機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)課件-第三版-第四章

機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)課件_第三版_第四章第一頁，共48頁。第一節(jié)電橋一、直流電橋換電橋是將電阻、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量電路，由于橋式測量電路簡單可靠，而且具有很高的精度和靈敏度，因此在測量裝置中被廣泛采用。電橋按其所采用的激勵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)。第二頁，共48頁。第一節(jié)電橋一、直流電橋換在測試中常用的電橋連接形式有：單臂電橋連接、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4-2第三頁，共48頁。第一節(jié)電橋一、直流電橋換在測試中常用的電橋連接形式有：單臂電橋連接、半橋連接與全橋連接。懸臂梁測力的電橋接法如圖4-3所示圖4-3第四頁，共48頁。第一節(jié)電橋一、直流電橋換在測試中常用的電橋連接形式有：單臂電橋連接、半橋連接與全橋連接。柱形梁測力的電橋接法如圖4-4所示。圖4-4第五頁，共48頁。第一節(jié)電橋一、直流電橋換在測試中常用的電橋連接形式有：單臂電橋連接、半橋連接與全橋連接。使用電橋電路時，還需要調(diào)節(jié)零位平衡，如圖4-5所示。圖4-5第六頁，共48頁。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)電橋二、交流電橋換圖4-6第七頁，共48頁。圖4-7是一種常用電容電橋。

第一節(jié)電橋二、交流電橋換圖4-7第八頁，共48頁。圖4-8是一種常用的電感電橋。第一節(jié)電橋二、交流電橋換圖4-8第九頁，共48頁。電阻交流電橋的分布電容如圖4-9所示。第一節(jié)電橋二、交流電橋換圖4-9第十頁，共48頁。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)電橋二、交流電橋換圖4-10第十一頁，共48頁。用于電感比較儀中的電橋如圖4-11a所示。第一節(jié)電橋三、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)耦合的兩個繞組作為橋臂而組成的電橋，一般有兩種形式。圖4-11第十二頁，共48頁。第一節(jié)電橋三、帶感應(yīng)耦合臂的電橋另一種電橋形式如圖4-11b所示。圖4-11第十三頁，共48頁。第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制是指利用某種低頻信號來控制或改變一高頻振蕩信號的某個參數(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的幅值時，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的頻率時，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的相位時，稱為相位調(diào)制或調(diào)相。（高頻振蕩信號為載波，控制高頻振蕩的低頻信號為調(diào)制信號，調(diào)制后的高頻振蕩信號為已調(diào)制信號）解調(diào)是指從已調(diào)制信號中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號的過程。調(diào)制與解調(diào)是一對相反的信號變換過程，在工程上經(jīng)常結(jié)合在一起使用。第十四頁，共48頁。1.幅值調(diào)制第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)一、幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制是將一個高頻載波信號（此處采用余弦波）與被測信號（調(diào)制信號）相乘，使高頻信號的幅值隨被測信號的變化而變化。幅值調(diào)制如圖4-12所示。圖4-12第十五頁，共48頁。2.調(diào)幅信號的頻域分析第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)一、幅值調(diào)制與解調(diào)一個函數(shù)與單位脈沖函數(shù)卷積的結(jié)果是：將這個函數(shù)的波形由坐標(biāo)原點平移至該脈沖函數(shù)處。調(diào)頻信號的頻譜如圖4-13所示。圖4-13第十六頁，共48頁。3.調(diào)幅信號的解調(diào)方法第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)一、幅值調(diào)制與解調(diào)（1）同步調(diào)節(jié)若把調(diào)幅波再次與原載波信號相乘，則頻域的頻譜圖形將再一次進行“搬家”，氣息結(jié)果是使原信號的頻譜圖形平移到0和±2f0的頻率處。同步解調(diào)，如圖4-14所示。圖4-14第十七頁，共48頁。3.調(diào)幅信號的解調(diào)方法第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)一、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)制信號加足夠直流偏置的的調(diào)幅波如圖4-15所示。圖4-15第十八頁，共48頁。3.調(diào)幅信號的解調(diào)方法第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)一、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電壓都位于零位的同一側(cè)：那么對調(diào)幅的波形只進行簡單的整流濾波便不能回復(fù)原調(diào)制信號，而會造成失真。調(diào)制信號直流偏置不夠時，如圖4-16所示。圖4-16第十九頁，共48頁。3.調(diào)幅信號的解調(diào)方法第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)一、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。其特點是可以鑒別調(diào)制信號的極性，所以采用相敏檢波時，對調(diào)制信號不必再直流偏置。第二十頁，共48頁。3.調(diào)幅信號的解調(diào)方法第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)一、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4-17第二十一頁，共48頁。3.調(diào)幅信號的解調(diào)方法第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)一、幅值調(diào)制與解調(diào)動態(tài)電阻應(yīng)變儀可作為電橋調(diào)幅與相敏檢波的典型實例，如圖4-18所示。圖4-18第二十二頁，共48頁。1.頻率調(diào)制的基本概念第二節(jié)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)制信號控制高頻載波信號頻率變化的過程。圖4-19調(diào)制信號為三角波時的調(diào)頻信號波形。第二十三頁，共48頁。2.頻率調(diào)制方法第二節(jié)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現(xiàn)，如圖4-20所示，圖4-20第二十四頁，共48頁。3.調(diào)頻信號的解調(diào)第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)二、頻率調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻信號的解調(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)頻器工作原理第二十五頁，共48頁。第三節(jié)濾波器一、概述濾波是指讓被測信號中的有效成分通過：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4-22第二十六頁，共48頁。第三節(jié)濾波器二、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4-23第二十七頁，共48頁。第三節(jié)濾波器三、實際濾波電路最簡單的低通和高通濾波器可由一個電阻和一個電容組成，圖4-25a和b中分別示出了RC低通和高通濾波器。圖4-25第二十八頁，共48頁。第三節(jié)濾波器三、實際濾波電路一階RC濾波器在過渡帶內(nèi)的衰減速率非常慢，每個倍頻只有6dB，如圖4-27所示。圖4-27第二十九頁，共48頁。第三節(jié)濾波器三、實際濾波電路圖4-28中給出了一些LC濾波器的構(gòu)成方法。第三十頁，共48頁。第三節(jié)濾波器三、實際濾波電路通過采用多個RC環(huán)節(jié)或LC環(huán)節(jié)級聯(lián)方式，可以使濾波器的性能有顯著的提高，如圖4-29所示。第三十一頁，共48頁。第三節(jié)濾波器三、實際濾波電路將濾波器網(wǎng)絡(luò)與遠算放大器結(jié)合時構(gòu)造有源濾波器電路的基本方法。如圖4-30所示。第三十二頁，共48頁。第三節(jié)濾波器四、帶通濾波器在信號頻率分析中的應(yīng)用1.多路濾波器的并聯(lián)形式多路帶通濾波器并聯(lián)常用于信號的頻譜分析和信號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4-32所示。第三十三頁，共48頁。第三節(jié)濾波器四、帶通濾波器在信號頻率分析中的應(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帶寬是常數(shù)，即第三十四頁，共48頁。第三節(jié)濾波器四、帶通濾波器在信號頻率分析中的應(yīng)用1.多路濾波器的并聯(lián)形式（2）恒帶寬濾波器。恒帶寬濾波器是指濾波器的絕對帶寬為常數(shù)。第三十五頁，共48頁。第三節(jié)濾波器四、帶通濾波器在信號頻率分析中的應(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)或者外信號調(diào)節(jié)。圖4-35掃描式頻率分析儀框圖第三十六頁，共48頁。第四節(jié)信號的放大一、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4-36第三十七頁，共48頁。第四節(jié)信號的放大一、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前串接一級射極跟隨器，如圖4-37所示。圖4-37第三十八頁，共48頁。第四節(jié)信號的放大二、儀器放大器圖4-38示出一種在小信號放大中廣泛使用的儀器放大器電路，它由三個運算放大器組成。圖4-38第三十九頁，共48頁。第四節(jié)信號的放大二、儀器放大器

INA114是一個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4-39第四十頁，共48頁。第四節(jié)信號的放大二、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4-40第四十一頁，共48頁。第四節(jié)信號的放大二、儀器放大器圖4-40b為熱電偶信號的放大電路。圖4-40第四十二頁，共48頁。第四節(jié)信號的放大二、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例如圖4-41所示。圖4-41第四十三頁，共48頁。第四節(jié)信號的放大三、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所示的簡單電路來說明，它是一種可編程增益的反相放大器。圖4-42第四十四頁，共48頁。第五節(jié)測試信號的顯示與記錄一、信號的顯示2.數(shù)字示波器數(shù)字示波器是隨著數(shù)字電子與計算機技術(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