第四章信號(hào)的調(diào)理和處理

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理1 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理4.0 變換及調(diào)理的目的變換及調(diào)理的目的4.1 電橋電橋 4.2 信號(hào)的調(diào)制解調(diào)信號(hào)的調(diào)制解調(diào) 4.3 信號(hào)的濾波器信號(hào)的濾波器機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理2 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院

2、Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。 4.0 4.0 信號(hào)調(diào)理的目的信號(hào)調(diào)理的目的 1.1.傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換要進(jìn)行阻抗變換。 2.2.有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，

3、需有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。要去掉噪聲，提高信噪比。3.3.某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理3 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 4.1 電電 橋橋 電橋電橋a 、c兩端接電

4、源兩端接電源Ui，稱(chēng)，稱(chēng)供橋端供橋端；b、d兩端接輸出電壓兩端接輸出電壓Uo，稱(chēng)，稱(chēng)輸出端輸出端。 將電阻將電阻R(應(yīng)變片應(yīng)變片)、電感、電感L、電容、電容C等電參數(shù)變?yōu)殡妷旱入妳?shù)變?yōu)殡妷篣或或電流電流I信號(hào)后輸出的一種測(cè)量電路。信號(hào)后輸出的一種測(cè)量電路。 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理4 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 電橋電橋 根據(jù)橋臂阻抗性質(zhì)的

5、不同為根據(jù)橋臂阻抗性質(zhì)的不同為 : 電阻電橋電阻電橋 電容電橋電容電橋 電感電橋電感電橋 根據(jù)供橋電源分為根據(jù)供橋電源分為 : 直流電橋直流電橋: 采用直流電源采用直流電源只用于只用于測(cè)量電阻測(cè)量電阻R的變化的變化 交流電橋：采用交流電源交流電橋：采用交流電源測(cè)量電阻測(cè)量電阻R 、電容、電容C 、電感電感L的變化的變化1. 電橋的分類(lèi)電橋的分類(lèi)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理5 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University

6、 of Petrochemical Technology 2. 直流電橋直流電橋 四個(gè)橋臂由電阻四個(gè)橋臂由電阻R1、R2、R3和和R4組成。組成。1R3R4R2I2R1IoUiUabdc采用采用直流電源直流電源的電橋稱(chēng)為直流電橋的電橋稱(chēng)為直流電橋 直流電橋直流電橋VR1R2R3R4機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理6 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 平衡條

7、件平衡條件R1R3=R2R4 1R3R4R2I2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋ioURRRRRRRRU)(43214231電橋的輸出：電橋的輸出：平衡的條件：平衡的條件：VR1R2R3R4推導(dǎo)推導(dǎo)溫敏電阻溫敏電阻機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理7 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 1R3R4R2I2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋R1R U0

8、U U R1VR2R3R4R1R3=R2R4 平衡的條件：平衡的條件：ioURRRRRRRRU)(43214231電橋的輸出：電橋的輸出：這時(shí)，電橋平衡嗎？這時(shí)，電橋平衡嗎？ R機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理8 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，R2=R3=R4=R0 ，而，而 R1=R0+ RiURRR2401R3R4R2I

9、2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋R0R U0U U iioURRRRRRRRRRURRRRRRRRU)()()(0000000043214231)(400RRRRUi電橋的靈敏度定義為電橋的靈敏度定義為 00/ RRUSoB4iU機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理9 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 單片單片 單臂單臂半橋半橋R1R3R2R4 雙臂雙

10、臂半橋半橋R1R3R2R4 全橋全橋R1R3R2R4 半半橋、橋、單單臂臂輸輸出出 全全橋、橋、四四臂臂輸輸出出 半半橋、橋、雙雙臂臂輸輸出出 四片四片 兩片兩片 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理10 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 單臂單臂半橋半橋R1R3R2R4 雙臂雙臂半橋半橋R1R3R2R4 全橋全橋R1R3R2R4 半橋、單臂輸出半橋、單臂輸出

11、 全橋、四臂輸出全橋、四臂輸出 半橋、雙臂輸出半橋、雙臂輸出 ioURRU022iU00/RRUSoioURRU0iU00/RRUSo00/RRUSo4iUioURRU04ioURRKU0ioKURRUS00/推導(dǎo)推導(dǎo)推導(dǎo)推導(dǎo)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理11 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 電橋和差特性：電橋和差特性：當(dāng)電橋相鄰兩臂有電阻增量時(shí)，當(dāng)電

12、橋相鄰兩臂有電阻增量時(shí)，電橋輸出反映兩橋臂電阻增量相減的結(jié)果，而相電橋輸出反映兩橋臂電阻增量相減的結(jié)果，而相對(duì)橋臂有電阻增量時(shí)，電橋輸出反映橋臂電阻增對(duì)橋臂有電阻增量時(shí)，電橋輸出反映橋臂電阻增量相加的結(jié)果。量相加的結(jié)果。這一特性是合理布置應(yīng)這一特性是合理布置應(yīng)變片、進(jìn)行溫度補(bǔ)償、變片、進(jìn)行溫度補(bǔ)償、提高電橋靈敏度的依據(jù)。提高電橋靈敏度的依據(jù)。機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理12 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University

13、 of Petrochemical Technology 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理13 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 電橋測(cè)量的誤差電橋測(cè)量的誤差非線(xiàn)性誤差非線(xiàn)性誤差溫度誤差溫度誤差 直流電源的電壓穩(wěn)定性造成的誤差直流電源的電壓穩(wěn)定性造成的誤差ioURRRU240ioURRU04ioURRU02ioURRU01R3R4R2I2R1IoUiUab

14、dc直流電橋直流電橋機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理14 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 平衡條件平衡條件3.交流電橋交流電橋交流電橋交流電橋4231ZZZZ而而 111jeZZ 222jeZZ 333jeZZ 444jeZZ 其中，其中，Z1、Z2、Z3、Z4為為阻抗的模阻抗的模，而，而1、2、3、4為為阻抗角阻抗角，是各橋臂電流與電壓之間，是各橋臂電

15、流與電壓之間的相位差。的相位差。 Z1Z3ej(1+3)=Z2Z4ej(2+4) 42314231ZZZZ(*)平衡條件平衡條件機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理15 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 電容電橋電容電橋1R3R4R2I2R1IoUiUadc1C4C電容電橋電容電橋 42134231CRCRRRRR平衡條件：平衡條件：電感電橋電感電橋1R3R4

16、R2I2R1IoUiUabdc1L4L電感電橋電感電橋 24314231RLRLRRRR平衡條件：平衡條件：推導(dǎo)推導(dǎo)推導(dǎo)推導(dǎo)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理16 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 聲音信號(hào)聲音信號(hào)廣播電臺(tái)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔的發(fā)射塔 接收接收調(diào)制調(diào)制Modulation解調(diào)解調(diào)Demodulation4.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基

17、礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理17 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 聲音信號(hào)聲音信號(hào)廣播電臺(tái)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔的發(fā)射塔 利用緩變信號(hào)控制高頻信號(hào)的某個(gè)參數(shù)利用緩變信號(hào)控制高頻信號(hào)的某個(gè)參數(shù)(幅值、頻率或相位幅值、頻率或相位)變化的過(guò)程。變化的過(guò)程。調(diào)制調(diào)制Modulation已調(diào)波已調(diào)波1）實(shí)現(xiàn)緩變信號(hào)的傳輸，特別是遠(yuǎn)距離傳輸）實(shí)現(xiàn)緩變信號(hào)的傳輸，特別是遠(yuǎn)距離傳輸 2）提

18、高信號(hào)傳輸中的抗干擾能力和信噪比）提高信號(hào)傳輸中的抗干擾能力和信噪比 1.調(diào)制的目的調(diào)制的目的音頻信號(hào)音頻信號(hào)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理18 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 2.調(diào)制的種類(lèi)調(diào)制的種類(lèi)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)載波信號(hào))2cos()(000tfAtya) 幅值調(diào)制幅值調(diào)制(簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)幅，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)幅，AM，Amplitude Modulatio

19、n)b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)頻，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)頻，F(xiàn)M，F(xiàn)requency Modulation)c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)相，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)相，PM，Phase Modulation)緩變信號(hào)緩變信號(hào)x(t)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理19 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 3.幅值調(diào)制（調(diào)幅）及其解調(diào)幅值調(diào)制（調(diào)幅）及其解調(diào) 調(diào)幅

20、是將一個(gè)調(diào)幅是將一個(gè)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)y(t)（載波信號(hào)）與（載波信號(hào)）與緩變信緩變信號(hào)號(hào)（調(diào)制信號(hào)）（調(diào)制信號(hào)）x(t)相乘相乘，使載波信號(hào)，使載波信號(hào)y(t)的的幅值幅值隨隨緩變緩變信信號(hào)號(hào)x(t)的幅值變化而變化過(guò)程。幅值調(diào)制后的信號(hào)稱(chēng)為的幅值變化而變化過(guò)程。幅值調(diào)制后的信號(hào)稱(chēng)為調(diào)調(diào)幅波。幅波。機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理20 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical

21、Technology tftxtftxAtym00002cos)()2cos()()(調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)載波信號(hào)調(diào)幅波調(diào)幅波)(txtftfAty00002cos)2cos()(1).調(diào)幅的時(shí)域表達(dá)調(diào)幅的時(shí)域表達(dá)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理21 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)載波信號(hào)調(diào)幅波調(diào)幅波)()(21)(2cos

22、)()(000ffXffXfYtftxtymm時(shí)域時(shí)域頻域頻域mfmf(2).調(diào)幅的調(diào)幅的頻域表達(dá)頻域表達(dá)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理22 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 音頻信號(hào)音頻信號(hào)廣播電臺(tái)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔的發(fā)射塔 調(diào)幅調(diào)幅AM調(diào)幅波調(diào)幅波載波信號(hào)載波信號(hào)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理23 廣

23、東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 廣播電臺(tái)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔的發(fā)射塔 對(duì)已調(diào)波進(jìn)行對(duì)已調(diào)波進(jìn)行鑒別鑒別以恢以恢復(fù)緩變信號(hào)的過(guò)程。復(fù)緩變信號(hào)的過(guò)程。調(diào)幅波調(diào)幅波恢復(fù)所需要的緩變信號(hào)恢復(fù)所需要的緩變信號(hào)(3).幅值解調(diào)的目的幅值解調(diào)的目的接收接收解調(diào)解調(diào)Demodulation機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理24 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong

24、 University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology (4). 同步解調(diào)同步解調(diào) tf02cos )(tym)(21txtftx02cos)()4cos1 (21)(0tftxtf02costftx04cos)(21機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理25 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of

25、 Petrochemical Technology 同步解調(diào)同步解調(diào)02 fmfmf(a)調(diào)幅波頻譜調(diào)幅波頻譜(b)載波信號(hào)頻譜載波信號(hào)頻譜(c)同步解調(diào)后頻譜同步解調(diào)后頻譜(d)調(diào)制信號(hào)頻譜調(diào)制信號(hào)頻譜機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 信號(hào)變換及調(diào)理信號(hào)變換及調(diào)理26 廣東石油化工學(xué)院廣東石油化工學(xué)院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology x(t)0時(shí)時(shí)(0t1)， ym(t)與與y(t)同相，檢波器輸出同相，檢波器輸出uf(t)0 x(t)0時(shí)時(shí)(t1t2)， ym(t)與與y(t)反相，檢波器輸出反相，檢波器輸出uf(t)0時(shí)時(shí)(0t1時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi))，調(diào)幅波，調(diào)幅波xm(t)與載波與載波y(t)在在每一時(shí)刻都同相每一時(shí)刻都同相 1）xm(t)0，y(t) 0 2）xm(t)0，y(t)0，y(t) 0 二極管二極管D2、D3導(dǎo)通導(dǎo)通,在負(fù)載上形成兩個(gè)電流回路在負(fù)載上形成兩個(gè)電流回路 : 回路回路1：e-g-f-3-c-D3-d-2-e