传感与测试技术-信号的调理与记录

28
调频方法
• 若相邻两桥臂电阻反相变化，所产生的输出电压 的变化将互相叠加；
a
10
直流电桥的输出特性
• 全桥接法 b
UoR1R 1R R32R R32R 4R4Ue
UoR0R22R 0R 20R2Uea
I1 I2
4R0R 4R02
U
e
d
R
Uo R0 Ue
Ue
a
c Uo
11
• 单臂电桥接法： • 半桥接法：
波比较）也相应地发生180°的相位跳变。利用载波信号与调幅信号比相，便 既能反映出原信号的幅值又能反映其极性。
a
27
频率调制及其解调
• 概念：利用调制信号控制高频载波信号频率变化的过程 • 原理：设载波y(t)=Acos(ω0t+θ0)，
调频 ω(t) (t)
t
t
a
• 分类： 按激励电压的不同可分为 – 直流电桥 – 交流电桥
a
5
直流电桥平衡条件
I1
Ue R1 R2
;
I2
Ue R3 R4
b R1
U ab
I1R1
R1
R1 R2
U
e
U ad
I2R4
R4 R3 R4
U
e
a
I1
I2
R4
U 0 U ab
U ad
( R1 R1 R2
R
R4 3R
R
Uo
4R0
2RUe
一R 般 R 0,所以 U o4 R R 0U e
b
I1 I2 R4
d
Ue
a
R2 c Uo
R3
7
直流电桥的输出特性
• 半桥接法 b
UoR1R 1R R32R R32R 4R4Ue a
I1
U oR 0 R 2 R R 0 0 2 R R 0 0 R R 0U e R4 I2
Uo 2RR0Ue
d Ue
c Uo R3
a
8
直流电桥的输出特性
• 如果像右图一样接桥，
输出的电压是多少？
b
UoR1R 1R R32R R32R 4R4Ue a
I1 I2
U oR 0 R 2 R R 0 0 2 R R 0 0 R R 0U e R4
d
c Uo R3
Uo0
Ue
a
9
电桥的和差特性
• 若相邻两桥臂电阻同相变化，所产生的输出电压 的变化将互相抵消；
第四章 信号的调理与记录
a
1
被测信号
传感器
信号
调理与处理
显示或控制装 置
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。
a
15
交流电桥
• 交流电桥平衡条件：
Z1Z3 Z2Z4
Z11Z33Z22
Z4
4
a
16
交流电桥
• 电容电桥 平衡条件：
R1j1C1R3R4j1C4R2
RC R131R3 CRR24 4R2
R电阻平衡 C电容平衡
a
17
• 电感电桥 平衡条件：
交流电桥
R 1 jL 1 R 3 R 4 jL 4 R 2
R1R3 R3L1
R4R2 R2L4
R电阻平衡 L电感平衡
a
18
第二节 调制与解调
• 主要解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
调制 信号
载波 调制 波
a
19
定义
• 调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化的过程。前一信 号称为载波，后一信号（控制信号）称为调制信号。最后的输出是已调制波。 根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅、调频、调相。
4
)U
e
d
R1R3 R2 R4 U ( R 1 R 2 )( R 3 R 4 )
e
Ue
平衡条件：对臂电阻乘积相等。即：R1R3=R2R4 a
R2 c Uo
R3
6
直流电桥的输出特性
• 单臂电桥接法
UoR(1R 1 R R)R R 23RR 32RR 44Ue
为了简化桥路，设计取
a
R 1R 2R 3R 4R 0
a
24
解调
• 同步解调：
把调幅波再次与原载波信号相 乘，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2f0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）。“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。
x2 t1 2xtco4sf0t
x tc2 of0 ts c2 of0 ts x2 t1 2xtco4sf0t
a
2
信号调理与记录的意义
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。
4.传感器输出的是非电信
号
a
3
主要内容
• 电桥 • 调制与解调 • 滤波器 • 信号的放大 • 测试信号的显示与记录
a
4
第一节 电桥
• 定义：电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出的 一种测量电路。
a
25
包络检波（整流检波）
• 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。
a
26
相敏检波
• 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。 • 交变信号过零线时符号发生突变（+、-），与之对应的调幅波相位（与载
Uo 4RR0Ue
• 全桥接法： 全桥接法的灵敏度最高
Uo
R 2R0
Ue
Uo RR0 Ue
a
12
a
13
a
14
交流电桥
• 交流电桥特点：
– 电桥四臂：R、L、C； – 电源：交流电压
• 各阻抗用指数式表示为：
Z Z ej
阻抗角是各桥臂电流与电压之间的相位差。 纯电阻时电流与电压同相位，φ=0； 电感性阻抗，φ>0； 电容性阻抗，φ<0。
x (t ) 调制器 xm(t)x(t)co2sf0t
调制信号 （乘法器） 调幅波
y(t)co2sf0t
载波
a
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调幅信号的实质
• 从时域上：用x（t） 去控制改变y（t） 的幅值，使xm（t） 的幅值随着x（t）
的变化而变化，频 率仍与y（t）相同。
• 从频域上：相当于 频率的搬迁过程。 从低频搬迁到高频。 频谱形状保持不变 （f0>>fm)。
• 解调：最终从已调制波中恢复出调制信号的过程。
a
20
分类：
调制：Modulation
调幅(Amplitude modulation--AM） 调频（Frequency modulation-FM) 调相（Phase modulation--PM)
a
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a
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调幅及其解调
• 幅值调制：将一个高频简谐信号（载波）与测试 信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测 试信号的变化而变化。