zl-第五章 信號(hào)調(diào)理處理和記錄

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)理的目的

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。

2.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。3.某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。

第五章信號(hào)調(diào)理、處理和記錄第五章信號(hào)調(diào)理、處理和記錄

§1電橋

§2調(diào)制與解調(diào)

§3濾波器

§4放大器§5

信號(hào)的指示和記錄裝置返回§1電橋電橋:是將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測(cè)量電路。分類：

按激勵(lì)電壓的性質(zhì):

直流電橋交流電橋按輸出方式:

不平衡橋式電路平衡橋式電路目錄一、直流電橋

1、平衡條件為直流電源要使電橋平衡，輸出為零，應(yīng)滿足為輸出電壓上頁目錄2、輸出特性（1）半橋單臂接法

輸出電壓為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，取相鄰兩橋臂電阻相等，即若，則輸出電壓因，所以上頁目錄可見，電橋的輸出與激勵(lì)電壓成正比，且在條件下，與成正比。靈敏度上頁目錄（2）半橋雙臂接法輸出靈敏度與半橋單臂相比，靈敏度提高了一倍，電橋的輸出與成完全線性關(guān)系。（注意：一般兩個(gè)應(yīng)變片異號(hào)，放置在相鄰的兩個(gè)橋臂上。）（3）全橋接法當(dāng)輸出靈敏度上頁目錄電橋加減特性上述電橋是在不平衡條件下工作的，它的缺點(diǎn)是當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定，或環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起電橋輸出的變化，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此，在某些情況下采用平衡電橋。3、平衡電橋設(shè)被測(cè)量等于零時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，此時(shí)指示儀表G及可調(diào)電位器H指零。當(dāng)某一橋臂隨被測(cè)量變化時(shí)，電橋失去平衡，調(diào)節(jié)電位器H，改變電阻R5觸點(diǎn)位置，可使電橋重新平衡，電表G指針回零。電位器H上的標(biāo)度與橋臂電阻值的變化成比例，故H的指示值可以直接表達(dá)被測(cè)量的數(shù)值。上頁目錄4.電橋加減特性的使用

進(jìn)行溫度補(bǔ)償,增加測(cè)試的精度.

從復(fù)合受力中提取某一單一力可以提高系統(tǒng)靈敏度.二、交流電橋交流電橋采用交流激勵(lì)電壓。電橋的四個(gè)臂可為電感、電容或電阻。電橋平衡條件把各阻抗用指數(shù)式表示代入上式上頁目錄阻抗角是各橋臂電流與電壓之間的相位差。純電阻時(shí)電流與電壓同相位，φ=0；電感性阻抗，φ>0；電容性阻抗，φ<0。上頁目錄電橋平衡必須滿足兩個(gè)條件其中，為各阻抗的模；為阻抗角。

電容傳感器電感傳感器電阻傳感器上頁目錄例子：P84習(xí)題5－1第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)1目的解決微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)的傳輸問題。

微弱的緩變信號(hào)采用直流放大器放大，將會(huì)受到零點(diǎn)漂移的影響。當(dāng)漂移信號(hào)大小接近或超過被測(cè)信號(hào)時(shí)，經(jīng)過逐級(jí)放大后，被測(cè)信號(hào)會(huì)被零點(diǎn)漂移淹沒；

先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信號(hào)中去，然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最后再從放大器的輸出信號(hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。2種類調(diào)制信號(hào)x(t)0t載波信號(hào)z(t)0ta)幅度調(diào)制(AM)b)頻率調(diào)制(FM)c)相位調(diào)制(PM)3幅度調(diào)制

調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)試信號(hào)相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化．緩變信號(hào)調(diào)制高頻信號(hào)放大放大高頻信號(hào)解調(diào)放大緩變信號(hào)為了減小信號(hào)頻率混疊、失真，必須遵循香農(nóng)定理。香農(nóng)定理：

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(hào)最高頻率。常見調(diào)幅器件：交流電橋霍爾元件4、解調(diào)（1）同步解調(diào)把調(diào)幅波再次與原載波信號(hào)相乘后，用一個(gè)低通濾波器濾去高頻成分，這樣就可以得到原始信號(hào),但其幅值減小了一半，這一過程稱為同步解調(diào)。“同步”指解調(diào)時(shí)所乘的信號(hào)與調(diào)制時(shí)的載波信號(hào)具有相同的頻率和相位。x(t)乘法器低通載波y(t)調(diào)幅波需要性能良好的線性乘法器件。（2）包絡(luò)檢波和相敏檢波

把調(diào)制信號(hào)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量A，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓，那么調(diào)幅波的包絡(luò)線將具有原調(diào)制信號(hào)的形狀。偏置電壓不夠大

偏置電壓足夠大

把該調(diào)幅波簡(jiǎn)單地整流、濾波就可恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。如果原調(diào)制信號(hào)中有直流分量，則在整流后應(yīng)準(zhǔn)確地減去所加的偏置電壓。若所加的偏置電壓未能使信號(hào)電壓都在零線的一側(cè)，則對(duì)調(diào)幅波簡(jiǎn)單地整流不能恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。相敏檢波技術(shù)可解決此問題。（3）、相敏檢波A54123BCd....上頁目錄工作原理：調(diào)幅波與載波y(t)同相：取調(diào)幅波上半部分（原信號(hào)x(t)為正）調(diào)幅波與載波y(t)異相：取調(diào)幅波下半部分（原信號(hào)x(t)為負(fù)）上頁目錄動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀上頁目錄5頻率調(diào)制

調(diào)頻是利用信號(hào)x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.鑒頻：T1T2T3T4F1、調(diào)頻方法——LC調(diào)諧振蕩器

2、解調(diào)頻——鑒頻思路：調(diào)頻波調(diào)頻調(diào)幅波調(diào)制信號(hào)

包絡(luò)檢波＋低通濾波變壓器耦合優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。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20倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因?yàn)轭l率調(diào)制足一種非線性調(diào)制。因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)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要表現(xiàn)在振幅之中．

缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜第三節(jié)濾波器一、概述1、作用： ①進(jìn)行頻譜分析

②濾除干擾噪聲2、分類

①低通濾波器按選頻作用分②高通濾波器

③帶通濾波器

④帶阻濾波器

①RC諧振濾波器按構(gòu)成元件類型分:②LC諧振濾波器

③晶體諧振濾波器按構(gòu)成電路性質(zhì)分:①有源濾波器

②無源濾波器按所處理的信號(hào)信號(hào)分:①模擬濾波器

②數(shù)字濾波器上頁目錄二、理想濾波器若濾波器的頻率響應(yīng)H(f)滿足條件則稱為理想低通濾波器。其他脈沖響應(yīng)函數(shù)在頻域?yàn)榫匦未昂瘮?shù)的“理想”低通濾波器的時(shí)域脈沖響應(yīng)函數(shù)是sinc函數(shù)。如無相角滯后，即t=0，則h(t)具有對(duì)稱的圖形。理想濾波器是不能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閔(t)是濾波器在δ(t)作用下的輸出，其圖形卻表明，在輸入δ(t)到來之前，即t<0,濾波器就有了與輸入相對(duì)應(yīng)的輸出。顯然，這違背了因果關(guān)系，任何現(xiàn)實(shí)的濾波器不可能有這種預(yù)知未來的能力，所以理想低通濾波器是不可能存在的?？梢酝普?，理想的高通、帶通、帶阻濾波器都是不存在的。三、實(shí)際RC調(diào)諧式濾波器（一）基本參數(shù)1、紋波幅度d

波動(dòng)幅度d與幅頻特性的平均值相比，越小越好，一般應(yīng)遠(yuǎn)小于-3dB，即

2、截止頻率

3、帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q值上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬B。中心頻率和帶寬B之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。帶寬決定著濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力——頻率分辨力4、倍頻程選擇性在兩截止頻率外側(cè)實(shí)際濾波器有一個(gè)過渡帶。這個(gè)過渡帶的幅頻曲線傾斜程度決定著濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰阻的能力。倍頻程選擇性是指在上截止頻率與2之間，或者在下截止頻率與/2之間幅頻特性的衰減量。5、濾波器因數(shù)λ

濾波器選擇性還有另一種表示方法，就是用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬與-3dB帶寬的比值:理想濾波器，通常使用的濾波器（二）RC調(diào)諧式濾波器的基本特性1、一階RC低通濾波器電路的微分方程式：令τ=RC，稱時(shí)間常數(shù)。傳遞函數(shù)1o、當(dāng)時(shí)，A(f)=1,φ(f)-f近似于一條通過原點(diǎn)的直線。此時(shí)，RC低通濾波器是一個(gè)不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。2o、當(dāng)時(shí)，，即

表明，RC值決定著上截止頻率。3o、當(dāng)時(shí)，輸出與輸入的積分成正比，即此時(shí)，RC低通濾波器起著積分器的作用。2、RC高通濾波器微分方程式令RC=τ，則傳遞函數(shù)1o、當(dāng)時(shí)，濾波器的-3dB截止頻率為2o、當(dāng)時(shí)，；

RC高通濾波器可視為不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。3o、當(dāng)時(shí)，輸出與輸入的微分成正比，

RC高通濾波器起著微分器的作用。3、RC帶通濾波器帶通濾波器可看成是低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成。串聯(lián)所得的帶通濾波器以原高通濾波器的截止頻率為下截止頻率，即其上截止頻率為原低通的截止頻率，即分別調(diào)節(jié)高、低通環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)（及），就可得到不同的上、下截止頻率和帶寬的帶通濾波器。注意：當(dāng)?shù)屯V波器和高通濾波器串聯(lián)時(shí)，應(yīng)消除兩級(jí)間的負(fù)載效應(yīng)。實(shí)際上常用運(yùn)放進(jìn)行兩級(jí)間隔離。四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器

上頁目錄（一）恒帶寬比濾波器帶寬比

常說的倍頻程或1/3倍頻程濾波器就是恒帶寬比濾波器。若一個(gè)帶通濾波器的低端截止頻率為，高端截止頻率為，則其關(guān)系為：,n稱為倍頻程數(shù)。濾波器中心頻率恒帶寬比濾波器的頻率分辨力在低頻段較好，在高頻段則甚差。

（二）恒帶寬濾波器Ｂ＝常數(shù)恒帶寬濾波器在所有頻段都具有同樣良好的頻率分辨力。1基本放大器

許多集成運(yùn)放的功能電路都是在反相和同相兩種放大電路的基礎(chǔ)上組合和演變而來的。

電壓增益:1)反相放大器

反相放大器的輸入電阻近似為R1，其輸出電阻趨于零。

第四節(jié)

信號(hào)放大

2)同相放大器

同相放大器具有輸入電阻為無限大，而輸出電阻仍趨于零的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。

電壓跟隨器：在測(cè)試系統(tǒng)中常用作阻抗變換器。把具有高輸出阻抗的電路和低輸入阻抗的電路連接起來。二、測(cè)量放大器（儀表放大器）

具有很高共模抑制比，高增益、低噪聲、高輸入阻抗的放大器，也稱儀表放大器。

Al、A2為兩個(gè)性能一致運(yùn)放，A3工作于差動(dòng)放大方式，作用是進(jìn)一步抑制A1、A2的共模信號(hào)。對(duì)于電阻橋或熱電偶后續(xù)的放大常采用儀表放大器

在熱電偶和電阻橋的應(yīng)用中，差模電壓總是相當(dāng)小（幾毫伏到十幾毫伏），而兩個(gè)輸入端輸入的同極性、同幅值的電壓約為2.5V，還有對(duì)測(cè)量無用的共模分量，所以理想的儀表放大器應(yīng)該放大輸入端兩信號(hào)的差值，任何共模分量都必須被抑制。目前已開發(fā)出各種高質(zhì)量的單片集成測(cè)量放大器，通常只需外接電阻，用于設(shè)定增益。特點(diǎn)是外接元件少，使用靈活，能夠處理幾微伏到幾伏的電壓信號(hào)。交流放大電路

若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交流電壓同相放大器。其中電容C1、C2及C3為隔直電容。

第五節(jié)信號(hào)的指示和記錄裝置

上頁目錄一、筆式記錄儀二、光線示波器三、磁帶記錄器一、筆式記錄儀

二、光線示波器三、磁帶記錄器

磁帶記錄按照信號(hào)記錄方式可分 數(shù)字式DV的磁帶 模擬式錄音機(jī)磁帶

四、數(shù)字式LED顯示記錄裝置

五、液晶顯示器(LCD)

六、圖像顯示器陰極射線