工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)(第五章信號(hào)調(diào)理)

第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)本章學(xué)習(xí)要求：1.了解模擬信號(hào)放大電路原理2.了解信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理3.了解信號(hào)濾波器工作原理信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。

5.1信號(hào)調(diào)理的目的

第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)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。

5.2信號(hào)放大

第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)分類(lèi)放大器直流放大器交流放大器電荷放大器直流電橋特點(diǎn)交流電橋低頻保留,高頻截止高頻保留,低頻截止1直流放大電路

5.2信號(hào)放大電路

電壓增益:1)反相放大器

反饋電阻RF值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源Ui的內(nèi)阻。煙霧報(bào)警器酒精傳感器二氧化碳傳感器2)同相放大器

5.2信號(hào)放大電路

同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。

同相放大器也是最基本的電路，其閉環(huán)電壓增益Av為:2交流放大電路

5.2信號(hào)放大電路

R1一般取幾十千歐。耦合電容C1、C3可根據(jù)交流放大器的下限頻率fL來(lái)確定。

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。

3直流電橋5.2信號(hào)放大電路

●平衡條件VER1R3R2R45.2信號(hào)放大電路

令：5.2信號(hào)放大電路

4交流電橋電感電容傳感器傳感器●平衡條件5.2信號(hào)放大電路

電橋的接法：?jiǎn)伪?/p>

半橋全橋5電荷放大器5.2信號(hào)放大電路

F+第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)5.3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(wèn)題。

第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)

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?gòu)姆糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。例：交流電橋VinVoR1R3R2R45.3調(diào)制與解調(diào)2種類(lèi)調(diào)制信號(hào)x(t)0t載波信號(hào)z(t)0t5.3調(diào)制與解調(diào)a)幅度凋制(AM)b)頻率調(diào)制(FM)c)相位調(diào)制(PM)5.3調(diào)制與解調(diào)3幅度調(diào)制

調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱(chēng)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)5.3調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（波形分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)5.3調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（頻譜分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)5.3調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（數(shù)學(xué)分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)5.3調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)：同步調(diào)治與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

上述調(diào)制方法，將信號(hào)x(t)直接與載波z(t)相乘．這種調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)時(shí)必須再乘與z(t)相位相同的z’(t)方能復(fù)原出原信號(hào)，故稱(chēng)同步解調(diào)．

5.3調(diào)制與解調(diào)非抑制調(diào)幅若對(duì)信號(hào)x(t)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量D，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓。5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅5.3調(diào)制與解調(diào)解調(diào)二極管檢波低通濾波5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的波形失真a）過(guò)調(diào)失真：對(duì)于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發(fā)生180。5.3調(diào)制與解調(diào)b)重疊失真：調(diào)幅波是由一對(duì)每邊為fm的雙邊帶信號(hào)組成．當(dāng)載波頻率fz較低時(shí)，正頻端的下邊帶將與負(fù)頻端的下邊帶相重疊．要求:fz＞fm

5.3調(diào)制與解調(diào)動(dòng)手做：用個(gè)人測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、波形運(yùn)算器等軟件芯片，設(shè)計(jì)一個(gè)非抑制調(diào)幅與解調(diào)系統(tǒng)。5.3調(diào)制與解調(diào)4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(shuō)，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.5.3調(diào)制與解調(diào)5.3調(diào)制與解調(diào)鑒頻：T1T2T3T4F5.3調(diào)制與解調(diào)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5.3調(diào)制與解調(diào)案例：旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭距測(cè)量5.3調(diào)制與解調(diào)案例：鐵路機(jī)車(chē)調(diào)度信號(hào)檢測(cè)調(diào)制頻率8.5Hz，綠燈調(diào)制頻率23.5Hz，紅燈5.3信號(hào)的濾波

第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分．第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)1濾波器分類(lèi)（根據(jù)濾波器的選頻作用分）

低通高通第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)帶通帶阻2濾波器的串/并聯(lián)

低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類(lèi)型的濾波器。5.3信號(hào)的濾波

3理想濾波器

理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號(hào)的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器。5.3信號(hào)的濾波

fcH(f)fQ(f)理想濾波器的物理不可實(shí)現(xiàn)

理想濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t）為sinc函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無(wú)限延伸。給理想濾波器一個(gè)脈沖激勵(lì)，在t=0時(shí)刻單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(shí)現(xiàn)。5.3信號(hào)的濾波

fcH(f)4實(shí)際濾波器

理想濾波器是不存在的，實(shí)際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒(méi)有嚴(yán)格界限,，存在過(guò)渡帶。

5.3信號(hào)的濾波

0fA5.3信號(hào)的濾波

0ffc1fc2A00.707A01)截止頻率fc：0.707A0所對(duì)應(yīng)的頻率．

d2)紋波幅度d：繞幅頻特性均值A(chǔ)0波動(dòng)值3)帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q：下兩截頻間的頻率范圍稱(chēng)為帶寬。中心頻率和帶寬之比稱(chēng)為品質(zhì)因數(shù)。BQ=W0/B4)倍頻程選擇性W指在上截止頻率fc2與2fc2之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)的衰減量。

5.3信號(hào)的濾波

倍頻程衰減量以dB/oct表示（Octave，倍頻程）。衰減越快（即W值越大），濾波器的選擇性越好。5恒帶寬、恒帶寬比濾波器

實(shí)際濾波器頻率通帶通常是可調(diào)的，根據(jù)實(shí)際濾波器中心頻率與帶寬之問(wèn)的數(shù)值關(guān)系，可以分為兩種。5.3信號(hào)的濾波

2)恒帶寬比帶通濾波器

1)恒帶寬帶通濾波器

5.3信號(hào)的濾波

1/3倍頻程濾波器若使每一頻帶的上限頻率比下限頻率高一倍，即頻率之比為2，這樣劃分的每一個(gè)頻程稱(chēng)1倍頻程，簡(jiǎn)稱(chēng)倍頻程。如果在一個(gè)倍頻程的上、下限頻率之間再插入兩個(gè)頻率，使4個(gè)頻率之間的比值相同（相鄰兩頻率比值=1.26倍）。這樣將一個(gè)倍頻程劃分為3個(gè)頻程，稱(chēng)這種頻程為1／3倍頻程。

6RC無(wú)源濾波器

在測(cè)試系統(tǒng)中，常用RC濾波器。因?yàn)檫@一領(lǐng)域中信號(hào)頻率相對(duì)來(lái)說(shuō)不高。而RC濾波器電路簡(jiǎn)單，抗干擾強(qiáng)，有較好的低頻性能，并且選用標(biāo)準(zhǔn)阻容元件。

1)一階RC低通濾波器

5.3信號(hào)的濾波

5.3信號(hào)的濾波

2)一階RC高通濾波器

5.3信號(hào)的濾波

3)RC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)

5.3信號(hào)的濾波

產(chǎn)品5.3信號(hào)的濾波

LineDa:LTC1564MAXIM:MAX74xx5.3信號(hào)的濾波

2.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

6濾波器的應(yīng)用超門(mén)限報(bào)警

案例：旅游索道鋼纜檢測(cè)5.3信號(hào)的濾波

由案例提煉的典型實(shí)驗(yàn)：鋼管無(wú)損探傷濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門(mén)限報(bào)警5.3信號(hào)的濾波

案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理

5.3信號(hào)的濾波

案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理濾除信號(hào)中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運(yùn)動(dòng)規(guī)律

5.3信號(hào)的濾波

動(dòng)手做：調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)mp3播放器