第五章 信号调理-调制与电桥
勘误第5章模拟信号的调理与转换
第5章 模拟信号的调理与转换测试系统的一个重要环节是信号的调理与转换。
被测物理量经传感器后的输出一般了抑制干扰噪声、提高信噪比和方便后续的传输和处理,往往需要对这些电信号调电桥是将电阻、电容和电感等参数或电流输出的一种测量电路。
电桥电路简单可靠,且具,被广泛用作仪器测量电路。
电桥可分为5.直流R 桥的一条对角线两端a 和c 接入直流电源b 和d 上输出电压y e ,该输出可直接驱动指示仪表,也可接直的出为电信号。
由于测量过程中不可避免地遭受各种干扰因素的影响,为作调理和转换。
本章主要讨论模拟信号常用的调理与转换环节,包括电桥、制与解调、滤波器、以及数/模与模/数转换。
5.1 电桥的变化转换为电压有很高的精度和灵敏度,因此按其采用的激励电源类型分为直流电桥和交流电桥;按其工作方式又零值法(平衡电桥)和偏值法(不平衡电桥)。
1.1 直流电桥电桥如图5.1所示,纯电阻1R 、2、3R 和4R组成电桥的四个桥臂,在电o e ,而另一对角线两端入后续放大电路。
流电桥的输出端后接输入阻抗较大仪表或放大电路时,可视为开路,其输为零,此时有电流o 112e I R R =+,o2e I R R =图5.1 直流电桥结构形式34+ 由此可得出b 、d 两端输出电压158()()14o o 12341324o1234b ad R R U e e R R R R R R R R eR R R R ⎛⎞=−=−⎜⎟++⎝⎠−++ (5-1y e 为零,即当电桥平衡时,应有y a e U =)由式(5-1)可知,要使输出电压式(5-2)为直流电桥平衡公式。
直流电桥的工作原理是:四个桥臂中的一个或数个桥臂的阻值变化而引电各桥臂的阻值,可使输出电压(或电流)仅直流电桥的优点是:采用稳定性高的直流电源作激励电源;电桥的输出e 是直流成入工频干扰较5.入b 、d 测量。
电桥平衡条件下,检流计G 的指示为零变化时,电桥不平衡,检流计G 的电流不为零。
信号调理
R1R3 R2 R4 U R1 R2 R3 R4
b
R1 ±ΔR R2
R1 R R R2 R3 R4 R
a
( R R ) R R R R R R 2 U U U [1 ( ) ] (2 R R)(2 R) 4 R 2R 4R 2R 2R
积分复原型电压频率器
工作原理: vi积分后的电压vo与比较器电压v 比较, vo= vR翻转, 比较器输出控制模拟开关切换到v ,模拟开关使积分器 复原为零。
R F
积分器输出:
v0
1 vi dt
经过一段T1时间后
1 v0 viT1 vR
经过一段时间T2后复原为零。
比较器输出频率:
改变电阻的大小来调节负载电流。 负载电流受到运算放大器带负载能力的限制,一般在 数毫安以下。
电压-电流转换电路
• 负载浮置的同相运算放大器放大电路
vi I L I1 R1
由于同相运算放大器的输入阻抗非常高,输入信号 源几乎不提供电流。 负载电流的大小要受到运算放大器允许输出电流 的限制。
电压-电流转换电路
3)带宽B和品质因数Q:上下两截频的频率范围称为带宽 中心频率和带宽之比称为品质因数 4)选择性 (1)倍频程选择性W:指在上截止频率fc2与 2fc2之间幅频特性的 衰减值,即频率变化一个倍频程时的衰减量。 (2)滤波器因子 幅频特性为-60dB时的带宽与-3dB时的带宽 之比
信号的线性变换
• 传感器输出微弱信号经过放大后还需根据 后续的测量仪表、数据采集器、计算机外 围接口电路等仪器对输入信号的要求进行 相应的各种变换。 • 电压-电流变换,电压-频率变换、数字 -模拟变换、模拟-数字变换等。
【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。
测试原理与技术
& & & & Z1 Z 3 = Z 2 Z 4
交流电桥
§5-1 电桥
& = Ze jφ Z
则电桥平衡时, 则电桥平衡时,有:
Z1 Z 3e
也可表示为: 也可表示为:
j (φ1 +φ3 )
= Z 2 Z 4e
j (φ2 +φ4 )
Z1 Z 3 = Z 2 Z 4
φ1 + φ3 = φ2 + φ4
§5-1 电桥
第五章 模拟信号的变换和处理
目的: 目的:
信号调理的目的是便于信号的传输与处理。 信号调理的目的是便于信号的传输与处理。 传感器输出的电信号很微弱, 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, 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, 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声,需 有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声 要去掉噪声,提高信噪比。 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 3.某些场合,为便于信号的远距离传输, 某些场合 器测量信号进行调制解调处理。 器测量信号进行调制解调处理。
§5-1 电桥
3、非线性误差及其补偿
性误差的大小为
1 ∆R1 e0 之间的差就是非线性误差, 它和 4 R1 之间的差就是非线性误差,即非线
上式是在忽略掉u 上式是在忽略掉u0表达式的分母中 项后得 到的,如果考虑它的影响, 到的,如果考虑它的影响,上式应成为 ∆R1 1 u0 = e0 ⋅ R1 2(2 + ∆R1 ) R1
对于常用金属应变片可设 K 0 = 2 ,则 γ = ε 。 在弹性范围内, 常在0.1 以下。 0.1% 在弹性范围内,ε常在0.1%以下。所以非线性误 K0 = 差不大。 差不大。而对半导体应变片100 150 ,相应地 非线性误差也要大大增加, 非线性误差也要大大增加,因此半导体应变片在用 于单臂电桥的情况下,不适于测量大应变。 于单臂电桥的情况下,不适于测量大应变。
测试信号的调理(调制与调节)
第6章
测试信号的调理及记录
第6 章 第一节 概
测试信号的调理及其记录 述
第二节
第三节 第四节 第五节
电
桥
滤波器 调制与解调 信号的显示、记录与存储
1
机械工程测试技术
第6章
测试信号的调理及记录
第一节
概
述
·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。 ·有些传感器输出电信号中混杂有干扰噪声,需 要去掉噪声,提高信噪比。 ·某些场合,为便于信号的远距离传输,需要对 传感器测量信号进行调制解调处理。
1 2
20log(
A0 A0
2
) 20log 2
3dB
24
机械工程测试技术
第6章
测试信号的调理及记录
( 2 )纹波幅度 d :实际滤波器在通频带内可能出现纹 波变化。其波动幅度d与幅频特性的稳定值A0相比,越小越好, 一般应远小于-3dB。即
d A0
2
(3)带宽B:上下两截频间的频率范围称为带宽(-3dB 带宽)。带宽表示滤波器的分辨能力,即滤波器分离信号中 相邻频率成分的能力。
·电感电桥
( R1 jL1 ) R3 ( R4 jL4 ) R2
平衡条件
R1 R3 R4 R2 L1 R3 L4 R2
要使电桥达到平衡,必须同时调节电阻与电感两个参数, 即调节电阻达到电阻平衡,调节电感达到电感平衡。
13
机械工程测试技术
第6章
测试信号的调理及记录
灵敏度:
1 e S u 4 1 e S u 2
·半桥
Z 0 e u 输出电压: u 2Z 0
《测试技术》复习要点2024-
《测试技术》2024考试题型及复习资料一、填空(2分*5=10分)测试的基本概念1.测试技术是(测量)和(试验)技术的统称。
测试的目的是( 获取被测对象信息)测量的目的是获取被测对象的(量值))。
2.按误差的性质(统计特征)分,测量误差可以分为:(系统误差、粗大误差和随机误差)。
按误差的表示方法分,误差可以分为:(绝对误差、相对误差和引用误差)3.信号频谱的特点:周期信号频谱的特点(离散非周期)/非周期(连续非周期)周期信号的频谱特点是:(离散性、谐波性和收敛性)。
周期信号的频谱是(离散)的,非周期信号的频谱是(连续)的。
非周期信号x(t)的傅里叶变换X(jf)是(频谱密度函数)联系信号时域与频率的数学工具是(傅里叶变换)信号在时域时移,其频谱在频域(相移),幅频(不变)4.测试系统的静态特性指标的定义,具体指标的定义在静态测量情况下,(测量装置的静态特性)描述实际测量装置与(理想线性时不变系统)的接近程度;5.测量装置的静态特性指标有:(线性度、灵敏度、回程误差、迟滞、分辨力)等。
6.精度等级为0.1级的电压表,表示该电压表的引用误差为(±0.1%)7.(非线性度)是指测量装置输入输出之间的关系与理想比例关系的偏离程度。
8.一阶测试系统适用于测量(低频或缓变)的被测量9.为了减小误差,在实际测试中,一固有频率为2kHz的二阶测试系统,适用于测量频率不超过(2/3kHz)的信号10.按型号的变换特征来分,玻璃管温度计属于(物性)型传感器。
电容传声器属于(结构)型传感器。
11.极距变化性的电容式传感器,器灵敏度与极距成(反比)12.交流电阻桥的实质是一个(乘法器/幅值调制器)器。
输出是(调幅波)13.信号调理包括(电桥、调制与解调和滤波放大)14.所谓平稳随机过程是指其(统计指标)不随时间的变化而变化的随机过程。
15.直接作用于被测量,并能够按一定的规律将被测量转换成同种或别种两只输出的器件称之为(传感器)。
第5章信号调理电路PPT课件
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5.2.5 程控增益放大电路
是通过数字逻辑电路或计算机编程来改变增益的方法,也称为 可编程增益放大电路,简称PGA 结构形式多种多样,分为单运放、多运放、仪表放大器和单片 集成程控增益放大电路 多路模拟开关
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A2A1A0为地址选择端,COM为公共端, GND为接地端,当A2A1A0 =000时,开关 S0闭合,通道I0与公共端COM接通,其他 开关断开;当 A2A1A0 =001时,开关S1闭 合,通道I1与公共端COM接通,其他开关 断开;…,依此类推。当禁止端EN=0时, 通道I0~I7均不通。
• 测量精度高,其精度取决于电位器的精度。
• 输出与供桥电源电压无关,可避免由于电源
电压的不稳定而带来的干扰。
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5.1.3 交流电桥
交流电桥平衡条件:
即: 幅值平衡
相角平衡
平衡条件 (R3j 1C3)R2(R4j1C4)R1
即 R3R2 R4R1
R2 R1 C3 C4
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信号调理电路
Signal Conditioning Circuit
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信号调理电路
电桥 信号的放大电路 信号的转换电路 滤波电路 调制与解调
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5.1 电 桥
测量电桥有以下几个特点: (1)能把电阻、电容、电感等电抗参数的变化,变换成 电压或电流的变化,便于信号的放大和处理。 (2)能测量出微弱的阻抗变化量。 (3)可以通过采用对称差动式传感器结构组成差动半桥 或全桥来实现非线性误差的补偿,并提高电桥输出的 灵敏度。
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
信号调制与解调课件
调频信号的抗干扰能力强,传输过程中的噪声影响较小。解 调方法主要有相干解调和非相干解调两种。相干解调需要一 个与调制信号同频同相的参考信号,而非相干解调则不需要。
调相(PM)
总结词
通过改变载波的相位,将低频信息附加到高频载波上的一种调制方式。
详细描述
调相信号的解调方法主要有鉴相器和相位检波器等。鉴相器能够输出调制信号 的相位差,而相位检波器则能够输出调制信号的幅度。
调制与解调的重要性
提高信号传输效率
01
调制能够将低频信号转换为高频载波信号,使得信号传输效率
更高。
增强信号抗干扰能力
02
通过调制,可以增加信号的抗干扰能力,使得信号在传输过程
中更加稳定。
实现多路复用
03
通过不同的调制方式,可以实现多路信号的复用传输,提高了
频谱利用率。
调制与解调的应用场景
无线通信
在无线通信中,调制和解调技术 是实现信号传输的关键环节,广 泛应用于手机通信、广播、卫星
通信等领域。
有线通信
在有线通信中,调制解调器是实现 模拟信号和数字信号转换的关键设 备,广泛应用于互联网接入、数据 传输等领域。
物联网
在物联网中,各种传感器和执行器 之间的通信需要用到调制解调技术, 以实现高效、稳定的数据传输。
02
解调方法有鉴相器和环型鉴相器两种。
03
鉴相器是通过比较输入信号和参考信号的 相位差来还原原始信号的。
04
环型形鉴电相路器实是现一相种位特比殊较的和鉴信相号器还,原它。通过
数字解调方式
01
02
03
04
05
数字解调方式是将数字 调制信号还原成原始数 字信号的过程。
第五章_信号的调理与记录
电桥按其电源性质的不同可以分为直流电桥和交流 电桥。直流电桥只能用于测量电阻的变化,而交流电 桥可以用于测量电阻、电感和电容的变化。
5.1.1 直流电桥
采用直流电源的电桥称为直流电桥,直流电桥其 桥臂只能为电阻,如图5.1所示。电阻R1、R2、R3、 R4作为四个桥,在a、c两端接入直流电源Ui,在b、d 两端输出电压Uo。
x(t) cos 2
f0t
1 2
X
f
f
f0
X(
f
)
f
f0
调幅使被测信号 x(t) 的频谱移至 f 幅值降低了一半。 o 调幅是为了便于缓变信号的放大和传送,而解调的
目的是为了恢复被调制的信号。如在电话电缆、有线 电视电缆中,由于不同的信号被调制到不同的频段, 因此,在一根导线中可以传输多路信号。为了减小放 大电路可能引起的失真,信号的频宽相对于中心频率 (载波频率 )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频率。
5.1.2 交流电桥
当输入电源为交流电源时,上述等式仍旧成立。这
时的电桥称为交流电桥,而当四个桥臂为电容或电感
时,则必须采用交流电桥。
把电容、电感写成矢量形式时,电桥平衡条件式
(5.2)可改写成为
Z1Z3 Z2Z4
写成复指数形式时有
Z1 Z1e j1
Z3 Z3e j3
2.电桥测量的误差及其补偿
误差主要是非线性误差和温度误差。由式(5.3) 知,当采用半桥单臂接法时, 输出电压近似正比 于 R0 R0 ,产生了非线性。减少非线性误差的办法是 采用半桥双臂和全桥接法,这时,不仅消除了非线 性误差,而且输出灵敏度也成倍提高。
《汽车测试基础》5信号调理、处理与记录显示.pptx
1f
2
f0
1f
2
f0
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。
上页
目录
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 f0处,幅值减半。
即,
xtcos 2f0t
1 2
Xf
* f
f0
1 2
Xf
* f
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。
上页
目录
3、相敏检波
.A
4
c
D3
D4
C
uf
Rf
xm (t )
.3
5
1
D2
2 D1
d.
.B y(t)
上页 目录
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)
态,此时指示仪表G及可调电位器H
H
指零。
R1
R5
R2
当某一桥臂随被测量变化时,电桥失
G
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 R4
R3
G指针回零。
电位器H上的标度与桥臂电阻值的变
U0
化成比例,故H的指示值可以直接表
达被测量的数值。
上页 目录
二、交流电桥
交流电桥采用交流激励电压。电桥的四个臂可为电感、电容或 电阻。
时的载波信号具有相同的频率和相位。
上页 目录
(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。
电桥、调制解调和滤波器
目录
• 引言 • 电桥 • 调制解调 • 滤波器 • 电桥、调制解调和滤波器的比较与关联 • 实际应用案例分析
01 引言
主题简介
01
电桥
电桥是一种测量电路,用于测量电阻、电容、电感等电子元件的参数。
它通过比较两个或多个电路段的电压或电流来工作,可以精确测量电子
元件的性能。
电子测量
在电子测量领域,电桥被 广泛应用于电阻、电容、 电感等元件的测量。
通信系统
在通信系统中,电桥可以 用于调制解调信号,实现 信号的传输和接收。
控制系统
在控制系统中,电桥可以 用于信号的滤波和放大, 提高系统的稳定性和精度。
03 调制解调
调制解调的定义与原理
定义
调制解调是将信号从低频转换为高频 或从高频转换为低频的过程,以便于 信号的传输或处理。
02
调制解调
调制解调是将信号从一种形式转换为另一种形式的过程。在通信中,调
制解调是将基带信号转换为高频信号,以便传输,然后再将其转换回基
带信号以供使用。
03
滤波器
滤波器是一种电子设备,用于允许特定频率的信号通过,同时阻止其他
频率的信号。它广泛应用于信号处理、通信和电子测量等领域。
主题重要性
在电子工程和通信领域,电桥、调制解 调和滤波器是三个非常重要的概念。它 们在各种电子设备和系统中都有广泛的 应用,包括无线通信、音频处理、测量
卫星通信
卫星通信中,调制解调技术用于将信号从地面发送到卫星,并在卫 星接收端将信号还原。
有线电视
在有线电视系统中,调制解调技术用于将电视信号从有线传输网络传 输到用户家中。
滤波器的实际应用案例
音频处理
信号调理电路
分析
32
全波整流电路
33
放大电路
• 放大电路的核心部件为运算放大器 • 运算放大器的主要参数:
输入失调电压 增益带宽积GWB 转换速率 开环增益 输入输出阻抗 共模抑制比 等等
34
输入失调电压
一个理想的运放,当两输入端加上相同的直流电压和 两输入端短路时,其输出端的直流电压应等于零。但 由于电路参数的不对称性,输出电压并不为零,这就 叫运放的零点偏移或失调。
Fc1处增益为多少
• 主要特征参数:上下截止频率、带宽、纹波幅度、倍频 程选择性等。
22
滤波器的特征参数
• 截止频率:幅频特性值为A0/√2(-3dB)所 对应的频率点,即半功率点。 • 带宽:上下截止频率之间的频率范围, 又称 -3dB带宽。 • 纹波幅度:通带中幅频特性值的变化值,δ越 小越好。 • 倍频程选择性:表示从阻带到通带的过渡带曲 线的倾斜度,等于上截止频率fc2与2fc2之间幅 频特性的衰减值。
11
直流电桥的特点
采用直流电源作激励电源,电源稳定性高。 输出eo为直流量,可直接用于直流仪表,精度高。 电桥与后接仪表的连接导线不会形成分布参数,对 导线连接的方式要求低。 另外,电桥的平衡电路简单,仅需调节电阻阻值。 缺点:输出为直流量,直流放大电路易受温漂和接 地电位的影响。因此仅适合于静态量的测量。 静态测量和动态测量可互相转换。例如:钢板测厚
27
无源滤波器和有源滤波器
直接由R、C、L等构成的滤波器为无源滤波器,其所有 输出能量均来自输入。 优点:结构简单,噪声低,动态范围宽,无需电源。 缺点:倍频程选择性差,级间负载效应严重。
有源滤波器是基于运算放大器的R、C、L调谐网络,需 要电源供电。 优点:参数易于调节,频率范围宽,输入阻抗高输出 阻抗低,利于多级串联。
5.测试信号的转换与调理-Guo200720082009201120122013-15
2015-6-26
8
信号调节器
通常用相对电压灵敏度
V0 R1 R2 Sv E R1 ( R1 R2 ) 2 R1
R1 R2 R R3 R4 R
对于输出对称电桥
对于电源对称电桥
RR SV E , ( R1 R4 R, R2 R3 R) 2 ( R R)
为了准确的测量粗糙度信号,我们可以让V0分别通过一个低通滤波器和 一个高通滤波器,分别虑掉f3和f1,这样f2就不失真的通过。
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15
信号调节器
2.滤波器的类型: (1)按功能分:低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器 (2)按处理信号的类型分:
模拟滤波器
数字滤波器
2015-6-26
Y(f)=H(f)X(f)
1
H(f)
S(f)
N(f)
2015-6-26
22
x(k)原始数据输入 离散傅里叶变换
滤波器频率响应 函数
乘法运算
离散傅里叶逆变换
滤波后输出y(k) 频率域滤波处理框图
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23
信号调节器
5.4 线性化处理
对系统中非线性特性进行线性化处理的方法有两种: 一.非线性因子的消除:找出非线性因子,设法使其消除。 二.非线性环节的校正: 1.模拟校正 (1)开环校正(串连)
1 f ( )2 1 fC
截止频率: c
1 RC
or fC
1 2 RC
17
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信号调节器
用跟随器构成的一阶RC低通滤波器:
1 R2 / R1 H ( j ) j RC 1 1 R2 / R1 | H ( j ) | f 2 ( ) 1 fC
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高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
5.4调制与解调 幅度调制与解调过程(波形分析)
x(t)
乘法器
z(t)
x m(t)
放大器
乘法器
z(t)
滤波器
x(t)
5.4调制与解调 幅度调制与解调过程(频谱分析)
x(t)
乘法器
z(t) w w w w
x m(t)
放大器
乘法器
z(t) w
滤波器
x(t)
w
5.4调制与解调 幅度调制与解调过程(数学分析)
x(t)
乘法器
z(t)
x(t )
z (t )
x m(t)
放大器
xm (t ) x(t ) cos(2f zt )
z (t )
z(t)
乘法器
ym (t ) x(t ) cos 2f zt
2
滤波器
x(t)
x(t ) 1 2 x(t ) cos(2 2 f z t )
5.4调制与解调 实验:同步调治与解调实验 上述调制方法,将信号x(t)
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 )
t
t
xm (t ) [ D x(t )]cos(2ft )
5.4调制与解调
调幅
5.4调制与解调
解调
二极管检波
低通滤波
5.4调制与解调
调幅波的波形失真
5.4调制与解调
案例:旋转机械扭距测量
RF Av 1 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
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。
RF Av 1 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。
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.
5.4调制与解调 调幅失真: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
5.4调制与解调
5.4调制与解调
5.4调制与解调
鉴频:
T2
T4
T1
T3
F
5.4调制与解调
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.
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 电桥电路
R1 E R2
R4
V
R3
5.3 电桥电路 对于半桥 R1 单臂,令:
R
R2 R
R3 R
R4 R dR
RR R( R dR) V E ( R R)(R R dR)
E dR 4 R
5.3 电桥电路 电桥的接法:
半桥单臂
半桥双臂
全桥
电桥输出灵敏度增倍
R1 R3 R2 R4 V E ( R1 R2 )(R3 R4 )
●平衡条件
R1R3 R2 R4
5.3 电桥电路
1 直流电桥:供桥电源为直流
上式中,四个桥臂产生的电阻变化分别为△R1, △R2, △R3,
以及△R4,且初始各臂阻值相等R1=R2=R3=R4=R,考虑到 △R1<<R,于
工程测试技术基础
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、了解电桥工作原理
3.了解信号调制解调原理
4.了解信号滤波器工作原理
第五章、测试信号调理技术
5.1 信号调理的目的
信号调理的目的是便于信号的传输以及后续处理。 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。
是,上式可简化为:
E R1 R2 R3 R4 V 4 R R R R
各应变片灵敏度相同为Sg,于是
E V S g 1 2 3 4 4
由此可见:1)若相邻桥臂电阻同向变换,电桥输出电压变化相互抵消; 2)若相邻桥臂电阻反向变换,电桥输出电压变化叠加;
5.3 电桥电路
2 交流电桥
传感器
传感器
●平衡条件 电感
Z1Z3 Z 2 Z 4
电容
第五章、测试信号调理技术
5.4调制与解调
1 目的
解决微弱缓变信号的传输问题。
第五章、测试信号调理技术 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
5.2 信号放大电路
5.2 信号放大
1) 反相放大器
电压增益:
RF Av 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。
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:
C1 C3 (3 ~ 10) /(2RL f L )
5.2 信号放大电路
4) 电荷放大器
q ei (Ca Cc Ci ) (ei e y )C f
Kq ey (C C f ) KC f
+
F
5.3 电桥电路
电桥就是将电阻、电容、电感等参数转化 为电压或电流信号输出的一种测量电路。
c) 相位调制(PM)
y(t ) A cos(2ft [0 x(t )])
5.4调制与解调
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.
பைடு நூலகம்
y(t ) [ A0 * x(t )]cos(2ft )
调制
放大
缓变信号
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。
5.4调制与解调
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.
y(t ) A cos(2 [ f 0 x(t )]* t )
R1 R3
Vin
R2
Vo
R4
5.4调制与解调
2 种类
x(t) 调制信号
0 t
载波信号
z (t ) A cos(2ft )
z(t)
0 t
5.4调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
y(t ) [ A * x(t )]cos(2ft )
b) 频率调制(FM)
y(t ) A cos(2 [ f0 x(t )]* t )