現(xiàn)代測試技術(shù)信號調(diào)理

1、第五章、測試信號調(diào)理技術(shù)第五章、測試信號調(diào)理技術(shù)本章學習要求：本章學習要求：1. 熟練掌握測量電橋的特性和計算公式；熟練掌握測量電橋的特性和計算公式； 2.了解測量放大器的應(yīng)用和調(diào)制與解調(diào)電路的工作原理；了解測量放大器的應(yīng)用和調(diào)制與解調(diào)電路的工作原理； 3.掌握濾波器的特性參數(shù)，能正確選用濾波器；掌握濾波器的特性參數(shù)，能正確選用濾波器； 4.了解信號指示紀錄裝置的工作原理。了解信號指示紀錄裝置的工作原理。 學習難點學習難點 調(diào)制與解調(diào)的工作原理，濾波器的工作原理及其特性參數(shù)。調(diào)制與解調(diào)的工作原理，濾波器的工作原理及其特性參數(shù)。 5.1 信號調(diào)理的目的信號調(diào)理的目的 信號調(diào)理的的目的是便于信號的

2、傳輸與處理信號調(diào)理的的目的是便于信號的傳輸與處理。 1.1.傳感器輸出的電信號很微弱，大多數(shù)不能傳感器輸出的電信號很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換。要進一步放大，有的還要進行阻抗變換。 2.2.有些傳感器輸出的是電信號中混雜有干擾噪有些傳感器輸出的是電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。3.3.某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信進行調(diào)制解調(diào)處理。對傳感器測量信進行調(diào)制解調(diào)處理。 二二. 信號調(diào)節(jié)器的種類

3、信號調(diào)節(jié)器的種類1. 參量變換型：參量變換型：常用于參量型傳感器，將電參量變換成電壓和電流量。常用于參量型傳感器，將電參量變換成電壓和電流量。被測量被測量參量型傳感器參量型傳感器電橋、諧振電路電橋、諧振電路R, L, CV, I2. 阻抗變換、幅度調(diào)節(jié)阻抗變換、幅度調(diào)節(jié) 被測量被測量發(fā)電型傳感器發(fā)電型傳感器放大、衰減、阻抗匹配、變換放大、衰減、阻抗匹配、變換U, IV, I3. 調(diào)制、解調(diào)調(diào)制、解調(diào)被測量被測量傳感器傳感器解調(diào)解調(diào)調(diào)制調(diào)制放大、傳送放大、傳送調(diào)制波調(diào)制波輸出輸出4. 品質(zhì)調(diào)節(jié)品質(zhì)調(diào)節(jié)：線性化處理線性化處理擴大測量范圍，減少非線性失真；擴大測量范圍，減少非線性失真； 濾濾 波波保

4、持有用信號，消除干擾；保持有用信號，消除干擾； 倍頻、細分倍頻、細分提高測量精度；提高測量精度；5. A/D、D/A轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：與計算機相聯(lián)系。與計算機相聯(lián)系。5.2 信號放大信號放大 分類分類放大器放大器直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器電荷放大器電荷放大器直流電橋直流電橋特點特點交流電橋交流電橋低頻保留低頻保留, ,高頻截止高頻截止高頻保留高頻保留, ,低頻截止低頻截止1 1 直流放大電路直流放大電路 電壓增益電壓增益: :1) 1) 反相放大器反相放大器 1RRAFv 反饋電阻反饋電阻R RF F值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾

5、百千歐。噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1R1的的取值應(yīng)遠大于信號源取值應(yīng)遠大于信號源UiUi的內(nèi)阻的內(nèi)阻。 煙霧報警器煙霧報警器酒精傳感器酒精傳感器二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器2)2)同相放大器同相放大器 同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大級?？购艿偷奶攸c，廣泛用于前置放大級。 同相放大器也是最基同相放大器也是最基本的電路本的電路 ，其閉環(huán)電壓，其閉環(huán)電壓增益增益AvAv為為: :11RRAFv2 2 交流放大電路交流放大電路 R1R1一般取幾十千歐。耦合電容一般取幾十千歐。耦合電容C1C1、C3C3可根據(jù)交流可根據(jù)

6、交流放大器的下限頻率放大器的下限頻率fLfL來確定。來確定。 )2/()103(31LLfRCC11RRAFv 若只需要放大交流信號，可采用圖示的集成若只需要放大交流信號，可采用圖示的集成運放交流電壓同相放大器。其中電容運放交流電壓同相放大器。其中電容C1C1、C2C2及及C3C3為隔直電容。為隔直電容。 3 電橋電橋作用：作用：將電阻、電容、電感等參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換將電阻、電容、電感等參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出的一種測量電路。為電壓或電流輸出的一種測量電路。分類：分類：根據(jù)其所采用的激勵電源類型：根據(jù)其所采用的激勵電源類型： 直流電橋直流電橋 電橋的電源為直流，直流電橋只能是純電橋的電源為直

7、流，直流電橋只能是純電阻電橋。電阻電橋。交流電橋交流電橋 電源為交流，交流電橋橋臂可為電阻、電源為交流，交流電橋橋臂可為電阻、電感或電容。電感或電容。 根據(jù)其工作原理分類：根據(jù)其工作原理分類：偏位法：偏位法：電橋失衡，輸出不平衡的電壓，反應(yīng)快。電橋失衡，輸出不平衡的電壓，反應(yīng)快。零位法零位法：電橋失衡后，伺服機構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)整臂阻抗，：電橋失衡后，伺服機構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)整臂阻抗，使輸出恢復(fù)為零，調(diào)整量的大小與被測量成正比，使輸出恢復(fù)為零，調(diào)整量的大小與被測量成正比，精度高。精度高。 直流電橋直流電橋平衡條件平衡條件4231RRRR工作原理：利用四個橋臂中的一個或數(shù)個的阻值變化工作原理：利用四個橋臂中的一個或

8、數(shù)個的阻值變化 而引起電橋輸出電壓的變化而引起電橋輸出電壓的變化 。 直流電橋的連接形式：直流電橋的連接形式： 半橋單臂半橋單臂 半橋雙臂半橋雙臂 全橋全橋 單臂單臂 半橋半橋全橋全橋單臂半橋單臂半橋VER1R2R4R3令：令：RR 1RR 24RR4ES RREERRRRRRRRRRERRRRRRRRRRV4)()()()(43214231VER1R2R4R3RRR3差動半橋雙臂接法差動半橋雙臂接法 a) 半橋單臂b) 半橋雙臂 c) 全橋當 R1 = R2 = R3 = R4 = R0, R1 = R2 = R時，電橋輸出為： iuRRRRRRRRRu4341102差動全橋差動全橋 當當

9、R1 = R2 = R3 = R4 = R0, R1 = R2 = R3 = R4 = R，電橋輸出為：電橋輸出為： 44332211RRRRRRRR，3124012341234141()4ssRRRRuuRRRRu k又若當四個橋臂的阻值為：又若當四個橋臂的阻值為：且且 R1 = R2 = R3 = R4 = R0時可得此時電橋的輸出電壓近似為：時可得此時電橋的輸出電壓近似為：小結(jié)：小結(jié)：1.電橋具有加減特性：相鄰臂異號（減）；相對臂同號。利用這一特性就電橋具有加減特性：相鄰臂異號（減）；相對臂同號。利用這一特性就能根據(jù)測量目的來正確選擇傳感器位置的布置、接橋方式以提高靈敏度、能根據(jù)測量目的

10、來正確選擇傳感器位置的布置、接橋方式以提高靈敏度、作溫度誤差和非線性誤差的自動補償、消除其它非測試項引起的誤差。作溫度誤差和非線性誤差的自動補償、消除其它非測試項引起的誤差。2.電橋靈敏度電橋靈敏度 1）與電源電壓有關(guān)。）與電源電壓有關(guān)。 越大，靈越大，靈敏度越高。敏度越高。 決定與組成電橋的電阻元件所允許通過的最大電流。對決定與組成電橋的電阻元件所允許通過的最大電流。對120的電阻應(yīng)變片橋壓常在的電阻應(yīng)變片橋壓常在5v以下，以降低應(yīng)變片的通過電流，減少以下，以降低應(yīng)變片的通過電流，減少其溫升。其溫升。2）與接橋方式有關(guān)）與接橋方式有關(guān)3.直流電橋的優(yōu)點是采用直流電源作激勵電源，而直流電源穩(wěn)定

11、性高。電直流電橋的優(yōu)點是采用直流電源作激勵電源，而直流電源穩(wěn)定性高。電橋的輸出是直流量，可用直流儀表測量，精度高。電橋與后接儀表間的橋的輸出是直流量，可用直流儀表測量，精度高。電橋與后接儀表間的連接導(dǎo)線不會形成分布參數(shù)，因此對導(dǎo)線連接的方式要求較低。另外，連接導(dǎo)線不會形成分布參數(shù)，因此對導(dǎo)線連接的方式要求較低。另外，電橋的平衡電路簡單，僅需對純電阻的橋臂調(diào)整即可。電橋的平衡電路簡單，僅需對純電阻的橋臂調(diào)整即可。4.直流電橋的缺點是易引入工頻干擾，由于輸出為直流量，故需對其作直直流電橋的缺點是易引入工頻干擾，由于輸出為直流量，故需對其作直流放大，而直流放大器一般都比較復(fù)雜，易受零漂和接地電位的影

12、響。流放大，而直流放大器一般都比較復(fù)雜，易受零漂和接地電位的影響。因此直流電橋適合于靜態(tài)量的測量。因此直流電橋適合于靜態(tài)量的測量。 susu單半全SSS42應(yīng)用應(yīng)用 應(yīng)變測量中的溫度補償應(yīng)變測量中的溫度補償 一個簡化了的單向受拉件如圖一個簡化了的單向受拉件如圖( 測軸測軸向拉向拉(壓壓)時的溫度補償時的溫度補償)所示，在軸向所示，在軸向力力P作用下。試件為單向應(yīng)力狀態(tài)。作用下。試件為單向應(yīng)力狀態(tài)。故沿構(gòu)件表面的軸線方向貼工作片故沿構(gòu)件表面的軸線方向貼工作片R1,在溫度補償板上貼補償片在溫度補償板上貼補償片Rt，則，則 ttPRRRRR21,將二者組成半橋即可測得軸向應(yīng)變將二者組成半橋即可測得軸

13、向應(yīng)變P。電橋的輸出為電橋的輸出為實現(xiàn)溫度補償必須滿足以下條件：實現(xiàn)溫度補償必須滿足以下條件：補償板和試件的材料相同；工作片、補補償板和試件的材料相同；工作片、補償片完全相同，放在完全相同溫度場中，接在相臨橋臂。償片完全相同，放在完全相同溫度場中，接在相臨橋臂。 上圖中沿軸向貼一片應(yīng)變片，沿橫向貼另一片，稱為工作上圖中沿軸向貼一片應(yīng)變片，沿橫向貼另一片，稱為工作片補償法。其輸出電壓為片補償法。其輸出電壓為在拉（壓）應(yīng)變測量中測彎矩除拉力及溫度的影響在拉（壓）應(yīng)變測量中測彎矩除拉力及溫度的影響RRuRRRRRRRRuuRRRRRRRRMstMPtMPstMPtMP2141021，PMR1R2如果

14、要測拉除彎及溫度的影響呢？如果要測拉除彎及溫度的影響呢？RRuRRRRRRRRRRRRuuRRuRRRRRRRRRRuuPsttMPttMPsPstttMPtMPs214141224100）（）（）（）（全半M用多工作片提高應(yīng)變測量的靈敏度用多工作片提高應(yīng)變測量的靈敏度在左圖在左圖( 用四工作片測拉用四工作片測拉(壓壓)應(yīng)變應(yīng)變)中，布片時省去中，布片時省去了溫度補償板。這種方法了溫度補償板。這種方法可得到最大輸出應(yīng)變值，可得到最大輸出應(yīng)變值，即即 也可以消除因加載偏心也可以消除因加載偏心而造成的附加彎矩。而造成的附加彎矩。 一等強度梁上、下表面貼有若干參數(shù)相同的應(yīng)變片，梁材一等強度梁上、下表

15、面貼有若干參數(shù)相同的應(yīng)變片，梁材料的泊松比為料的泊松比為，在力，在力P的作用下，梁的軸向應(yīng)變?yōu)榈淖饔孟?，梁的軸向應(yīng)變?yōu)?，用靜，用靜態(tài)應(yīng)變儀測量時，如何組橋方能實現(xiàn)下列讀數(shù)？態(tài)應(yīng)變儀測量時，如何組橋方能實現(xiàn)下列讀數(shù)？a) ； b) (1+)； c) 4； d) 2(1+)；e) 0；f) 2 本題有多種組橋方式本題有多種組橋方式 4 交流電橋交流電橋交流電橋的構(gòu)造和功能與直流電橋基本相同，區(qū)別在于：1.由振蕩器產(chǎn)生的交流電源供橋。由振蕩器產(chǎn)生的交流電源供橋。2.應(yīng)變片不是純電阻，而是阻抗。應(yīng)變片不是純電阻，而是阻抗。3.應(yīng)變片敏感柵之間的分布電容和測量導(dǎo)線的分布電容影響。應(yīng)變片敏感柵之間的分布電

16、容和測量導(dǎo)線的分布電容影響。如四臂分別用阻抗表示，將交流電橋的阻抗、電流及電壓用復(fù)數(shù)表如四臂分別用阻抗表示，將交流電橋的阻抗、電流及電壓用復(fù)數(shù)表示，則直流電橋的平衡關(guān)系式也可用于交流電橋。當電橋平衡示，則直流電橋的平衡關(guān)系式也可用于交流電橋。當電橋平衡時有：時有： 1324Z ZZ Z iZijiiZZ ei)(42)(314231jjeZZeZZ式中：各橋臂的復(fù)數(shù)阻抗，而Zi為復(fù)數(shù)阻抗的模，-為復(fù)數(shù)阻抗的阻抗角。帶入上式得：上式成立的條件是：上式成立的條件是： 此式表明，交流電橋平衡要滿足兩個條件，即：兩相對橋此式表明，交流電橋平衡要滿足兩個條件，即：兩相對橋臂的阻抗模的乘積相等；其阻抗角的

17、和相等。臂的阻抗模的乘積相等；其阻抗角的和相等。 阻抗角表示橋臂電流與電壓之間的相位差：阻抗角表示橋臂電流與電壓之間的相位差： 當橋臂為純電阻時，當橋臂為純電阻時，0； 若為電感性阻抗時，若為電感性阻抗時，0 ； 若為電容性阻抗時，若為電容性阻抗時， 0 。 由于交流電橋平衡必須同時滿足模及阻抗角的兩個條件，因由于交流電橋平衡必須同時滿足模及阻抗角的兩個條件，因此橋臂結(jié)構(gòu)可采用不同的組合方式，以滿足平衡條件。此橋臂結(jié)構(gòu)可采用不同的組合方式，以滿足平衡條件。 42314231ZZZZ對于對于電容電橋電容電橋，平衡條件：，平衡條件：等式兩邊實部與虛部分別相等得到如下電橋平衡方程組：等式兩邊實部與虛

18、部分別相等得到如下電橋平衡方程組：這意味著電容電橋的平衡條件除了電阻要這意味著電容電橋的平衡條件除了電阻要 滿足要求外，電容也必須滿足滿足要求外，電容也必須滿足一定的要求。一定的要求。 對于對于電感電橋電感電橋，其平衡條件為：，其平衡條件為： 由于交流電橋平衡必須同時滿足模及阻抗角的兩個條件，因由于交流電橋平衡必須同時滿足模及阻抗角的兩個條件，因此較之直流電橋其平衡條件要復(fù)雜得多。即使是純電阻交流此較之直流電橋其平衡條件要復(fù)雜得多。即使是純電阻交流電橋，電橋?qū)Ь€之間形成的分布電容也會影響橋臂阻抗值，電橋，電橋?qū)Ь€之間形成的分布電容也會影響橋臂阻抗值，相當于在各橋臂的電阻上并聯(lián)了一個電容。為此在

19、調(diào)電阻平相當于在各橋臂的電阻上并聯(lián)了一個電容。為此在調(diào)電阻平衡時尚需進行電容的調(diào)平衡。下圖是一種用于動態(tài)應(yīng)變儀的衡時尚需進行電容的調(diào)平衡。下圖是一種用于動態(tài)應(yīng)變儀的純電阻電橋，是具有電阻、電容平衡的交流電阻電橋。純電阻電橋，是具有電阻、電容平衡的交流電阻電橋。 應(yīng)變儀用交流電橋的電路圖 電阻電阻R1 ,R2和可變電阻和可變電阻R3用于調(diào)整電阻不平衡，差動可用于調(diào)整電阻不平衡，差動可變電容變電容C2則用于調(diào)整橋臂對地分布電容的不平衡。則用于調(diào)整橋臂對地分布電容的不平衡。 影響交流電橋測量精度的因素： 電橋各元件之間的互感耦合； 泄漏電阻以及元件間、元件對地之間的分布電容； 鄰近交流電路對電橋的感

20、應(yīng)影響。 交流電橋的激勵電源要求其電壓波形和頻率必須具有很好的穩(wěn)定性。 5.35.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)1 1 目的目的 解決微弱緩變信號的放大以及信號解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。的傳輸問題。 先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。輸出信號中取出放大了的緩變信號。 例：交流電橋例：交流電橋VinVoR1R3R2R42.調(diào)制及有關(guān)術(shù)語調(diào)制及有關(guān)術(shù)語 調(diào)制：就是利用緩變信號來控制、調(diào)節(jié)高頻振蕩信號的某個參調(diào)制：就是利用緩

21、變信號來控制、調(diào)節(jié)高頻振蕩信號的某個參數(shù)（幅值、頻率或者相位），使其按緩變信號的規(guī)律變化。數(shù)（幅值、頻率或者相位），使其按緩變信號的規(guī)律變化。 載波信號：高頻振蕩信號稱為載波信號載波信號：高頻振蕩信號稱為載波信號 調(diào)制信號：上面緩變信號稱為調(diào)制信號調(diào)制信號：上面緩變信號稱為調(diào)制信號 已調(diào)波：載波被緩變信號調(diào)制后稱為已調(diào)波已調(diào)波：載波被緩變信號調(diào)制后稱為已調(diào)波 解調(diào)：從已調(diào)頻波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程。解調(diào)：從已調(diào)頻波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程。2 2 種類種類調(diào)制信號調(diào)制信號x(t)x(t)0 0t t載波信號載波信號)2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t ta) a) 幅度調(diào)制幅度調(diào)制

22、(AM)(AM)2cos()(*)(fttxAtyb) b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)(FM)*)(2cos()(0ttxfAtyc) c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM(PM)(2cos()(0txftAty3 3 幅度調(diào)制幅度調(diào)制 調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化化而變化)2cos()(*)(0fttxAty緩變信號緩變信號調(diào)制調(diào)制高頻信號高頻信號放大放大放大高放大高頻信號頻信號解調(diào)解調(diào)放大緩放大緩變信號變信號交流電橋的調(diào)幅作用交流電橋的調(diào)幅作用以全等臂電橋單片

23、工作為例，若忽略橋臂電容的影響且初始平衡，說明應(yīng)變信號以全等臂電橋單片工作為例，若忽略橋臂電容的影響且初始平衡，說明應(yīng)變信號的調(diào)幅過程和原理。的調(diào)幅過程和原理。若電橋的供橋電壓為：若電橋的供橋電壓為：以其作為載波，則電橋的輸出電壓為：以其作為載波，則電橋的輸出電壓為：1.工作片工作片R1承受靜態(tài)拉應(yīng)變（承受靜態(tài)拉應(yīng)變（+）時，）時，電橋的輸出電壓為：電橋的輸出電壓為：2.工作片工作片R1承受靜態(tài)拉應(yīng)變（承受靜態(tài)拉應(yīng)變（- ）時，）時，電橋的輸出電壓為：電橋的輸出電壓為：相位相差為相位相差為180。（3）當工作片）當工作片R1承受一正弦變化應(yīng)變時，承受一正弦變化應(yīng)變時， tUUMsin0tKUt

24、RRUUMMsin4sin401sin4MMUUKt011sin()sin()44MMMMUUUKtKtttKUUMMsinsin41調(diào)制的頻譜分析：調(diào)制的頻譜分析： 設(shè)調(diào)制信號為設(shè)調(diào)制信號為 x(t) ，載波信號為，載波信號為Z(t)=cos2fzt 已調(diào)信號為已調(diào)信號為: 則：則：所以調(diào)幅使被測所以調(diào)幅使被測x(t)的頻譜從的頻譜從f=0，向左、右遷移了，向左、右遷移了fz ，而，而幅值降低了一半幅值降低了一半 ，為保證頻移后的頻譜不失真，載波頻為保證頻移后的頻譜不失真，載波頻率率fz 要大于或等于兩倍調(diào)制信號的最高頻率要大于或等于兩倍調(diào)制信號的最高頻率 ，通常取數(shù)，通常取數(shù)倍至數(shù)十倍的倍

25、至數(shù)十倍的 。 )()()()(212cos)(zzzfffXfffXtftx上述的調(diào)制方法，是將調(diào)制信號上述的調(diào)制方法，是將調(diào)制信號x(t)直接與載波信號直接與載波信號z(t)相乘這種調(diào)幅波具有極相乘這種調(diào)幅波具有極性變化，即在信號過零線時，其幅值發(fā)生由正到負（或由負到正）的突然變化，性變化，即在信號過零線時，其幅值發(fā)生由正到負（或由負到正）的突然變化，此時調(diào)幅波的相位（相對于載波）也相應(yīng)地發(fā)生此時調(diào)幅波的相位（相對于載波）也相應(yīng)地發(fā)生180。的相位變化此種調(diào)制方。的相位變化此種調(diào)制方法稱為抑制調(diào)幅法稱為抑制調(diào)幅 從時域上講，調(diào)制過程即是使載波的某一參量隨調(diào)制波的變化而變化，而在頻域上，調(diào)制

26、過程則是一個移頻的過程。幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) 幅值調(diào)制的解調(diào)有多種方法，常用的有：同步解調(diào)、整流檢波幅值調(diào)制的解調(diào)有多種方法，常用的有：同步解調(diào)、整流檢波和相敏檢波解調(diào)法。和相敏檢波解調(diào)法。1、同步解調(diào)法、同步解調(diào)法 若把調(diào)幅波若把調(diào)幅波xm(t)再次與載波再次與載波z(t)信號相乘，則頻域圖形將再一信號相乘，則頻域圖形將再一次進行次進行“搬移搬移”，即，即xm(t)與與z(t)相乘積的傅里葉變換為：相乘積的傅里葉變換為： 若用一個低通濾波器濾除中心頻率為若用一個低通濾波器濾除中心頻率為2fz的高頻成分，那末將可的高頻成分，那末將可以復(fù)現(xiàn)原信號的頻譜（只是其幅值減少了一半，這可用放大處

27、以復(fù)現(xiàn)原信號的頻譜（只是其幅值減少了一半，這可用放大處理來補償），這一過程稱為同步解調(diào)理來補償），這一過程稱為同步解調(diào)“同步同步”指解調(diào)時所乘指解調(diào)時所乘的信號與調(diào)制時的載波信號具有相同的頻率和相位的信號與調(diào)制時的載波信號具有相同的頻率和相位 乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)2、整流檢波、整流檢波 若把調(diào)制信號若把調(diào)制信號z(

28、t)進行偏置，疊加一個直流分量進行偏置，疊加一個直流分量A，使偏置后的信號都，使偏置后的信號都具有正電壓，此時調(diào)幅波表達式為：具有正電壓，此時調(diào)幅波表達式為： xm(t)=A+x(t)cos2fzt這種調(diào)制方法稱為非抑制調(diào)幅，或偏置調(diào)幅其調(diào)幅波的包絡(luò)線具有原信號形狀這種調(diào)制方法稱為非抑制調(diào)幅，或偏置調(diào)幅其調(diào)幅波的包絡(luò)線具有原信號形狀 對于非抑制調(diào)幅，要求其直對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，流偏置必須足夠大，否則否則x(t)的相位將發(fā)生的相位將發(fā)生180。倒相，如。倒相，如上圖（上圖（b）所示，此稱為過）所示，此稱為過調(diào)此時，如果采用包絡(luò)法調(diào)此時，如果采用包絡(luò)法檢波，則檢出的信號就會產(chǎn)

29、檢波，則檢出的信號就會產(chǎn)生失真，而不能恢復(fù)出原信生失真，而不能恢復(fù)出原信號采用相敏檢波解調(diào)法可號采用相敏檢波解調(diào)法可解決這一問題。解決這一問題。非抑制調(diào)幅非抑制調(diào)幅 若對信號若對信號x(t)x(t)進行偏置，疊加一個直流分量進行偏置，疊加一個直流分量D D，使偏置后的信號都具有正電壓。使偏置后的信號都具有正電壓。 )2cos()()(fttxDtxm)()( txDtx)(tx調(diào)幅調(diào)幅解調(diào)解調(diào)二極管檢波二極管檢波低通濾波低通濾波3、相敏檢波解調(diào)法、相敏檢波解調(diào)法相敏檢波用來鑒別調(diào)制信號的極性。相敏檢波器相敏檢波用來鑒別調(diào)制信號的極性。相敏檢波器(與濾波器配合與濾波器配合)可以將調(diào)幅可以將調(diào)幅波

30、還原成原應(yīng)變信號波形波還原成原應(yīng)變信號波形,即起解調(diào)作用。下圖是應(yīng)變儀中常用的環(huán)形相即起解調(diào)作用。下圖是應(yīng)變儀中常用的環(huán)形相敏檢波器。敏檢波器。Rfz為負載電阻；為負載電阻；Usr是由放大器是由放大器輸出的調(diào)幅信號；輸出的調(diào)幅信號；Uc為參考電壓為參考電壓,它與供橋電源同來自一個振蕩器它與供橋電源同來自一個振蕩器,二者頻率相同。二者頻率相同。 當當Usr0，若，若Usr與與Uc同相同相, dDOROfz2112Rfz中電流方向向上。中電流方向向上。即拉應(yīng)變的情況。即拉應(yīng)變的情況。B2極性為極性為 、 , Usr極性為極性為 、 D1導(dǎo)通，導(dǎo)通， D2、D3、D4截止截止,信號電流的流經(jīng)路線為信

31、號電流的流經(jīng)路線為 當當Uc、Usr同時改變極性時同時改變極性時,D3導(dǎo)通導(dǎo)通,電流路線為電流路線為 當輸入信號當輸入信號Usr的相位對于的相位對于Uc改變改變180,即為壓應(yīng)變時即為壓應(yīng)變時, B1極性為極性為 、 , B2極性為極性為 、 , 由由Usr引起的電流路徑為引起的電流路徑為: 2122ORODdfzcDOROfz4312Rfz上的電流方向是從上到下上的電流方向是從上到下. 當當Uc、Usr同時改變極性時同時改變極性時,電流通路為電流通路為 2144ORODcfz電流方向仍從上向下?？梢娸斎胄盘柗聪鄷r電流方向仍從上向下。可見輸入信號反相時,流過負載的電流方向跟著改流過負載的電流方

32、向跟著改變變,輸出電壓極性也隨之而變。輸出電壓極性也隨之而變。三、調(diào)幅波的波形失真三、調(diào)幅波的波形失真a a）過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏）過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則置必須足夠大，否則x(t)x(t)的相位將發(fā)生的相位將發(fā)生180180。5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)b)b)重疊失真：調(diào)幅波是由一對每邊為重疊失真：調(diào)幅波是由一對每邊為fmfm的雙邊帶信的雙邊帶信號組成當載波頻率號組成當載波頻率fzfz較低時，正頻端的下邊帶將較低時，正頻端的下邊帶將與負頻端的下邊帶相重疊要求與負頻端的下邊帶相重疊要求: : fz fzfmfm 圖圖5.15為動態(tài)電阻應(yīng)變儀的方

33、框圖。電橋由振蕩器供給等幅為動態(tài)電阻應(yīng)變儀的方框圖。電橋由振蕩器供給等幅高頻振蕩電壓（一般頻率為高頻振蕩電壓（一般頻率為10kHz或或15kHz），被測量（應(yīng)），被測量（應(yīng)變）通過電阻應(yīng)變片變）通過電阻應(yīng)變片 調(diào)制電橋輸出電橋輸出為調(diào)幅波，經(jīng)過調(diào)制電橋輸出電橋輸出為調(diào)幅波，經(jīng)過放大，最后經(jīng)相敏檢波與低通濾波取出所測信號。放大，最后經(jīng)相敏檢波與低通濾波取出所測信號。 圖5.15 動態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖調(diào)頻是利用信號電壓的幅值控制一個振蕩器，調(diào)頻是利用信號電壓的幅值控制一個振蕩器，振蕩器輸出的是等幅波，但其振蕩頻率偏移量振蕩器輸出的是等幅波，但其振蕩頻率偏移量和信號電壓成正比。信號電壓為正值時調(diào)頻波

34、和信號電壓成正比。信號電壓為正值時調(diào)頻波的頻率升高，負值時則降低；信號電壓為零時，的頻率升高，負值時則降低；信號電壓為零時，調(diào)頻波的頻率就等于中心頻率。調(diào)頻波的頻率就等于中心頻率。)*)(2cos()(0ttxfAty5.3.2 5.3.2 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào) 鑒頻：鑒頻：T1T2T3T4F調(diào)頻波的瞬時頻率為：調(diào)頻波的瞬時頻率為： 式中：式中：f0 為載波頻率；為載波頻率；f 為頻率偏移，與調(diào)制信號的幅為頻率偏移，與調(diào)制信號的幅值成正比。值成正比。 實現(xiàn)信號的調(diào)頻和解調(diào)的方法甚多，這里主要介紹儀器實現(xiàn)信號的調(diào)頻和解調(diào)的方法甚多，這里主要介紹儀器中最常用的方法是中最常用的方法是直接調(diào)頻

35、式測量電路直接調(diào)頻式測量電路。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，以電抗元件（電感或電容）作為傳感器參量，以它感受被測量元件（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)制信號的輸?shù)淖兓?，作為調(diào)制信號的輸 入，振蕩器原有的信號振入，振蕩器原有的信號振蕩信號作為載波。當有調(diào)制信號輸入時，振蕩器輸出的蕩信號作為載波。當有調(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。當電容和電感并聯(lián)組成振蕩器即為被調(diào)制了的調(diào)頻波。當電容和電感并聯(lián)組成振蕩器的諧振的諧振 回路時，電路的諧振頻率將為：回路時，電路的諧振頻率將為： 若在電路中以電容

36、為調(diào)諧參數(shù)，對上式進行微分，有：若在電路中以電容為調(diào)諧參數(shù)，對上式進行微分，有： 所以，在所以，在f0附近有頻率偏移：附近有頻率偏移： 這種把被測量的變化直接轉(zhuǎn)換為振蕩頻率的變化稱為直接調(diào)這種把被測量的變化直接轉(zhuǎn)換為振蕩頻率的變化稱為直接調(diào)頻式測量電路。其輸出也是等幅波頻式測量電路。其輸出也是等幅波 調(diào)頻波的解調(diào)又稱鑒頻調(diào)頻波的解調(diào)又稱鑒頻，是將頻率變化的等幅調(diào)頻波，按，是將頻率變化的等幅調(diào)頻波，按其頻率變化復(fù)現(xiàn)調(diào)制信號波形的過程。鑒頻的方法有很多，其頻率變化復(fù)現(xiàn)調(diào)制信號波形的過程。鑒頻的方法有很多，下圖為變壓器耦合的下圖為變壓器耦合的諧振回路鑒頻器諧振回路鑒頻器。圖中圖中L1和和L2是耦合變

37、壓器的原副邊線圈，分別與是耦合變壓器的原副邊線圈，分別與C1、C2組成組成并聯(lián)諧振回路。調(diào)頻波并聯(lián)諧振回路。調(diào)頻波uf經(jīng)經(jīng)L1、L2耦合，加在耦合，加在L2、C2諧振諧振回路上，在它的兩端獲得下圖所示的頻率回路上，在它的兩端獲得下圖所示的頻率電壓特性曲線。電壓特性曲線。在在L2C2回路的諧振頻率回路的諧振頻率 處，線圈處，線圈L1和和L2的耦合電流最大，的耦合電流最大，副邊輸出電壓副邊輸出電壓ua也最大。也最大。 值偏離值偏離 ，則，則ua值下降。值下降。ua雖然雖然與與uf的頻率一致，但幅值卻是隨的頻率一致，但幅值卻是隨uf的頻率的頻率 變化而改變。通變化而改變。通常利用特性曲線的亞諧振區(qū)近

38、似直線的一段實現(xiàn)頻率常利用特性曲線的亞諧振區(qū)近似直線的一段實現(xiàn)頻率電電壓變換，使調(diào)頻波的中心頻率壓變換，使調(diào)頻波的中心頻率 處于該近似直線段的中點，處于該近似直線段的中點，從而使調(diào)頻波的振幅隨其頻率變化而基本呈線性變化，成從而使調(diào)頻波的振幅隨其頻率變化而基本呈線性變化，成為調(diào)頻為調(diào)頻-調(diào)幅波。經(jīng)過線性變換后，調(diào)頻調(diào)幅波。經(jīng)過線性變換后，調(diào)頻-調(diào)幅波再經(jīng)過幅值調(diào)幅波再經(jīng)過幅值檢波、低通濾波后實現(xiàn)解調(diào)，復(fù)現(xiàn)調(diào)制信號。檢波、低通濾波后實現(xiàn)解調(diào)，復(fù)現(xiàn)調(diào)制信號。優(yōu)點：抗干擾能力強。優(yōu)點：抗干擾能力強。 調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的所要求帶寬的202

39、0倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因為頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。雜，因為頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。 因為調(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化因為調(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表現(xiàn)在振幅之中要表現(xiàn)在振幅之中 缺點：占頻帶寬度大，復(fù)雜缺點：占頻帶寬度大，復(fù)雜5.45.4濾波器濾波器 濾波器是一種選頻裝置，它允許輸入信號中的特定頻率成分通濾波器是一種選頻裝置，它允許輸入信號中的特定頻率成分通過過,同時抑制或極大地衰減其它頻率成分同時抑制或極大地衰減其它頻率成分(又稱此頻帶為阻帶又稱此頻帶為

40、阻帶)。根據(jù)濾波器的選頻特性，一般將濾波器分為低通、高通、帶通根據(jù)濾波器的選頻特性，一般將濾波器分為低通、高通、帶通和帶阻四種和帶阻四種.四種濾波器的幅頻特性四種濾波器的幅頻特性 5.4 5.4 信號的濾波信號的濾波 濾波器是一種選頻裝置，可以使濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分衰減其他頻率成分1 1 濾波器分類（根據(jù)濾波器的選頻作用分）濾波器分類（根據(jù)濾波器的選頻作用分） 低通低通高通高通低通濾波器低通濾波器：只允許：只允許0f2 的頻率成分通過，而大于的頻率成分通過，而大于f2 的頻率的頻率成分衰減為零成分衰減為零高

41、通濾波器：高通濾波器：與低通濾波器相反，它只允許與低通濾波器相反，它只允許f1的頻率成的頻率成分通過，而分通過，而f f2的頻率成分衰減為零的頻率成分衰減為零帶通帶通帶阻帶阻帶通濾波器帶通濾波器只允許只允許f1 f2之間的頻率成分通過，其他頻率之間的頻率成分通過，其他頻率成分衰減為零成分衰減為零帶阻濾波器：帶阻濾波器：與帶通濾波器相反，它將與帶通濾波器相反，它將f1 f2之間的頻之間的頻率成分衰減為零，其余頻率成分幾乎不受衰減地通過率成分衰減為零，其余頻率成分幾乎不受衰減地通過高通濾波器的幅頻特性可以看作為低通濾波器做高通濾波器的幅頻特性可以看作為低通濾波器做負反饋而得到，即負反饋而得到，即A

42、2(f)=1-A1(f)；帶通濾波器的；帶通濾波器的幅頻特性可以看作為帶阻濾波器做負反饋而獲得；幅頻特性可以看作為帶阻濾波器做負反饋而獲得；帶阻濾波器是低通和高通濾波器的組合。帶阻濾波器是低通和高通濾波器的組合。 根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)，濾波器可分為根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)，濾波器可分為有源有源濾波器濾波器和和無源濾波器無源濾波器； 根據(jù)濾波器所處理的信號性質(zhì)，可分為根據(jù)濾波器所處理的信號性質(zhì)，可分為模擬濾波模擬濾波器器和和數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器等等。等等。 3 3 理想濾波器理想濾波器 理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號的幅值和相位理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分

43、都衰減為零的濾波器。都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器。fcH(f)fQ(f)理想濾波器的理想濾波器的物理不可實現(xiàn)物理不可實現(xiàn) 理想濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)理想濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù) h h（t t）為為 sincsinc函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標左、右函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標左、右無限延伸。無限延伸。 給理想濾波器一個脈沖激勵，在給理想濾波器一個脈沖激勵，在t=0t=0時刻單時刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。故物理不可實現(xiàn)。故物理不可實現(xiàn)。fcH(f)單位階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng): : 設(shè)濾波器的傳遞函數(shù)為設(shè)濾

44、波器的傳遞函數(shù)為H(f)，若給濾波器一單位階躍輸入，若給濾波器一單位階躍輸入u(t) 濾波器的輸出濾波器的輸出y(t)為：為： a) 無相角滯后，時移t0=0 b) 無相角滯后，時移t00 輸出響應(yīng)從零值（輸出響應(yīng)從零值（a點）到穩(wěn)定值點）到穩(wěn)定值A(chǔ)0（b點）需要一定的建立時間點）需要一定的建立時間（tb-ta）。）。式中式中 fc 為低通濾波器的截止頻率，也稱為濾波器的通頻帶。由為低通濾波器的截止頻率，也稱為濾波器的通頻帶。由上式可見，濾波器的通頻帶越寬，即上式可見，濾波器的通頻帶越寬，即fc 越大，則響應(yīng)的建立時越大，則響應(yīng)的建立時間間Te越小，即圖越陡峭。如果按理論響應(yīng)值的越小，即圖越陡

45、峭。如果按理論響應(yīng)值的0.10.9作為計作為計算建立時間的標準，則算建立時間的標準，則: 建立時間的意義：建立時間的意義： 輸入信號突變處必然包含有豐富的高頻分量，低通濾輸入信號突變處必然包含有豐富的高頻分量，低通濾波器阻擋住了高頻分量。波器阻擋住了高頻分量。 通帶越寬，衰減的高頻分量便越少，信號便有較多的通帶越寬，衰減的高頻分量便越少，信號便有較多的分量更快通過，因此導(dǎo)致較短的建立時間；反之則長。分量更快通過，因此導(dǎo)致較短的建立時間；反之則長。 低通濾波器對階躍響應(yīng)的建立時間低通濾波器對階躍響應(yīng)的建立時間Te和帶寬和帶寬B（即通頻帶（即通頻帶的寬度）成反比，即的寬度）成反比，即: 濾波器的帶

46、寬表示著它的頻率分辨力，通帶越窄則分辨濾波器的帶寬表示著它的頻率分辨力，通帶越窄則分辨力越高。濾波器的高分辨能力和測量時快速響應(yīng)的要求是力越高。濾波器的高分辨能力和測量時快速響應(yīng)的要求是相互矛盾的。當采用濾波器從信號中選取某一頻率成分時，相互矛盾的。當采用濾波器從信號中選取某一頻率成分時，就需要有足夠的時間。如果建立時間不夠，就會產(chǎn)生虛假就需要有足夠的時間。如果建立時間不夠，就會產(chǎn)生虛假的結(jié)果，而過長的測量時間也是沒有必要的。一般采用的結(jié)果，而過長的測量時間也是沒有必要的。一般采用BTe=510。 常數(shù)eBT4 4 實際濾波器實際濾波器 理想濾波器是不存在的，實際濾波器幅頻特理想濾波器是不存在

47、的，實際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒有嚴格界限性中通帶和阻帶間沒有嚴格界限, ,，存在過渡帶。，存在過渡帶。 0fA0ffc1fc2A00.707A01)1)截止頻率截止頻率fcfc：0.707A0.707A0 0所對應(yīng)的頻率所對應(yīng)的頻率 d2)2)紋波幅度紋波幅度d d：繞繞幅頻特性均值幅頻特性均值A(chǔ) A0 0波動值波動值3)3)帶寬帶寬B B和中心頻率和中心頻率f f0 0：下兩截頻間的頻率范圍下兩截頻間的頻率范圍稱為帶寬。稱為帶寬。帶寬決定濾波器分離信號相鄰頻率帶寬決定濾波器分離信號相鄰頻率成分的能力，即頻率分辨力。成分的能力，即頻率分辨力。 。 BQ=W0 / B5)5)倍頻程選擇性

48、倍頻程選擇性W W 指在上截止頻率指在上截止頻率fcfc2 2與與2fc2fc2 2之間幅頻特性的衰之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個倍頻程時的衰減量。減值，即頻率變化一個倍頻程時的衰減量。 5.4 信號的濾波信號的濾波 倍頻程衰減量以倍頻程衰減量以dB/octdB/oct表示（表示（Octave，倍頻，倍頻程）。衰減越快（即程）。衰減越快（即W W值越大），濾波器的選擇性值越大），濾波器的選擇性越好。越好。濾波器的中心頻率濾波器的中心頻率f f0 0 是指上下兩截止頻率的幾何平均值，是指上下兩截止頻率的幾何平均值，即即 通常用中心頻率通常用中心頻率f f0 0 來表示濾波器通頻帶在頻率域的

49、位置。來表示濾波器通頻帶在頻率域的位置。品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q Q 帶通濾波器中心頻率帶通濾波器中心頻率f f0 0與帶寬與帶寬 B B之比稱為濾波器之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)，又稱的品質(zhì)因數(shù)，又稱 Q Q值，即值，即 Q值越高，濾波器的頻率選擇性越好。例如中心頻率同為值越高，濾波器的頻率選擇性越好。例如中心頻率同為1000Hz1000Hz的兩個帶通濾波器，品質(zhì)因數(shù)分別為的兩個帶通濾波器，品質(zhì)因數(shù)分別為Q Q1 1=20=20，Q Q2 2=40=40，則對應(yīng)的則對應(yīng)的B B1 1=50Hz=50Hz，B B2 2=25Hz=25Hz，由于第二個濾波器的分辨力，由于第二個濾波器的分辨力比第一個濾波器

50、高，所以它比第一個頻率選擇性好。比第一個濾波器高，所以它比第一個頻率選擇性好。 濾波器因數(shù)（或矩形系數(shù)）濾波器因數(shù)（或矩形系數(shù)） 濾波器因數(shù)是濾濾波器因數(shù)是濾波器選擇性的另一種表示方式波器選擇性的另一種表示方式 ，它是利用濾波器，它是利用濾波器幅頻特性的幅頻特性的 -60dB帶寬與帶寬與-3dB帶寬的比值來衡量帶寬的比值來衡量濾波器選擇性，記作濾波器選擇性，記作 ，即，即 理想濾波器理想濾波器 =1，常用濾波器，常用濾波器 =15，顯然，顯然， 越接近于越接近于1，濾波器選擇性越好。，濾波器選擇性越好。三、濾波器三、濾波器1、RC低通濾波器低通濾波器 在測試系統(tǒng)中，常用在測試系統(tǒng)中，常用RCR

51、C濾波器。因為這一領(lǐng)濾波器。因為這一領(lǐng)域中信號頻率相對來說不高。而域中信號頻率相對來說不高。而RCRC濾波器電路簡濾波器電路簡單，抗干擾強，有較好的低頻性能，并且選用標單，抗干擾強，有較好的低頻性能，并且選用標準阻容元件準阻容元件 。 1) 1) 一階一階RCRC低通濾波器低通濾波器 電路的微分方程電路的微分方程 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) (令 RC= ) 對應(yīng)的頻率特性、幅頻特性、相頻特性分別為：對應(yīng)的頻率特性、幅頻特性、相頻特性分別為： 低通濾波器的上截止頻率低通濾波器的上截止頻率 2) 2) 一階一階RCRC高通濾波器高通濾波器 數(shù)學模型數(shù)學模型: 微分方程微分方程: 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)： 幅頻

52、特性：幅頻特性： 相頻特性：相頻特性： 高通濾波器的下載止頻率高通濾波器的下載止頻率Fc1=1/(2RC) 3) RC3) RC帶通濾波器帶通濾波器 可以看作為低通濾波器和高通濾波器的串聯(lián)可以看作為低通濾波器和高通濾波器的串聯(lián) 3）RC帶通濾波器帶通濾波器 傳遞函傳遞函數(shù)：數(shù)： 下截止頻率下截止頻率: 下截止頻率下截止頻率: 5.55.5 信號記錄裝置信號記錄裝置 表表5-1 給出了常見記錄裝置的性能一覽表給出了常見記錄裝置的性能一覽表記錄裝置名記錄裝置名稱稱自動平衡記自動平衡記錄器錄器X-Y記錄器記錄器筆式記錄儀筆式記錄儀光線示波器光線示波器磁帶記錄器磁帶記錄器陰極射線陰極射線,示波器示波器

53、照相照相概概 要要記錄精度較記錄精度較高，記高，記錄幅度錄幅度大，完大，完全直線全直線書寫書寫在平面上記在平面上記錄兩種錄兩種物理量物理量關(guān)系的關(guān)系的記錄器記錄器使用較廣操使用較廣操作方便作方便使用較廣，使用較廣，頻率響頻率響應(yīng)好，應(yīng)好，多線化多線化容易容易靈活性大，靈活性大，頻率響頻率響應(yīng)好，應(yīng)好，多線化多線化很容易很容易頻帶寬，操頻帶寬，操作復(fù)雜作復(fù)雜主要用途主要用途各種物理量各種物理量的長時的長時間記錄間記錄特性曲線自特性曲線自動記錄動記錄同時記錄變同時記錄變化頻率化頻率較低的較低的現(xiàn)象現(xiàn)象同時記錄變同時記錄變 化頻率化頻率較高較高 的的現(xiàn)象現(xiàn)象同時記錄高同時記錄高低頻現(xiàn)低頻現(xiàn)象，暫象，

54、暫態(tài)過程態(tài)過程記錄瞬態(tài)過記錄瞬態(tài)過程程記錄單元名記錄單元名稱稱伺服機構(gòu)伺服機構(gòu)伺服機構(gòu)伺服機構(gòu)筆式檢流計筆式檢流計振子振子磁頭磁頭熒光屏熒光屏記錄方式記錄方式墨水記錄墨水記錄 圓珠筆圓珠筆記錄記錄墨水記錄墨水記錄.圓珠筆圓珠筆記錄記錄墨水、熱筆墨水、熱筆放電、放電、插削記插削記錄錄直記式直記式.顯顯定影式定影式磁化現(xiàn)象磁化現(xiàn)象照相或存貯照相或存貯記錄裝置名記錄裝置名稱稱自動平衡記自動平衡記錄器錄器X-Y記錄器記錄器筆式記錄儀筆式記錄儀光線示波器光線示波器磁帶記錄器磁帶記錄器陰極射線陰極射線,示示波器照相波器照相主主要要參參數(shù)數(shù)工作頻工作頻帶帶(最高最高點點)1Hz滿幅滿幅1 s30100Hz5

55、kHz(最高最高超過超過10k Hz)4080 kHz (最高最高400 kHz)0100MHz或微秒級瞬或微秒級瞬變變振幅精振幅精度度0.25%同左同左2%2%25%取決于定標取決于定標精度精度靈敏度靈敏度110mv/滿幅滿幅10mv/滿幅滿幅0.52.5mm/mA(檢流計檢流計)1.5*105mm/mA.m-線線 數(shù)數(shù)1312112達達60達達5612記錄帶記錄帶速度速度2cm/h50cm/min-125cm/s25cm/min200cm/s2.38305cm/s-記錄幅記錄幅寬寬150250mm縱橫縱橫250mm40mm左右左右100mm左左右右-輸入阻輸入阻抗抗不平衡時不平衡時100k

56、以上以上同左同左約約4k10200100k左右左右-5.5.15.5.1 筆式記錄儀筆式記錄儀 筆式記錄儀實際上是在指針式電表的基礎(chǔ)上，把指針換成記筆式記錄儀實際上是在指針式電表的基礎(chǔ)上，把指針換成記錄筆或在指針的尖端裝有筆而成。分可動線圈式、可動鐵芯錄筆或在指針的尖端裝有筆而成。分可動線圈式、可動鐵芯式和感應(yīng)式幾種。筆式記錄儀結(jié)構(gòu)簡單，指示與記錄能同時式和感應(yīng)式幾種。筆式記錄儀結(jié)構(gòu)簡單，指示與記錄能同時進行。但其靈敏度較低。因此，這種記錄儀只適合于長時間進行。但其靈敏度較低。因此，這種記錄儀只適合于長時間慢變化信號，要求指示與記錄同時進行的場合。慢變化信號，要求指示與記錄同時進行的場合。5.

57、5.2 5.5.2 光線示波器光線示波器 光線示波器是一種由光學、機械、磁、電系統(tǒng)綜合組光線示波器是一種由光學、機械、磁、電系統(tǒng)綜合組成的通用記錄儀器。它利用磁電式振動子將輸入的電流信成的通用記錄儀器。它利用磁電式振動子將輸入的電流信號轉(zhuǎn)換成光點的橫向移動，號轉(zhuǎn)換成光點的橫向移動， 然后在等速移動的感光紙上將然后在等速移動的感光紙上將被測信號記錄下來。被測信號記錄下來。 5.5.3 5.5.3 磁帶記錄器磁帶記錄器 磁帶記錄器是利用鐵磁性材料的磁化進行記錄的儀器磁帶記錄器是利用鐵磁性材料的磁化進行記錄的儀器, , 按信號記錄方式磁帶記錄分按信號記錄方式磁帶記錄分: :數(shù)字式（數(shù)字式（PCMPC

58、M方式方式） 模擬式模擬式模擬記錄方式模擬記錄方式: : 直接記錄（直接記錄（DRDR方式方式） 頻率調(diào)制（頻率調(diào)制（FMFM方式方式） 磁帶記錄儀磁帶記錄儀結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶它的，便于攜帶它的記錄頻帶寬（記錄頻帶寬（0 02MHz2MHz），），存儲存儲信息密度大信息密度大，且，且穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好，易于，易于多路記錄多路記錄，并可，并可長期保存長期保存，便于復(fù)制便于復(fù)制，磁介質(zhì)可多次使用磁介質(zhì)可多次使用，對環(huán)境（溫度和濕度）不敏感對環(huán)境（溫度和濕度）不敏感，抗干擾能力強抗干擾能力強，記，記錄的信號能錄的信號能多次反復(fù)重放多次反復(fù)重放。重放速度可與記錄速度不同，實現(xiàn)對信號的。重放速度可

59、與記錄速度不同，實現(xiàn)對信號的時間壓縮和擴展時間壓縮和擴展。磁帶記錄儀。磁帶記錄儀十分昂貴十分昂貴，仍得到廣泛使用。，仍得到廣泛使用。1 1工作原理工作原理磁帶記錄儀主要由如下三部分組成：磁帶記錄儀主要由如下三部分組成： 1 1）磁帶）磁帶 堅韌的塑料薄帶，厚約堅韌的塑料薄帶，厚約50m50m，寬有，寬有6.3mm6.3mm、12.7mm12.7mm和和25.4mm25.4mm等幾種。磁帶傳動機構(gòu)包括電動機、驅(qū)動等幾種。磁帶傳動機構(gòu)包括電動機、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)等。該機構(gòu)的主要作用是保證磁帶按一定機構(gòu)和控制機構(gòu)等。該機構(gòu)的主要作用是保證磁帶按一定的線速度在磁頭上平穩(wěn)運動，以實現(xiàn)信號的記錄和重放。

60、的線速度在磁頭上平穩(wěn)運動，以實現(xiàn)信號的記錄和重放。 2 2）磁頭）磁頭 磁頭是一種磁電換能器，它包括記錄磁頭、重放磁磁頭是一種磁電換能器，它包括記錄磁頭、重放磁頭和消磁磁頭。頭和消磁磁頭。3)3)記錄放大器和重放放大器記錄放大器和重放放大器 記錄放大器是將輸入信號放大，記錄放大器是將輸入信號放大，并將它轉(zhuǎn)換成最適于磁記錄的形式供給記錄磁頭；重放放并將它轉(zhuǎn)換成最適于磁記錄的形式供給記錄磁頭；重放放大器是將重放磁頭檢測到的信號放大，并將它轉(zhuǎn)換成所需大器是將重放磁頭檢測到的信號放大，并將它轉(zhuǎn)換成所需的形式后輸出的形式后輸出工作過程：工作過程：磁帶記錄儀的工作過程實質(zhì)上就是進行電磁和磁電轉(zhuǎn)換的磁帶記錄