《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》(機(jī)械工業(yè)出版社)第四章

1、第一節(jié) 電橋第三節(jié) 濾波器第四節(jié) 信號(hào)的放大第五節(jié) 測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋一、一、直流電橋直流電橋換換電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出的一種測(cè)量電路，由于橋式測(cè)量電路簡(jiǎn)單可靠，而且具有很高的精度和靈敏度，因此在測(cè)量裝置中被廣泛采用。電橋按其所采用的激勵(lì)電源的類型可分為直流電橋與交流電橋；按其工作原理可分為偏值法和歸零法兩種，其中偏值法的應(yīng)用更為廣泛。圖4-1是直流電橋的基本結(jié)構(gòu)。第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋一、一、直流電橋直流電橋換換在測(cè)試中常用的電橋連接形式有：?jiǎn)伪垭姌蜻B接、半橋連接與全橋連接。直流電橋的連接方式，如圖4-2所示。圖圖4

2、-2第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋一、一、直流電橋直流電橋換換在測(cè)試中常用的電橋連接形式有：?jiǎn)伪垭姌蜻B接、半橋連接與全橋連接。懸臂梁測(cè)力的電橋接法如圖4-3所示圖圖4-3第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋一、一、直流電橋直流電橋換換在測(cè)試中常用的電橋連接形式有：?jiǎn)伪垭姌蜻B接、半橋連接與全橋連接。柱形梁測(cè)力的電橋接法如圖4-4所示。圖圖4-4第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋一、一、直流電橋直流電橋換換在測(cè)試中常用的電橋連接形式有：?jiǎn)伪垭姌蜻B接、半橋連接與全橋連接。使用電橋電路時(shí)，還需要調(diào)節(jié)零位平衡，如圖4-5所示。圖圖4-5交流電橋的電路結(jié)構(gòu)與直流電橋完全一樣，如圖4-6所示。第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋二、二、 交流電橋換交流電

3、橋換圖圖4-6圖4-7是一種常用電容電橋。 第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋二、二、 交流電橋換交流電橋換圖圖4-7圖4-8是一種常用的電感電橋。第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋二、二、 交流電橋換交流電橋換圖圖4-8電阻交流電橋的分布電容如圖4-9所示。第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋二、二、 交流電橋換交流電橋換圖圖4-9具有電阻電容平衡的交流電阻電橋如圖4-10所示。第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋二、二、 交流電橋換交流電橋換圖圖4-10用于電感比較儀中的電橋如圖4-11a所示。第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋三、三、 帶感應(yīng)耦合臂的電橋帶感應(yīng)耦合臂的電橋帶感應(yīng)耦合臂的電橋：是將感應(yīng)耦合的兩個(gè)繞組作為橋臂而組成的電橋，一般有兩種形式。

4、圖圖4-11第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋三、三、 帶感應(yīng)耦合臂的電橋帶感應(yīng)耦合臂的電橋 另一種電橋形式如圖4-11b所示。圖圖4-11第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制是指利用某種低頻信號(hào)來控制或改變一高頻振蕩信號(hào)的某個(gè)參數(shù)（幅值、頻率或相位）的過程。當(dāng)被控制的量是高頻振蕩信號(hào)的幅值時(shí)，稱為幅值調(diào)制或調(diào)幅；當(dāng)被控制的量是高頻振蕩信號(hào)的頻率時(shí)，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻；當(dāng)被控制的量是高頻振蕩信號(hào)的相位時(shí)，稱為相位調(diào)制或調(diào)相。（高頻振蕩信號(hào)為載波，控制高頻振蕩的低頻信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，調(diào)制后的高頻振蕩信號(hào)為已調(diào)制信號(hào)）解調(diào)是指從已調(diào)制信號(hào)中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號(hào)的過程。調(diào)制與解調(diào)是一對(duì)相反的信號(hào)變換過程，在工程

5、上經(jīng)常結(jié)合在一起使用。1.幅值調(diào)制第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、一、 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào) 幅值調(diào)制是將一個(gè)高頻載波信號(hào)（此處采用余弦波）與被測(cè)信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）相乘，使高頻信號(hào)的幅值隨被測(cè)信號(hào)的變化而變化。 幅值調(diào)制如圖4-12所示。圖圖4-122.調(diào)幅信號(hào)的頻域分析第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、一、 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào) 一個(gè)函數(shù)與單位脈沖函數(shù)卷積的結(jié)果是：將這個(gè)函數(shù)的波形由坐標(biāo)原點(diǎn)平移至該脈沖函數(shù)處。調(diào)頻信號(hào)的頻譜如圖4-13所示。圖圖4-133.調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、一、 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào) （1） 同步調(diào)節(jié) 若

6、把調(diào)幅波再次與原載波信號(hào)相乘，則頻域的頻譜圖形將再一次進(jìn)行 “搬家”，氣息結(jié)果是使原信號(hào)的頻譜圖形平移到0和2f0的頻率處。同步解調(diào)，如圖4-14所示。圖圖4-143.調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、一、 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào)（2）包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波亦稱整流檢波。 調(diào)制信號(hào)加足夠直流偏置的的調(diào)幅波如圖4-15所示。圖圖4-153.調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、一、 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào)（2）包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波亦稱整流檢波。 若所加的偏置電壓未能使信號(hào)電壓都位于零位的同一側(cè)： 那么對(duì)調(diào)幅的波形只進(jìn)行簡(jiǎn)單的整流濾波便不能回復(fù)原調(diào)制信

7、號(hào)，而會(huì)造成失真。調(diào)制信號(hào)直流偏置不夠時(shí)，如圖4-16所示。圖圖4-163.調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、一、 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào)（3） 相敏檢波 相敏檢波是利用二極管的單向?qū)ㄗ饔脤㈦娐份敵鰳O性互換。其特點(diǎn)是可以鑒別調(diào)制信號(hào)的極性，所以采用相敏檢波時(shí)，對(duì)調(diào)制信號(hào)不必再直流偏置。3.調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、一、 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào) 如圖4-17為一種典型的二極管相敏檢波電路。圖中還示出了相敏檢波器解調(diào)的波形轉(zhuǎn)換過程。圖圖4-173.調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、一、 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與

8、解調(diào) 動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀可作為電橋調(diào)幅與相敏檢波的典型實(shí)例，如圖4-18所示。圖圖4-181.頻率調(diào)制的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、頻率調(diào)制與解調(diào)二、頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制是指利用調(diào)制信號(hào)控制高頻載波信號(hào)頻率變化的過程。圖4-19 調(diào)制信號(hào)為三角波時(shí)的調(diào)頻信號(hào)波形。2.頻率調(diào)制方法第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、頻率調(diào)制與解調(diào)二、頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制一般用振蕩電路來實(shí)現(xiàn)，如圖4-20所示，圖圖4-203.調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、頻率調(diào)制與解調(diào)二、頻率調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)亦稱鑒頻，一般采用鑒頻器和鎖相環(huán)解調(diào)器。圖4-21 調(diào)頻器工作原理第三節(jié)

9、第三節(jié) 濾波器濾波器一、概述一、概述 濾波是指讓被測(cè)信號(hào)中的有效成分通過： 而將其中不需要的成分抑制或衰減掉的一種過程。四種濾波器的幅頻特性如圖4-22所示。圖圖4-22第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器二、濾波器性能分析二、濾波器性能分析1.理想濾波器 所謂理想濾波器：就是將濾波器的一些特性理想化而定義的濾波器。理想低通濾波器特性如圖4-23所示。圖圖4-23第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波電路三、實(shí)際濾波電路 最簡(jiǎn)單的低通和高通濾波器可由一個(gè)電阻和一個(gè)電容組成，圖4-25a和b中分別示出了RC低通和高通濾波器。圖圖4-25第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波電路三、實(shí)際濾波電路一階RC濾波

10、器在過渡帶內(nèi)的衰減速率非常慢，每個(gè)倍頻只有6dB，如圖4-27所示。圖圖4-27第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波電路三、實(shí)際濾波電路 圖4-28中給出了一些LC濾波器的構(gòu)成方法。第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波電路三、實(shí)際濾波電路 通過采用多個(gè)RC環(huán)節(jié)或LC環(huán)節(jié)級(jí)聯(lián)方式，可以使濾波器的性能有顯著的提高，如圖4-29所示。第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波電路三、實(shí)際濾波電路 將濾波器網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)算放大器結(jié)合時(shí)構(gòu)造有源濾波器電路的基本方法。如圖4-30所示。第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器四、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用四、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用1.多路濾波器的并聯(lián)形式 多路

11、帶通濾波器并聯(lián)常用于信號(hào)的頻譜分析和信號(hào)中特定頻率成分的提取。為使各帶通濾波器的帶寬覆蓋整個(gè)分析的頻帶，它們的中心頻率能使相鄰的帶寬恰好互相銜接。帶通濾波器并聯(lián)的頻帶分配，如圖帶通濾波器并聯(lián)的頻帶分配，如圖4-32所示。所示。第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器四、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用四、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用1.多路濾波器的并聯(lián)形式（1） 恒帶寬比濾波器 恒帶 寬比濾波器是指濾波器的相對(duì)帶寬是常數(shù)，即2100ic ic iiiBffCff第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器四、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用四、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用1.多路濾波器的并聯(lián)形式（2）恒帶寬濾波器。恒

12、帶寬濾波器是指濾波器的絕對(duì)帶寬為常數(shù)。第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器四、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用四、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用2.中心頻率可調(diào)試 掃描式頻率分析儀采用一個(gè)中心頻率可調(diào)的帶通濾波器。通過改變中心頻率使該濾波器的帶通跟所要分析的信號(hào)頻率范圍要求來變化。調(diào)節(jié)方式可以是手調(diào)或者外信號(hào)調(diào)節(jié)。圖4-35 掃描式頻率分析儀框圖第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大一、基本放大電路一、基本放大電路圖4-36示出了反相放大器、同相放大器和差分放大器三種基本放大電路。圖圖4-36第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大一、基本放大電路一、基本放大電路 一種常用來提高輸入阻抗的辦法是在基本放大電路之

13、前串接一級(jí)射極跟隨器，如圖4-37所示。圖圖4-37第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大二、儀器放大器二、儀器放大器 圖4-38示出一種在小信號(hào)放大中廣泛使用的儀器放大器電路，它由三個(gè)運(yùn)算放大器組成。圖圖4-38第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大二、儀器放大器二、儀器放大器 INA114是一個(gè)低成本的普通放大器。其電路結(jié)構(gòu)與基本接法如圖4-39所示。圖圖4-39第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大二、儀器放大器二、儀器放大器 圖4-40a是一種典型的拾音傳感器輸入放大器。圖圖4-40第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大二、儀器放大器二、儀器放大器圖4-40b為熱電偶信號(hào)的放大電路。圖圖4-40第四節(jié)

14、第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大二、儀器放大器二、儀器放大器AD522是精密集成放大器，它的管腳功能及作為電橋放大器的實(shí)例如圖4-41所示。圖圖4-41第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大三、可編程增益放大器三、可編程增益放大器可編程增益放大器的基本原理可用圖4-42所示的簡(jiǎn)單電路來說明，它是一種可編程增益的反相放大器。圖圖4-42第五節(jié)第五節(jié) 測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄一、信號(hào)的顯示一、信號(hào)的顯示2.數(shù)字示波器數(shù)字示波器是隨著數(shù)字電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型示波器，其基本原理框圖如圖4-44所示。圖圖4-44第五節(jié)第五節(jié) 測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄一、信號(hào)的顯示一、信號(hào)的顯示1.模擬示波器模