1
jc
ZL
ZR
L
4.1 电 桥
带感应耦合臂的电桥 变压器电桥
Z4
i1 Z1
U0～
U1
i
W1 G
U2
W1
G
W2
W2 Z3
U0～
i
i2
Z3
感应耦合臂代以差动式三绕组电感传感器，通过敏感元件铁芯， 将被测位移量转换为绕组间互感变化。
4.2 调制与解调
1 目的
➢微弱缓变信号的放大 ➢信号的远程传输
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。
4.2 调制与解调
谐振电路调频
对自激振荡器的谐振回路，当被测量在小范围内变化时，电 容（电感）也有与之对应的、接近线性的变化
f 1 2 LC
f ( 1)( 1 )(LC)1.5 L ( 1) f
x'(t) D x(t)
xm (t) [D x(t)]cos(2 ft)
低通滤波
4.2 调制与解调
相敏检波解调
？ 调幅波与载波、原信号的相位关系 原信号为正，调幅波与载波y(t)同相 原信号为负，调幅波与载波y(t)反相
？如何取出原信号 将调幅波和标准信号进行比较，使其同相为正，反向为负。 实质：改变调幅信号中对应载波信号为负部分的极性。
乘法器
载波频率？
xt
xm t x t co用行s不调0t同制频后率，的能载够波移对动不它同们被的测频信谱号位进置，
使它们互相不发生覆盖。
4.2 调制与解调
同步解调原理
xm
(t)
•
cos(0t)
x(t)
cos2
0t
1 2
x(t)
1 2
x(t) cos(20t)
1 2
Xm
0
1 2
Xm
0
乘法器
xm t xt cos0t
y t cos0t
滤波器
xt
4.2 调制与解调
包络(整流)检波解调 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 ,然后再与高频载波相乘得到调幅波，其包络线 具有调制波的形状。调幅波经过包络检波（整流、滤波）就可 以恢复偏置后的信号。
交流电桥的优点： ➢可测量为电阻、电容、电感 ➢可测量为调制波，外界工频干扰不易从线路引进 ➢看后接的交流放大电路简单而无零漂
4.1 电 桥
具有电阻、电容平衡的交流电阻电桥
b
R
KR
R1
R2
a
c
R3
R
CR
d
Uy
改变开关K的位置及调节可
U0
变电阻R3，调节电桥的电阻 平衡。
电容C是差动可变电容器， 旋动电容平衡旋钮，实现电 容平衡。
U DB
R1R3 R2R4 U (R1 R2 )(R3 R3 )
●平衡条件 R1R3 R2 R4
4.1 电 桥
令：R1 R1 R1 R2 R2 R2
(R R)
R3 R3 R3
R4 R4 R4
U db
1 4
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
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R4 R4
)U
4.1 电 桥
性质： 1.与输入电压成正比。 2.与桥臂电阻变化率的代数和成正比。 3.相邻臂电阻变化率符号相反，相对臂电阻变化率 符号相同。
相邻臂为纯电阻，另两
C
R 臂可为电容或电感？
r
相对臂为纯电阻，另两
臂可为电容或电感？
4.1 电 桥
理 想 电 感 测 量
理 想 电 容 测 量
4.1 电 桥
损耗小的电容电桥的测量
测量低频电感的电桥
4.1 电 桥
直流电桥的优点： 所需高稳定的直流电源容易获得 电桥输出是直流，可以用直流仪表测量 对连接导线要求较低 电桥的平衡电路简单
作用： 1.补偿。 同符号干扰量接法？
2.放大。 条件：相邻异性，相对同性。
4.1 电 桥
电桥的接法：
R1 R2 R3 R4 R
S Uo R / R
R1 R2 R3 R4 R
单臂
半桥
全桥
S U /4
S U /2
S U
4.1 电 桥
案例： F'
受压时，如何接到电桥的两个臂上？ 受拉时呢？ 只有一个工作臂时如何补偿温度误差？ 两个力同时作用时，如何分别测量F和F呢？
4.2 调制与解调
3 调幅及解调 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) [ A0 * x(t)] cos(2ft )
4.2 调制与解调
调幅原理
x
t
cos0t
1 2
[
x
t
e
j0t
x
t
e
j0t
]
1 2
X
0
1 2
X
0
y t cos0t