测试_第四章_信号的调理与记录

《机械工程测试技术》

第四章

信号调理、处理和记录

主讲：王建军

山东理工大学∙机械工

程学院∙测控系

机械工程测试技术基础

第四章信号的调理与记录本章学习要求：

1.掌握电桥的工作原理及特性#

2.掌握信号调制与解调的原理

3.掌握滤波器的分类及其参数

4.了解模拟信号放大电路原理

5.了解测试信号的显示与记录

★信号调理的目的

信号调理的的目的是便于信号的传输、处理与记录。

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。

信号调理装置按工作原理有

1°转换器：将传感器输出信号转换成便于传输、放大、处理的装置。

例如：电桥：可将R、C、L→u或i；

D/A：数字量→模拟量

A/D：模拟量→数字量

调制器：对信号进行调制；

解调器：对已调信号进行鉴别并还原。2°放大器：将信号进行放大。

例如：电压（直流、交流）放大器；

电荷放大器

3°运算器：将信号进行相应的运算，获取所需信号。

例如：加法器、乘法器、积分器、微分器4°滤波器：对信号进行滤波处理。

例如：低通滤波器、高通滤波器

5°整流器：对信号进行整流检波处理。

例如：相敏整流器

可见，信号调理环节很多，其功能也很丰富，而这些环节前期课程已作过详细介绍。所以，本章仅从测试的角度讨论电桥、调制与解调、滤波器、放大器的基本概念。

载波放大式应变仪的组成及工作原理

载波放大式应变仪由电桥、电桥平衡装置、放大

器、振荡器、相敏检波器、滤波器和稳压电源组成。

第四章信号调理与记录

电桥分类：

●按桥压分：

直流电桥；

恒流源电桥；

恒压源电桥

交流电桥

●按输出方式分：

功率电桥（按低阻抗负载）电压电桥（按高阻抗负载）

4.1 电桥

第四章信号调理与记录

若：R 1=R 2=R 3=R 4=R 全等臂电桥R 1=R 2=R a R 3=R 4=R b 对称等臂半桥R 1=R 4=R a R 2=R 3=R b 非对称等臂半桥1、工作原理▲4.1.1 直流电桥B

()()

sr sr sr AD AB sc sc U R R R R R R R R

R R R U R R R U U U U R U 43214231443121)1++-=+-+=-=的关系与4.1 电桥

▲

直流电桥平衡（）条件：

3

4

21

R R R R =或

4231=⋅-⋅R R R R 相对桥臂电阻之积相等。4.1.1 直流电桥

第四章信号调理与记录

0=sc U

4.1.1 直流电桥()()R R U R R U U R R R

R

R R U U R R R U U R R R R R R R R

R R U R R R U sc sr sc sr sr sc sr

sc sc ∆∝∆≈<<∆∆+∆=∆+∆=++∆+-∆+=∆→∆,4,211424)(,)2432142311当对全等臂电桥，则则设的关系与

2、电桥的加减特性

()()()()()⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆+-∆++∆+-∆+=∆∂∂=∆+-+=∆>>∆→∑=443322112212

1442

43433324343222212111221214

1i 434

211)(,R R R R R R R R U R R R R U U R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R U U U R R R R R R U R R R R sr sc sr i

i

sc sc sr

sc i

i i i 件，则若电桥满足初始平衡条桥输出为利用全微分方程可得电由且设4.1.1 直流电桥

()()()()输出最大，所以

令：电桥输出一般表达式为

桥臂电阻比

令：sc sc

sr sc U U R R R R R R R R U U R R R R R R R R R R R R ,10114433221122

24343221213421=⇒=∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆+=+=+=+---==αα

αα

ααα4.1.1 直流电桥

可得电桥加减特性表达式（输出一般表达式）

()432142314

sr

41sc εεεε-+-=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆-∆+∆⋅=K U U R R R R R R R R U sr 4.1.1 直流电桥

电桥输出公式的使用前提条件：

1）先决条件是：电桥起始是平衡的；

2）无论各电阻如何变化，一定要在平衡点附近；

电桥加减特性的讨论：

①单臂工作

只有一只电阻R 产生ΔR 变化时，电桥输出电压

sr

sr sc 4

141U K U R R U ⋅⋅⋅=⋅∆⋅=ε4.1.1 直流电桥