機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)講稿(第六周)

1、主講人：周曉軍主講人：周曉軍 教授、博導(dǎo)教授、博導(dǎo) 聯(lián)系電話：聯(lián)系電話：87952516Email: 辦公地點(diǎn)：辦公地點(diǎn)：浙江大學(xué)玉泉校區(qū)教浙江大學(xué)玉泉校區(qū)教1104 機(jī)機(jī) 械械 工工 程程 測測 量量 學(xué)學(xué) 測試技術(shù)基礎(chǔ)測試技術(shù)基礎(chǔ) 第六周授課內(nèi)容第六周授課內(nèi)容 1. 1. 電橋電橋 2. 2. 模擬信號調(diào)制與解調(diào)模擬信號調(diào)制與解調(diào) 3. 3. 濾波器濾波器 4. 4. 信號的顯示與記錄信號的顯示與記錄 5. 5. 測量裝置的概述及其靜態(tài)特性測量裝置的概述及其靜態(tài)特性 1.1.電橋電橋 電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡姌蚴菍㈦娮?、電感、電容等參量的變化變?yōu)?/p>

2、 電壓或電流輸出的一種測量電路。電壓或電流輸出的一種測量電路。 因?yàn)槠錅y量因?yàn)槠錅y量 電路簡單，具有較高的精確度和靈敏度，故應(yīng)電路簡單，具有較高的精確度和靈敏度，故應(yīng) 用廣泛。用廣泛。 按照激勵電壓的性質(zhì)，分為直流和交流電橋；按照激勵電壓的性質(zhì)，分為直流和交流電橋； 按照輸出方式，分為不平衡橋式電路和平衡橋按照輸出方式，分為不平衡橋式電路和平衡橋 式電路。式電路。 輸出電壓與各臂電阻間的關(guān)系：輸出電壓與各臂電阻間的關(guān)系： 直流電橋直流電橋 y u 1324 0 1234 y R RR R uu RRRR 4231 RRRR 時稱為電橋平衡，時稱為電橋平衡， 即電橋的輸出為即電橋的輸出為0. 電

3、橋在使用前需要調(diào)平衡。電橋在使用前需要調(diào)平衡。? 1.1 1.1 直流電橋直流電橋 其中：其中： 為非線性誤差。為非線性誤差。 基本公式基本公式 0 4321 4231 u RRRR RRRR uy 1 4 4 3 3 2 2 1 1 2 21 21 0 R R R R R R R R RR RR u uy 3 3 2 2 1 2 4 4 1 1 1 2 3 3 2 2 1 2 4 4 1 1 1 R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R 當(dāng)四個臂的阻值均發(fā)生變化時，當(dāng)四個臂的阻值均發(fā)生變化時， 存在如下關(guān)系：存在如下關(guān)系： （1）相鄰橋臂阻值）相

4、鄰橋臂阻值同向變化同向變化，產(chǎn)生的輸入，產(chǎn)生的輸入互相抵消互相抵消。 （2 2）相鄰橋臂阻值）相鄰橋臂阻值反向變化反向變化，產(chǎn)生的輸入，產(chǎn)生的輸入互相迭加互相迭加。 因此，只有相對兩臂有相同方向的變化量，才能使輸入電壓有因此，只有相對兩臂有相同方向的變化量，才能使輸入電壓有 最大值最大值電橋的和差特性電橋的和差特性。 根據(jù)四個臂阻值的變化規(guī)律，根據(jù)四個臂阻值的變化規(guī)律， 電橋連接方式分為單臂、半橋和全橋連接。電橋連接方式分為單臂、半橋和全橋連接。 設(shè)計時一般取：設(shè)計時一般?。?y u 14 01234 () y u RRR uRRRRR 21 RR 43 RR 111 RRR 11 11 /2

5、 / RR RR 0 11 時有時有RR 1 1 0 4 1 R R u u y 單臂電橋接法單臂電橋接法 1 01 1 (1) 4 y u R uR 此時：此時： 其中：其中： y u 111 RRR 半橋電路接法半橋電路接法 222 RRR 21 RR y u 1 1 0 2 1 R R u uy 1234 ,RRRR 全橋電路接法全橋電路接法 21 RR 43 RR 3 3 1 1 0 2 1 R R R R u uy 0 0 1 1、非線性誤差、非線性誤差 單端變動時單端變動時00，而差動變化時總有，而差動變化時總有=0=0，提醒我們，提醒我們 在組橋時采用在組橋時采用差動變動差動變動

6、的形式。的形式。 2 2、 電壓輸出電壓輸出 靈敏度靈敏度 )1( 4 1 1 1 0 R R u uy 1 1 0 2 1 R R u uy 1 1 0 R R u uy 從以上三個式子可以看出：從以上三個式子可以看出： （1 1）全橋時輸出為最大。）全橋時輸出為最大。 （2 2）靈敏度與電橋的工作橋臂數(shù)目和輸入電壓有關(guān)，與阻值無關(guān)。）靈敏度與電橋的工作橋臂數(shù)目和輸入電壓有關(guān)，與阻值無關(guān)。 分析與總結(jié)分析與總結(jié) 0 1 (1) /4 y U SU R R 0 1 /2 y U SU R R 0 / y U SU R R 3. 3. 直流電橋與干擾直流電橋與干擾 電橋是在平衡條件下工作的，由于

7、電橋是在平衡條件下工作的，由于 是一個十分小的是一個十分小的 量，當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定所造成的干擾是不可忽略的。為量，當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定所造成的干擾是不可忽略的。為 了抑制干擾，通常采用如下措施：了抑制干擾，通常采用如下措施： q 電橋的信號引線采用屏蔽電纜，即電橋的信號引線采用屏蔽電纜，即RVVPRVVP型號電纜；型號電纜； q 屏蔽電纜的屏蔽金屬網(wǎng)應(yīng)該與電源至電橋的負(fù)接線端屏蔽電纜的屏蔽金屬網(wǎng)應(yīng)該與電源至電橋的負(fù)接線端 連接。此地點(diǎn)應(yīng)該與放大器的機(jī)殼地隔離；連接。此地點(diǎn)應(yīng)該與放大器的機(jī)殼地隔離； q 放大器應(yīng)該具有高共模抑制比。放大器應(yīng)該具有高共模抑制比。 /R R 供橋電源為交流，仍為基本電橋

8、電路的形式，但是在各供橋電源為交流，仍為基本電橋電路的形式，但是在各 個臂內(nèi)可能串、并聯(lián)有電感、電容、電阻或其組合。因個臂內(nèi)可能串、并聯(lián)有電感、電容、電阻或其組合。因 此除了電阻之外還有我們所說的阻抗。此除了電阻之外還有我們所說的阻抗。 電橋的平衡條件：直流電橋的平衡條件：直流 交流交流 4231 RRRR 4231 ZZZZ 交流電橋交流電橋 1.2 1.2 交流電橋交流電橋 1324 0 1234 y Z ZZ Z UU ZZZZ y U 0 U Cj C LjL 1 輸出電壓：輸出電壓： 4231 ZZZZ i j ii eZZ )( 42 )( 31 4231 jj eZZeZZ 因此

9、交流電橋的平衡條件可寫為：因此交流電橋的平衡條件可寫為： 4231 4231 ZZZZ 例例:1.交流電橋，求平衡條件。交流電橋，求平衡條件。 11 1 1 1 1 1 111 1 1 1 / CRj R Cj R Cj R CRZ 22 2 222 1 / CRj R CRZ 33 RZ 44 RZ 4231 ZZZZ 22 42 11 31 11CRj RR CRj RR 1 2 2 1 2211 4231 R R C C CRCR RRRR 2. 2. 電容電橋電容電橋 4 2 23 1 1 ) 1 () 1 (R Cj RR Cj R 4 3 2 1 2 4 1 3 4231 R R

10、C C C R C R RRRR 3.3.電感電橋電感電橋 422311 )()(RLjRRLjR 3 2 2 1 2231 4231 R R L L RLRL RRRR 對于電橋來說，誤差主要來源于非線性誤差和溫度誤差。對于電橋來說，誤差主要來源于非線性誤差和溫度誤差。 v 減少非線性誤差的辦法是采用半橋雙臂和全橋接法。減少非線性誤差的辦法是采用半橋雙臂和全橋接法。 v 溫度誤差是因?yàn)闇囟茸兓鹱柚底兓煌鞙囟日`差是因?yàn)闇囟茸兓鹱柚底兓煌?成的，即上述雙臂電橋接法中成的，即上述雙臂電橋接法中 等。減少溫度誤差的辦法是在貼應(yīng)變片時盡量使得各等。減少溫度誤差的辦法是在貼應(yīng)變片時盡

11、量使得各 應(yīng)變片間的溫度一致，利用電橋電路的相鄰兩臂工作。應(yīng)變片間的溫度一致，利用電橋電路的相鄰兩臂工作。 21 RR 1.3 1.3 電橋測量的誤差及其補(bǔ)償電橋測量的誤差及其補(bǔ)償 v 對于交流電橋來說，除了調(diào)電阻平衡外還要調(diào)節(jié)電容平衡。對于交流電橋來說，除了調(diào)電阻平衡外還要調(diào)節(jié)電容平衡。 v 對于純電阻的交流電橋，雖然電橋電路的四臂只有電阻，但對于純電阻的交流電橋，雖然電橋電路的四臂只有電阻，但 由于導(dǎo)線間存在分布電容，相當(dāng)于在電阻的旁邊并聯(lián)一電容。因由于導(dǎo)線間存在分布電容，相當(dāng)于在電阻的旁邊并聯(lián)一電容。因 此在電阻應(yīng)變儀的面板一定還有一個調(diào)電容平衡的按鈕。此在電阻應(yīng)變儀的面板一定還有一個調(diào)

12、電容平衡的按鈕。 v 交流電橋在調(diào)平衡后，當(dāng)各臂阻值發(fā)生變化時所產(chǎn)生的的輸交流電橋在調(diào)平衡后，當(dāng)各臂阻值發(fā)生變化時所產(chǎn)生的的輸 出與直流電橋相似，可以套用直流電橋公式。出與直流電橋相似，可以套用直流電橋公式。 )1( 4 1 1 1 0 Z Z u uy 1 1 0 2 1 Z Z u uy 1 1 0 Z Z u uy 單端變動：單端變動： 半橋差動變動：半橋差動變動： 全橋差動變動：全橋差動變動： 0 1 (1) /4 y U SU R R 0 1 /2 y U SU R R 0 / y U SU R R 2 2、模擬信號的調(diào)制與解調(diào)、模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 在測試技術(shù)中，許多情況下需要對信

13、號進(jìn)行調(diào)制。例：在測試技術(shù)中，許多情況下需要對信號進(jìn)行調(diào)制。例： p 溫度、位移、力等參數(shù)，經(jīng)過傳感器變換以后，多為低溫度、位移、力等參數(shù)，經(jīng)過傳感器變換以后，多為低 頻緩變（在直流至幾十千赫茲之間）的微弱信號，如采頻緩變（在直流至幾十千赫茲之間）的微弱信號，如采 用用交流放大交流放大，需要進(jìn)行調(diào)制；，需要進(jìn)行調(diào)制； p 電容、電感等傳感器采用了調(diào)頻電路，將被測量轉(zhuǎn)換為電容、電感等傳感器采用了調(diào)頻電路，將被測量轉(zhuǎn)換為 可測電量（可測電量（頻率頻率變化）；變化）； p 在信號分析中，信號的截斷、窗函數(shù)加權(quán)等，亦是一種在信號分析中，信號的截斷、窗函數(shù)加權(quán)等，亦是一種 振幅調(diào)制；振幅調(diào)制； p 對于

14、混響信號，由于回聲效應(yīng)引起的信號的疊加、乘積、對于混響信號，由于回聲效應(yīng)引起的信號的疊加、乘積、 卷積等現(xiàn)象，其中乘積即為調(diào)幅現(xiàn)象。卷積等現(xiàn)象，其中乘積即為調(diào)幅現(xiàn)象。 調(diào)制調(diào)制就是使一個信號的某些參數(shù)在另一個信號的控制就是使一個信號的某些參數(shù)在另一個信號的控制 下而發(fā)生變化的過程。下而發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，后一信號前一信號稱為載波，后一信號 （控制信號）稱為調(diào)制信號。（控制信號）稱為調(diào)制信號。 對應(yīng)于信號的三要素：幅值、頻率和相位，根據(jù)載波對應(yīng)于信號的三要素：幅值、頻率和相位，根據(jù)載波 的幅值、頻率和相位隨調(diào)制信號而變化的過程，調(diào)制可的幅值、頻率和相位隨調(diào)制信號而變化的過程，調(diào)制可

15、 以分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。其波形分別稱為調(diào)幅波、調(diào)以分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。其波形分別稱為調(diào)幅波、調(diào) 頻波和調(diào)相波。頻波和調(diào)相波。 調(diào)幅調(diào)幅 調(diào)頻調(diào)頻 調(diào)相調(diào)相 幅值幅值 頻率頻率 相位相位 調(diào)幅波調(diào)幅波 調(diào)頻波調(diào)頻波 調(diào)相波調(diào)相波 a) b) c) d) 載波、調(diào)制信號及調(diào)幅、調(diào)頻波載波、調(diào)制信號及調(diào)幅、調(diào)頻波 載波信號載波信號 調(diào)制信號調(diào)制信號 調(diào)幅波形調(diào)幅波形 調(diào)頻波形調(diào)頻波形 a)a) b)b) c)c) d)d) 調(diào)制的目的是為了便于緩變信號的放大和傳送，而解調(diào)的調(diào)制的目的是為了便于緩變信號的放大和傳送，而解調(diào)的 目的是為了恢復(fù)被調(diào)制的信號。目的是為了恢復(fù)被調(diào)制的信號。 如在電話電纜、

16、有線電視電纜中，由于不同的信號被如在電話電纜、有線電視電纜中，由于不同的信號被 調(diào)制到不同的頻段，因此，在一根導(dǎo)線中可以傳輸多路信號。調(diào)制到不同的頻段，因此，在一根導(dǎo)線中可以傳輸多路信號。 聲音信號就是緩變信號，各電臺用不同的載波頻率將聲音信號就是緩變信號，各電臺用不同的載波頻率將 聲音信號傳送出去，可避免各電臺間的相互干擾，再由解調(diào)聲音信號傳送出去，可避免各電臺間的相互干擾，再由解調(diào) 裝置進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)出原來的信號。裝置進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)出原來的信號。 為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬相對于為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬相對于 中心頻率（載波頻率）應(yīng)越小越好，實(shí)際載波頻率常至少

17、數(shù)中心頻率（載波頻率）應(yīng)越小越好，實(shí)際載波頻率常至少數(shù) 倍甚至數(shù)十倍于調(diào)制信號頻率。倍甚至數(shù)十倍于調(diào)制信號頻率。 幅值調(diào)制的工作原理幅值調(diào)制的工作原理 00 2cos tftc m ff 0 設(shè)調(diào)制信號為設(shè)調(diào)制信號為f f( (t t) )，其最高頻率成分為，其最高頻率成分為f fmax max，載波信號為 ，載波信號為 偏置偏置 電壓電壓 t 調(diào)制信號調(diào)制信號 載波信號載波信號 2.1 2.1 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào) c t 00000 000 2cos)(2cos 2cos)( tftftfA tftfAs MA調(diào)幅波：調(diào)幅波： 調(diào)幅的過程是調(diào)制信號與載波調(diào)幅的過程是調(diào)制信號與載波相

18、乘相乘 調(diào)制過程框圖：調(diào)制過程框圖： 乘法器乘法器 A A0 0放大器放大器 平衡調(diào)制器平衡調(diào)制器 正弦信號正弦信號 發(fā)生器發(fā)生器 00 2cos tftf 00 2cos tf 000 2cos tfA tsAM f f( (t t) ) 調(diào)制結(jié)果：調(diào)制結(jié)果： 信號的振蕩信號的振蕩 頻率為頻率為f f0 0 00000000 2cos)(2cos2cos)( tftftfAtftfA )()(fFtf 00 0000 2 1 2cos jj effefftf )(* )()()(fYfFtytf 00 )()( 2 1 2cos)( 0000 jj efffFefffFtftf （利用傅里葉

19、變換的卷積性質(zhì)）（利用傅里葉變換的卷積性質(zhì)） )(*)()()(fYfXtytx 00 )()( 2 1 2cos 000000 jj effeffAtfA 線性性質(zhì)線性性質(zhì) 卷積性質(zhì)卷積性質(zhì) 頻譜分析頻譜分析 2 2 2cos)( 0 0 000 000000 j j e ffAffF e ffAffFtftfA 00 0000 2 1 2cos)( jj effFeffFtftf 即：即： 00 )()( 2 1 2cos)( 0000 jj efffFefffFtftf 00 )()( 2 1 2cos 000000 jj effeffAtfA f0 f 0 1F(f) Y( f) 1/

20、21/2 0f f f 0 fmf m f 0 f0 1/21/2 0 Fm(f )= F(f ) Y(f) y(t )=cos2 f 0 t f(t) fm(t) 0 0 0 t t t a) 時域波形時域波形 b) 頻域譜圖頻域譜圖 調(diào)幅過程調(diào)幅過程 調(diào)制器調(diào)制器 f(t)f(t ) cos2 f 0t y(t) 調(diào)制過程：調(diào)制過程： 1 1、幅值調(diào)制過程是、幅值調(diào)制過程是“頻譜搬移頻譜搬移”過程。由于在搬移過程中過程。由于在搬移過程中 頻譜結(jié)構(gòu)沒有變化，通常幅值調(diào)制也稱頻譜結(jié)構(gòu)沒有變化，通常幅值調(diào)制也稱f f為為線性調(diào)制線性調(diào)制。 調(diào)制的分析調(diào)制的分析 f f F f sAM f -fm

21、ax fmax A0/2A0/2 f0 0f0 0 fmax)f0 0 fmax) f0 0f0 0 fmaxf0 0 fmax f f 2 2、注意到在正頻率區(qū)間，基帶信號的頻譜、注意到在正頻率區(qū)間，基帶信號的頻譜F F( (f f) )的頻帶是的頻帶是(0, (0, f fmax max) )，調(diào)幅信號的頻譜卻把 ，調(diào)幅信號的頻譜卻把F F( (f f) )一變?yōu)槎?，成為兩個頻一變?yōu)槎?，成為兩個頻 帶帶: :( (f f0 0- -f fmax max , , f f0 0) )和和( ( f f0 0 , , f f0 0 +f +fmax max ) )稱前者為下邊帶，稱后者稱前者為下

22、邊帶，稱后者 為上邊帶。為上邊帶。 F f sAM f -fmax fmax A0/2A0/2 f0 0f0 0 fmax)f0 0 fmax) f0 0f0 0 fmaxf0 0 fmax 下邊帶下邊帶上邊帶上邊帶 0 0 3 3、在、在f0處出現(xiàn)沖激，它表明載波分量的存在。值得注意的處出現(xiàn)沖激，它表明載波分量的存在。值得注意的 是載波分量幅值雖然大，但并不攜帶調(diào)制波信息。是載波分量幅值雖然大，但并不攜帶調(diào)制波信息。 4 4、如基帶信號的最高頻率為、如基帶信號的最高頻率為fmax, 幅值調(diào)制后調(diào)幅信號的帶寬幅值調(diào)制后調(diào)幅信號的帶寬 為為2fmax. . F f sAM f -fmax fma

23、x A0/2 A0/2 f0 0f0 0 fmax)f0 0 fmax) f0 0f0 0 fmaxf0 0 fmax 0 0 5、假定被調(diào)制信號（基帶信號）為單一頻率信號，即：、假定被調(diào)制信號（基帶信號）為單一頻率信號，即： tfAtf m1 2cos 0010 0010 000 2cos2cos1 2cos2cos 2cos)( tftfmA tftfAA tftfAs A m MA調(diào)幅波：調(diào)幅波： 0 A A m m A 調(diào)制系數(shù)調(diào)制系數(shù)：將：將m mA A稱為稱為調(diào)制系數(shù)（調(diào)制度）調(diào)制系數(shù)（調(diào)制度）。若。若m mA A11，調(diào)制，調(diào)制 后的調(diào)幅信號的包絡(luò)線將產(chǎn)生失真，該失真稱為后的調(diào)幅

24、信號的包絡(luò)線將產(chǎn)生失真，該失真稱為過調(diào)制過調(diào)制。 不產(chǎn)生過調(diào)制的條件是：不產(chǎn)生過調(diào)制的條件是： 1 A m 正常調(diào)制正常調(diào)制過調(diào)制過調(diào)制1 A m1 A m 對于未加偏置的調(diào)制方法，可以采用同步解調(diào)的方對于未加偏置的調(diào)制方法，可以采用同步解調(diào)的方 法進(jìn)行解調(diào)。即用載波再與調(diào)幅波相乘一次。法進(jìn)行解調(diào)。即用載波再與調(diào)幅波相乘一次。 解調(diào)解調(diào) f0 f 0 1F(f) Y( f) 1/21/2 0f f f 0 fmf m f 0 f0 1/21/2 0 Fm(f )= F(f ) Y(f) y(t )=cos2 f 0t f(t) fm(t) 0 0 0 t t t a) 時域波形時域波形 b)

25、頻域譜圖頻域譜圖 調(diào)幅過程調(diào)幅過程 調(diào)制器調(diào)制器 f(t)f(t ) cos2 f 0t y(t) 調(diào)幅過程相當(dāng)于調(diào)幅過程相當(dāng)于“頻譜搬移頻譜搬移”過程。過程。 若把調(diào)幅波再次與原來的載波信號相乘，則頻譜再一次若把調(diào)幅波再次與原來的載波信號相乘，則頻譜再一次“搬搬 移移”。 解調(diào)過程解調(diào)過程 f0 f 0 1F(f) Y( f) 1/21/2 0f f f 0 fmf m f 0 f0 1/21/2 0 Fm( f )= F(f ) Y ( f) f fmf m 2 2 f 0 f0 1/41/4 0 同步解調(diào)同步解調(diào) 1 頻譜搬家過程頻譜搬家過程 ( )( ) m F fF fY f ()Y

26、f ( )( )( ) Tm F fF fY f 對于偏置調(diào)幅，其調(diào)幅波的包絡(luò)線具有原信號的形狀，對于偏置調(diào)幅，其調(diào)幅波的包絡(luò)線具有原信號的形狀， 需整流、濾波（即需整流、濾波（即包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波）便可恢復(fù)原信號。這種方）便可恢復(fù)原信號。這種方 法非常簡單，廣播接收機(jī)中大多采用這種方法。法非常簡單，廣播接收機(jī)中大多采用這種方法。 VD CR sAM(t) sd(t) 整流檢波解調(diào)整流檢波解調(diào) a) b) c) d) e) f) 整流檢波解調(diào)整流檢波解調(diào) 對調(diào)制信號進(jìn)行偏置，使其對調(diào)制信號進(jìn)行偏置，使其 大于零，再對載波進(jìn)行調(diào)制。將大于零，再對載波進(jìn)行調(diào)制。將 該調(diào)制波進(jìn)行整流（半波或全該調(diào)制波

27、進(jìn)行整流（半波或全 波）、濾波并消除直流偏置即可波）、濾波并消除直流偏置即可 恢復(fù)原信號?；謴?fù)原信號。 A A 00 tt tt 00 x(t) xm(t) x(t) xm(t) a) 偏置電壓足夠大偏置電壓足夠大b) 偏置電壓不足偏置電壓不足 調(diào)制信號加偏置的調(diào)幅波調(diào)制信號加偏置的調(diào)幅波 相敏檢波解調(diào)相敏檢波解調(diào) 相敏檢波又稱相敏整流。其特點(diǎn)是相敏檢波的解調(diào)輸出既相敏檢波又稱相敏整流。其特點(diǎn)是相敏檢波的解調(diào)輸出既 能反映調(diào)制信號電壓的幅值，又能反映調(diào)制信號電壓的極性。能反映調(diào)制信號電壓的幅值，又能反映調(diào)制信號電壓的極性。 實(shí)現(xiàn)相敏解調(diào)常見的有數(shù)種方案，常見的二極管相敏檢波實(shí)現(xiàn)相敏解調(diào)常見的有

28、數(shù)種方案，常見的二極管相敏檢波 器結(jié)構(gòu)及其輸入輸出關(guān)系見下圖。器結(jié)構(gòu)及其輸入輸出關(guān)系見下圖。 它由四個特性相同的二極管D1D4沿同一方向串聯(lián)成一個橋式回路，橋臂 上有附加電阻，用于橋路平衡。四個端點(diǎn)分別接在變壓器A和B的次級線圈上， 變壓器A的輸入為調(diào)幅波xm(t)，B的輸入信號為載波y(t)，uf為輸出。 相敏檢波器設(shè)計時要求相敏檢波器設(shè)計時要求B B的二次邊的輸出大于的二次邊的輸出大于A A的二次邊輸出。的二次邊輸出。 xm(t) y(t) 1 3 4 D3 D4C Rf uf A B + + + + + i1i2 0a時間內(nèi)（x(t)0，xm(t)與y(t)同相） a) xm(t)0，

29、y(t) 0 2 )( 2 )( )( 1 txty tu m f 2 )( 2 )( )( 2 txty tu m f 回路i1： 回路i2： )()()()( 21 txtututu mfff D1 D2 xm(t) y(t) 1 3 4 C Rf uf A B + + + + + i1i2 0a時間內(nèi)（x(t)0，xm(t)與y(t)同相） b) xm(t)0， y(t) 0時，無論調(diào)制波是否為正，相敏檢波器時，無論調(diào)制波是否為正，相敏檢波器 的輸出波形均為正，即保持與調(diào)制信號極性相同。這種電路相當(dāng)?shù)妮敵霾ㄐ尉鶠檎?，即保持與調(diào)制信號極性相同。這種電路相當(dāng) 于在于在0a段對段對xm(t)全

30、波整流，解調(diào)后的頻率比原調(diào)制波高一倍。全波整流，解調(diào)后的頻率比原調(diào)制波高一倍。 xm(t) y(t) 1 3 4 D3 D4C Rf uf A B + + + + + i1i2 a b時間內(nèi)（x(t)0， y(t) 0 2 )( 2 )( )( 1 txty tu m f 2 )( 2 )( )( 2 txty tu m f 回路i1： 回路i2： )()()()( 21 txtututu mfff D1 D2 xm(t) y(t) 1 3 4 D3 D4 C Rf uf A B + + + + + i1i2 a b時間內(nèi)（x(t)0，xm(t)與y(t)反相） d) xm(t)0 2 )(

31、2 )( )( 1 txty tu m f 2 )( 2 )( )( 2 txty tu m f 回路i1： 回路i2： )()()()( 21 txtututu mfff D1 D2 由上兩圖知，由上兩圖知，x(t)0時，不管調(diào)制波極性如何，相敏檢波器時，不管調(diào)制波極性如何，相敏檢波器 的輸出波形均為負(fù)，保持與的輸出波形均為負(fù)，保持與x(t)一致。同時，電路在一致。同時，電路在a a b b段相當(dāng)段相當(dāng) 于對于對xm(t)全波整流后反相，解調(diào)后的頻率為原調(diào)制波的二倍。全波整流后反相，解調(diào)后的頻率為原調(diào)制波的二倍。 調(diào)幅應(yīng)用調(diào)幅應(yīng)用動態(tài)電阻應(yīng)變儀。動態(tài)電阻應(yīng)變儀。 電橋電橋放大器放大器相敏檢波

32、相敏檢波低通濾波低通濾波顯示記錄顯示記錄 載波振蕩器載波振蕩器 x(t) x(t) 0 xm(t) 0 t t xm(t) 0 t x(t) 0 t 0 y(t) t 動態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖動態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖 電阻電阻 應(yīng)變片應(yīng)變片 原理原理 利用調(diào)制信號的幅值控制載波信號頻率的過程。調(diào)利用調(diào)制信號的幅值控制載波信號頻率的過程。調(diào) 頻波是等幅波，但頻率的變化量與調(diào)制信號幅值成頻波是等幅波，但頻率的變化量與調(diào)制信號幅值成 正比。正比。 調(diào)頻波的瞬時頻率可表示為：調(diào)頻波的瞬時頻率可表示為： f = f0 + f = f0 + K x(t) f0為載波頻率，也稱中心頻率。為載波頻率，也稱中心頻率。

33、f為頻率偏移，與調(diào)制信號為頻率偏移，與調(diào)制信號x(t)幅值成正比。幅值成正比。 2.2 2.2 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào) 設(shè)調(diào)制信號設(shè)調(diào)制信號 tfXtx m 2cos)( 0 載波信號為載波信號為 )2cos()( 000 tfYty m ff 0 tffftfXkftf mfmf 2cos2cos)( 000 調(diào)頻時載波的幅度和初始相位角不變，瞬時頻率調(diào)頻時載波的幅度和初始相位角不變，瞬時頻率 圍繞著圍繞著 隨調(diào)制信號電壓作線性的變化：隨調(diào)制信號電壓作線性的變化： )(tf 0 f 0 Xkf ff 頻率偏移與調(diào)制信號的幅值成正比，與調(diào)制信號的頻率偏移與調(diào)制信號的幅值成正比，與調(diào)制信號

34、的 頻率無關(guān)，頻率無關(guān)，這是調(diào)頻波的基本特征之一。這是調(diào)頻波的基本特征之一。 實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)頻和解調(diào)的方法甚多。在測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)頻和解調(diào)的方法甚多。在測量系統(tǒng) 中，常利用電抗元件組成調(diào)諧振蕩器，以電抗元中，常利用電抗元件組成調(diào)諧振蕩器，以電抗元 件（電感或電容）作為傳感器參量，以它感受被件（電感或電容）作為傳感器參量，以它感受被 測量的變化，作為調(diào)制信號的測量的變化，作為調(diào)制信號的輸入輸入，振蕩器原有，振蕩器原有 的振蕩信號作為的振蕩信號作為載波載波。當(dāng)有調(diào)制信號輸入時，振。當(dāng)有調(diào)制信號輸入時，振 蕩器輸出的即為被調(diào)制了的調(diào)頻波。當(dāng)電容蕩器輸出的即為被調(diào)制了的調(diào)頻波。當(dāng)電容C C和電和電

35、感感L L并聯(lián)組成振蕩器的諧振回路時，電路的諧振頻并聯(lián)組成振蕩器的諧振回路時，電路的諧振頻 率將為：率將為： C0 L 調(diào)諧振蕩器 CC 傳感器 uy LC振蕩器 LC f 2 1 C Cf f 2 0 頻率偏移頻率偏移 調(diào)頻波的解調(diào)調(diào)頻波的解調(diào) q 調(diào)頻波是以正弦波頻率的變化來反映被測信號調(diào)頻波是以正弦波頻率的變化來反映被測信號 的幅值變化。的幅值變化。 q 調(diào)頻波的解調(diào)是先將調(diào)頻波變換成調(diào)頻調(diào)幅波，調(diào)頻波的解調(diào)是先將調(diào)頻波變換成調(diào)頻調(diào)幅波， 然后進(jìn)行幅值檢波。然后進(jìn)行幅值檢波。 q 調(diào)頻波的解調(diào)由鑒頻器完成。鑒頻器通常由線調(diào)頻波的解調(diào)由鑒頻器完成。鑒頻器通常由線 性變換電路與幅值檢波電路組

36、成。性變換電路與幅值檢波電路組成。 a a) ) 鑒頻器鑒頻器 b b) ) 頻率頻率- -電電 壓特性曲線壓特性曲線 3 3、濾波器、濾波器 濾波器濾波器是一種選頻裝置，它只允許一定頻是一種選頻裝置，它只允許一定頻 帶范圍的信號通過，同時極大地衰減其它頻率帶范圍的信號通過，同時極大地衰減其它頻率 成分。濾波器的這種成分。濾波器的這種篩選功能篩選功能在測試技術(shù)中可在測試技術(shù)中可 以起到消除噪聲及干擾信號等作用，在自動檢以起到消除噪聲及干擾信號等作用，在自動檢 測、自動控制、信號處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)測、自動控制、信號處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng) 用。用。 3.13.1基本概念基本概念 A1(f) 0

37、 1 ffC A2(f) 0 1 ffC A3(f) 0 1 ffC1fC2 A4(f) 0 1 ffC1fC2 a)a)低通低通b)b)高通高通c)c)帶通帶通d)d)帶阻帶阻 q 根據(jù)濾波器的選頻特性根據(jù)濾波器的選頻特性, ,濾波器分為濾波器分為 u 低通濾波器低通濾波器(LP)(LP)：通頻帶通頻帶0 0fc u 高通濾波器高通濾波器(HP)(HP)：通頻帶通頻帶fC u 帶通濾波器帶通濾波器(BP)(BP)：通頻帶通頻帶fC1fC2 u 帶阻濾波器帶阻濾波器(BS)(BS)：通頻帶通頻帶0 0fC1與與fC2 （阻帶阻帶: : fC1 fC2） 3.2 3.2 濾波器的種類濾波器的種類

38、 l濾波器通帶與阻帶之間存在濾波器通帶與阻帶之間存在過渡帶過渡帶，在此頻帶內(nèi)信號受到，在此頻帶內(nèi)信號受到 不同程度的衰減，過渡帶是我們所不期望的，但是不可避不同程度的衰減，過渡帶是我們所不期望的，但是不可避 免的。免的。 l高通濾波器的幅頻特性可以看作為低通濾波器做負(fù)反饋而高通濾波器的幅頻特性可以看作為低通濾波器做負(fù)反饋而 得到；帶通濾波器的幅頻特性可以看作為帶阻濾波器做負(fù)得到；帶通濾波器的幅頻特性可以看作為帶阻濾波器做負(fù) 反饋而獲得；帶阻濾波器是可以看作低通和高通濾波器的反饋而獲得；帶阻濾波器是可以看作低通和高通濾波器的 組合。組合。 q 根據(jù)濾波器的元件類型：根據(jù)濾波器的元件類型：RCRC

39、、LCLC、晶體諧振及開關(guān)電容、晶體諧振及開關(guān)電容 濾波器（濾波器（ RCRC、LCLC較為簡單，易于實(shí)現(xiàn)，用得較多）。較為簡單，易于實(shí)現(xiàn)，用得較多）。 q 根據(jù)濾波器的電路性質(zhì)：有源、無源濾波器。根據(jù)濾波器的電路性質(zhì)：有源、無源濾波器。 q 根據(jù)濾波器的信號性質(zhì)：模擬、數(shù)字濾波器。根據(jù)濾波器的信號性質(zhì)：模擬、數(shù)字濾波器。 FIR: FIR: 有限脈沖響應(yīng)濾波器有限脈沖響應(yīng)濾波器 IIR: IIR: 無限脈沖響應(yīng)濾波器無限脈沖響應(yīng)濾波器 3.3 3.3 濾波器的性能分析濾波器的性能分析 一、理想濾波器一、理想濾波器 A0 |H(f)| fc-fc 0 f |H(f)| fc -fc 0 f 2

40、 t0 理想低通濾波器理想低通濾波器 頻率特性頻率特性 其其它它0 )( 0 2 0c ftj ffeA fH 無過渡帶且在通頻帶無過渡帶且在通頻帶 內(nèi)滿足不失真測試條件的內(nèi)滿足不失真測試條件的 濾波器稱為濾波器稱為理想濾波器理想濾波器。 理想濾波器的頻率響應(yīng)函理想濾波器的頻率響應(yīng)函 數(shù)為：數(shù)為： t =0 0 二、理想低通濾波器的沖擊響應(yīng)二、理想低通濾波器的沖擊響應(yīng) 其其它它0 )( 0 2 0c ftj ffeA fH (t) y(t) h(t) H(f) Y(f) (f) thtty fHffY = 1 fHfY 理想濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)為理想濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)為sincsinc函數(shù)，

41、若無相角滯后（函數(shù)，若無相角滯后（t t0 0=0=0）：）： )(2sinc2 )(2 )(2sin 2)( 00 0 0 0 ttffA ttf ttf fAth cc c c c 亦即：亦即： )(sinc )(2 )(2sin 2)( 0 0 0 0 0 tt A ttf ttf fAth c c c c c 對上述的頻率響應(yīng)函數(shù)做傅氏逆變換：對上述的頻率響應(yīng)函數(shù)做傅氏逆變換： dfeeAthty ftj f f ftj c c 22 0 0 )()( fHfY 其它其它0 )( 0 2 0c ftj ffeA fH h(t) 2A0fc 0 t h(t) 0 t t0 c f2 1

42、c f2 1 c f 1 cf 1 t b)b)理想低通濾波器脈沖響應(yīng)函數(shù)理想低通濾波器脈沖響應(yīng)函數(shù) A0 |H(f)| fc-fc 0 f |H(f)| fc -fc 0 f 2 t0 a)a)理想低通濾波器頻率特性理想低通濾波器頻率特性 2A0fc (t) 0 t 0 t h (t) 在輸入在輸入 ( (t t) )到來以前，到來以前， 即即t t 0 0時，濾波器即時，濾波器即 有了與輸入相對應(yīng)的有了與輸入相對應(yīng)的 輸出，顯然，這輸出，顯然，這違背違背 了因果關(guān)系了因果關(guān)系，任何現(xiàn)，任何現(xiàn) 實(shí)系統(tǒng)都不可能具有實(shí)系統(tǒng)都不可能具有 這種預(yù)知未來的能力。這種預(yù)知未來的能力。 輸入輸入 響應(yīng)響應(yīng)

43、 理想低通濾波器是不存在的理想低通濾波器是不存在的 同樣，理想高通、帶通、帶阻濾波器也是不存在的。同樣，理想高通、帶通、帶阻濾波器也是不存在的。 實(shí)際濾波器的頻域圖形不可能出現(xiàn)實(shí)際濾波器的頻域圖形不可能出現(xiàn)直角銳變直角銳變，也不會在有，也不會在有 限頻率上完全截止。理論上，實(shí)際濾波器的頻域圖形將延限頻率上完全截止。理論上，實(shí)際濾波器的頻域圖形將延 伸至伸至 f f 。即。即濾波器只能對通帶以外的頻率成分極濾波器只能對通帶以外的頻率成分極 大地衰減而不能完全阻止其通過大地衰減而不能完全阻止其通過。 A1(f) 0 1 ffC A2(f) 0 1 ffC A3(f) 0 1 ffC1fC2 A4(

44、f) 0 1 ffC1fC2 a)a)低通低通b)b)高通高通c)c)帶通帶通d)d)帶阻帶阻 三三. .理想濾波器的階躍響應(yīng)理想濾波器的階躍響應(yīng) 00 01 )( t t tu 單位階躍輸入單位階躍輸入 濾波器的階躍響應(yīng)：濾波器的階躍響應(yīng)： 0 2() 0 0 ( )( )* ( )( ) () 11sin 2 c ft t y th tu thu td x Adx x 若不考慮前、后皺波，輸出從若不考慮前、后皺波，輸出從0(0(a a點(diǎn)點(diǎn)) )到應(yīng)有的穩(wěn)定值到應(yīng)有的穩(wěn)定值 A A0 0( (b b點(diǎn)點(diǎn)) )之間的所需建立時間為：之間的所需建立時間為： c ab f tt 61. 0 階躍響

45、應(yīng)波形圖階躍響應(yīng)波形圖 建立時間建立時間 如果按穩(wěn)態(tài)響應(yīng)值的如果按穩(wěn)態(tài)響應(yīng)值的0.10.90.10.9作為計算建立時間的標(biāo)準(zhǔn)，則：作為計算建立時間的標(biāo)準(zhǔn)，則： c ab f tt 45. 0 濾波器通頻帶越寬（濾波器通頻帶越寬（f fc c越高），建立時間越短，響應(yīng)速度越越高），建立時間越短，響應(yīng)速度越 快。其物理意義是：快。其物理意義是： v 輸入信號突變處（間斷點(diǎn)）必然含有豐富的高頻分量。輸入信號突變處（間斷點(diǎn)）必然含有豐富的高頻分量。 v 低通濾波器阻衰了高頻分量，結(jié)果將輸出波形低通濾波器阻衰了高頻分量，結(jié)果將輸出波形“圓滑圓滑”。 v 通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多更快地

46、通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多更快地 通過，故建立時間短，反之建立時間長。通過，故建立時間短，反之建立時間長。 上升時間上升時間t tr r來描述響應(yīng)速度來描述響應(yīng)速度 tr 階躍響應(yīng)波形圖階躍響應(yīng)波形圖 低通濾波器對階躍響應(yīng)的上升時間低通濾波器對階躍響應(yīng)的上升時間t tr r與帶寬與帶寬B B成反比成反比，即：，即： BtBtr r = = 常數(shù)常數(shù) 該結(jié)論對高通、帶通及帶阻濾波器均成立。該結(jié)論對高通、帶通及帶阻濾波器均成立。 濾波器帶寬表示其頻率分辨力濾波器帶寬表示其頻率分辨力，通帶越窄，分辨力越高，通帶越窄，分辨力越高， 顯然，高分辨力顯然，高分辨力( (B B值小值小)

47、)與響應(yīng)速度是互相矛盾的。如果要與響應(yīng)速度是互相矛盾的。如果要 用濾波的方法從信號中提取某一很窄的頻率成分（如作譜分用濾波的方法從信號中提取某一很窄的頻率成分（如作譜分 析），必須有足夠的時間。析），必須有足夠的時間。 1 1、實(shí)際濾波器的基本參數(shù)、實(shí)際濾波器的基本參數(shù) 理想帶通濾波器理想帶通濾波器 （紅色紅色）與實(shí)際帶）與實(shí)際帶 通濾波器（通濾波器（黃色黃色） 的幅頻特性。的幅頻特性。 對于實(shí)際的濾波器對于實(shí)際的濾波器 需要更多的參數(shù)對需要更多的參數(shù)對 其進(jìn)行描述。其進(jìn)行描述。 四、實(shí)際濾波器四、實(shí)際濾波器 dd A( f ) A0 0.7A0 0 實(shí)際實(shí)際 f C1 f C 2 f 0 f

48、 理想理想 截止頻率截止頻率f fc c 幅頻特性等幅頻特性等 于所對應(yīng)的頻率。于所對應(yīng)的頻率。 以以A A0 0為參考點(diǎn)，為參考點(diǎn)， 對應(yīng)于對應(yīng)于-3dB-3dB點(diǎn)，點(diǎn)， 即相對于即相對于A A0 0衰減衰減 3dB3dB。若以信號。若以信號 幅值的平方表示幅值的平方表示 信號功率則信號功率則-3dB-3dB 點(diǎn)對應(yīng)半功率點(diǎn)。點(diǎn)對應(yīng)半功率點(diǎn)。 下截止下截止上截止上截止 dd A( f ) A0 0.7A0 0 實(shí)際實(shí)際 f C1 f C 2 f 0 f 理想理想 上下兩截止頻率之上下兩截止頻率之 間的頻率范圍稱為間的頻率范圍稱為 濾波器帶寬或?yàn)V波器帶寬或-3dB-3dB 帶寬。帶寬。帶寬帶寬

49、B B決定頻決定頻 率分辨力。率分辨力。 帶寬帶寬B B B 下截止下截止上截止上截止 dd A( f ) A0 0.7A0 0 實(shí)際實(shí)際 f C1 f C 2 f 0 f 理想理想 矩形系數(shù)（濾波器矩形系數(shù)（濾波器 因數(shù)）因數(shù)） 濾波器選擇性的濾波器選擇性的 一種表示法是倍頻程一種表示法是倍頻程 選擇性，另一種表示選擇性，另一種表示 法就是用法就是用矩形系數(shù)矩形系數(shù)。 用濾波器幅頻特性的用濾波器幅頻特性的- - 60dB60dB帶寬與帶寬與-3dB-3dB帶寬帶寬 的比值表示。的比值表示。 dB dB B B 3 60 B-3dB B-60dB dd A( f ) A0 0.7A0 0 實(shí)際

50、實(shí)際 f C1 f C 2 f 0 f 理想理想 除了用上述的截止頻率、帶寬除了用上述的截止頻率、帶寬B、矩形系數(shù)做為描述濾波、矩形系數(shù)做為描述濾波 器的性能的參數(shù)外，還有以下幾個參數(shù)：器的性能的參數(shù)外，還有以下幾個參數(shù)： 紋波幅度紋波幅度d 品質(zhì)因素品質(zhì)因素Q 倍頻程選擇性倍頻程選擇性W 中心頻率中心頻率fn的概念：的概念： 21ccn fff 算術(shù)平均：算術(shù)平均： 幾何平均：幾何平均： 2 21cc n ff f B f Q n 如如倍頻程濾波器倍頻程濾波器 RC濾波器電路簡單，抗干擾強(qiáng)，有較濾波器電路簡單，抗干擾強(qiáng)，有較 好的低頻特性，易于實(shí)現(xiàn)。好的低頻特性，易于實(shí)現(xiàn)。 v 一階一階RC

51、低通濾波器低通濾波器 1 1 1 1 )( sRCs sH 2 1 2 1 RC fc 2 2、RC調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù)調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù) 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)： 頻率特性：頻率特性： 11 () 1212 H f jfRCjf ux uy C R 2 1 () 1(2) A f f ()arctan2ff ()() 1 ()() 2 jfjf H fA f ee f 當(dāng)當(dāng) 時，相時，相 頻特性近似于直線，此時頻特性近似于直線，此時低頻低頻 段近于不失真?zhèn)鬏敹谓诓皇д鎮(zhèn)鬏敗?ux uy C R 2 1 () 1(2) A f f ()arctan2ff 1 ()1 2 fA f 當(dāng)當(dāng) 時

52、，該時，該 點(diǎn)為濾波器的點(diǎn)為濾波器的-3dBhko ,-3dBhko ,即即截截 止頻率點(diǎn)止頻率點(diǎn)，有，有 。 11 () 22 fA f 1 2 c f RC 當(dāng)當(dāng) 時，時， 高頻段近于高頻段近于積分器積分器。高頻。高頻 衰減率衰減率-20dB/dec-20dB/dec 。 11 2 yx fUU dt RC v 一階一階RC高通濾波器高通濾波器 11 )( s s sRC sRC sH RC fc 2 1 低頻段近于微分器。低頻段近于微分器。 高頻段近于不失真?zhèn)鬏?。高頻段近于不失真?zhèn)鬏敗?ux uy C R 2 () 12 jf H f jf 2 2 () 1(2) f A f f 1 (

53、)arctan 2 f f v RC帶通濾波器帶通濾波器 帶通濾波器可由低通和帶通濾波器可由低通和 高通濾波器串聯(lián)組成。為了高通濾波器串聯(lián)組成。為了 消除串聯(lián)時負(fù)載效應(yīng)的影響，消除串聯(lián)時負(fù)載效應(yīng)的影響， 通常用輸出跟隨器或運(yùn)算放通常用輸出跟隨器或運(yùn)算放 大器實(shí)現(xiàn)隔離。因此，實(shí)際大器實(shí)現(xiàn)隔離。因此，實(shí)際 帶通濾波器通常是有源的。帶通濾波器通常是有源的。 不考慮負(fù)載效應(yīng)時，帶不考慮負(fù)載效應(yīng)時，帶 通濾波器傳遞函數(shù)為：通濾波器傳遞函數(shù)為： 1 1 1 )( 21 1 ss s sH 2 2 1 1 2 1 , 2 1 cc ff 3 3 恒帶寬比和恒帶寬濾波器恒帶寬比和恒帶寬濾波器 對信號做頻譜分析

54、或摘取其中某些頻率成分時，可以對信號做頻譜分析或摘取其中某些頻率成分時，可以 通過多個中心頻率不同的帶通濾波器實(shí)現(xiàn)，各個濾波器的通過多個中心頻率不同的帶通濾波器實(shí)現(xiàn)，各個濾波器的 輸出反映了信號在該通頻帶內(nèi)的量值。輸出反映了信號在該通頻帶內(nèi)的量值。 帶通濾波器實(shí)現(xiàn)譜分析可有兩種方式：一是由一中心帶通濾波器實(shí)現(xiàn)譜分析可有兩種方式：一是由一中心 頻率可調(diào)的帶通濾波器獨(dú)立構(gòu)成；二是使用各自中心頻率頻率可調(diào)的帶通濾波器獨(dú)立構(gòu)成；二是使用各自中心頻率 固定，但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。顯然后者可以實(shí)固定，但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。顯然后者可以實(shí) 現(xiàn)現(xiàn)“實(shí)時實(shí)時”譜分析。譜分析。 對濾波器組，對濾波

55、器組，各濾波器的通帶應(yīng)相互鄰接，覆蓋整個各濾波器的通帶應(yīng)相互鄰接，覆蓋整個 感興趣的頻帶感興趣的頻帶。即前一濾波器的。即前一濾波器的-3dB上截止頻率為后一相上截止頻率為后一相 鄰濾波器的鄰濾波器的-3dB下截止頻率。濾波器組具有相同的增益下截止頻率。濾波器組具有相同的增益 （對各中心頻率而言）。（對各中心頻率而言）。 (1)(1)恒帶寬比濾波器（恒定百分比帶通濾波器）恒帶寬比濾波器（恒定百分比帶通濾波器） 特點(diǎn)特點(diǎn)： ，即品質(zhì)因數(shù)恒定。即品質(zhì)因數(shù)恒定。 顯然，中心頻率顯然，中心頻率 fn 越高，帶寬越大。越高，帶寬越大。 恒帶寬比濾波器的低端恒帶寬比濾波器的低端 截止頻率截止頻率fc1與高端

56、截止頻率與高端截止頻率fc2之間滿足如下關(guān)系：之間滿足如下關(guān)系： constant Qf B n 1 12 2 c n c ff 式中，式中，n稱為倍頻程數(shù)，稱為倍頻程數(shù)，n=1 稱為倍頻程濾波器；稱為倍頻程濾波器；n=1/3稱為稱為 1/3倍頻程濾波器。倍頻程濾波器。 由于：由于： 21 ccn fff Q f ffB n cc 12 從而有：從而有： 22 22 1 nn Q n=1時，時，Q=1.41；n=1/3時，時，Q=4.32；n=1/5時，時，Q=7.2。顯然，。顯然， 倍頻程數(shù)越小，倍頻程數(shù)越小，Q值越大，濾波器分辨力越高。值越大，濾波器分辨力越高。 n確定則確定則Q不變不變

57、對鄰接的濾波器組，易得：對鄰接的濾波器組，易得： 12 2 n n n ff 只要選定只要選定n值，即可設(shè)計覆蓋給定頻率范圍的鄰接值，即可設(shè)計覆蓋給定頻率范圍的鄰接 式濾波器。式濾波器。 表表1 1、倍頻程濾波器、倍頻程濾波器 表表2 2、1/31/3倍頻程濾波器倍頻程濾波器 14.514.5 63.363.3 11.511.5 5050 9.19.1 4040 7.27.25.75.74.64.63.63.62.92.9帶寬帶寬( (HzHz) ) 31.531.525252020161612.512.5 中心頻率中心頻率 ( (HzHz) ) 176.75176.7588.3688.364

58、4.1944.1922.0922.0911.0511.05帶寬帶寬( (HzHz) ) 250250125125636331.531.51616中心頻率中心頻率( (HzHz) ) Q=1.41； Q=Q=4.324.32； (2) (2) 恒帶寬濾波器恒帶寬濾波器 恒帶寬濾波器帶寬恒定。在所有頻帶內(nèi)都具有良好的恒帶寬濾波器帶寬恒定。在所有頻帶內(nèi)都具有良好的 頻率分辨力。恒帶寬濾波器一般不宜做成固定中心頻率，頻率分辨力。恒帶寬濾波器一般不宜做成固定中心頻率， 而是利用一個定帶寬、定中心頻率的濾波器加上可變參考而是利用一個定帶寬、定中心頻率的濾波器加上可變參考 頻率的差頻變換來適應(yīng)各種不同中心頻

59、率的定帶寬濾波需頻率的差頻變換來適應(yīng)各種不同中心頻率的定帶寬濾波需 要。要。 低頻段低頻段 窄窄 分辨力分辨力 好好 高頻段高頻段 寬寬 分辨力分辨力 差差 機(jī)械工程測試過程中，被測試信號經(jīng)過傳感機(jī)械工程測試過程中，被測試信號經(jīng)過傳感 器的轉(zhuǎn)換成一定的電信號量后，又經(jīng)中間的變換器的轉(zhuǎn)換成一定的電信號量后，又經(jīng)中間的變換 器進(jìn)一步的加工放大后，需通過信號記錄儀器或器進(jìn)一步的加工放大后，需通過信號記錄儀器或 顯示裝置，才能供人們直接觀察分析，或?qū)⑵浯骘@示裝置，才能供人們直接觀察分析，或?qū)⑵浯?貯下來，以供人們在測試過程完成后，進(jìn)一步對貯下來，以供人們在測試過程完成后，進(jìn)一步對 測試結(jié)果進(jìn)行分析、處

60、理之用。測試結(jié)果進(jìn)行分析、處理之用。 信號的顯示和記錄裝置是測試系統(tǒng)的最后和信號的顯示和記錄裝置是測試系統(tǒng)的最后和 重要環(huán)節(jié)。顯示裝置是提供最終結(jié)果數(shù)據(jù)的設(shè)備。重要環(huán)節(jié)。顯示裝置是提供最終結(jié)果數(shù)據(jù)的設(shè)備。 記錄裝置是用來存儲測量信號，以備需要時重放。記錄裝置是用來存儲測量信號，以備需要時重放。 4 4 信號的顯示和記錄信號的顯示和記錄 一、動圈式磁電指示機(jī)構(gòu)一、動圈式磁電指示機(jī)構(gòu) 1-彈簧(游 絲) 2-線圈 3-轉(zhuǎn)軸和 支承 4-記錄紙 5-指針 面積為匝數(shù)為的可轉(zhuǎn)動線 圈處于均勻的磁場中， 當(dāng)信號電流通過線圈時， 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在電磁 轉(zhuǎn)矩作用下可轉(zhuǎn)動線圈 轉(zhuǎn)動，直到電磁轉(zhuǎn)矩與 彈簧產(chǎn)生的