機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章課件

第一節(jié)電橋電路一.直流電橋1.直流電橋工作原理

第四章信號(hào)調(diào)理與記錄2.直流電橋平衡條件第一節(jié)電橋電路13.直流電橋工作特性3.直流電橋工作特性21）半橋單臂令

則令則32）半橋雙臂令

則2）半橋雙臂令則43）全橋令

則3）全橋令則5結(jié)論（電橋的和差特性）：*相鄰臂符號(hào)同，輸出為兩半臂各自輸出之差；相鄰臂符號(hào)反，輸出為兩半臂各自輸出之和。*和差性質(zhì)的應(yīng)用例：溫度補(bǔ)償；應(yīng)變測(cè)力組橋結(jié)論（電橋的和差特性）：64.電橋零位平衡調(diào)節(jié)4.電橋零位平衡調(diào)節(jié)7二.交流電橋1.平衡條件二.交流電橋82.幾種交流電橋1）電容電橋平衡條件2.幾種交流電橋92）電感電橋平衡條件：3）純電阻交流電橋2）電感電橋103.交流電橋的平衡裝置3.交流電橋的平衡裝置11三.帶感應(yīng)耦和臂的電橋三.帶感應(yīng)耦和臂的電橋12

第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)1.調(diào)制定義2.調(diào)制方式：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相3.解調(diào)定義

13一.調(diào)幅及其解調(diào)1.調(diào)幅原理載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)已調(diào)制波一.調(diào)幅及其解調(diào)載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)已調(diào)制波142.解調(diào)*解調(diào)方式：同步解調(diào)、整流解調(diào)、相敏解調(diào)1）同步解調(diào)（1）方法：將調(diào)制波與原載波信號(hào)相乘，從中濾去高頻分量。2.解調(diào)15（2）時(shí)、頻域分析（2）時(shí)、頻域分析162）整流解調(diào)2）整流解調(diào)173）相敏解調(diào)原理3）相敏解調(diào)原理18機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件19機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件20機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件21機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件22機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件23相敏解調(diào)器的應(yīng)用例相敏解調(diào)器的應(yīng)用例24二.調(diào)頻及其解調(diào)1.調(diào)頻1）定義2）調(diào)頻方法及原理（1）直接調(diào)頻法（2）參數(shù)調(diào)頻法二.調(diào)頻及其解調(diào)25調(diào)頻分析調(diào)頻分析26（3）電壓調(diào)頻法u0（3）電壓調(diào)頻法u0273.調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)（鑒頻）1）定義2）鑒頻（解調(diào)）方法：微分鑒頻、相位鑒頻、斜率鑒頻、鎖相環(huán)等3）斜率鑒頻工作原理機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件28第三節(jié)濾波器1.濾波器的功能使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，非特定的頻率成分被極大地衰減。濾波器在測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用有：1)在噪聲背景下提取有用的信號(hào)2)構(gòu)成各種模擬頻譜分析儀3)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中的預(yù)處理環(huán)節(jié)（如解決混頻問(wèn)題）

第三節(jié)濾波器292.濾波器的類(lèi)別1）依據(jù)選頻作用分(1)低通濾波器(2)高通濾波器(3)帶通濾波器(4)帶阻濾波器過(guò)渡帶B2.濾波器的類(lèi)別過(guò)渡帶B302）依據(jù)所處理的信號(hào)性質(zhì)分為模擬濾波器數(shù)字濾波器3）依據(jù)是否帶有源器件分為無(wú)源濾波器有源濾波器二.濾波器性能分析

1.理想濾波器特性對(duì)理想濾波器的基本要求：對(duì)有用信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏?，?duì)無(wú)用信號(hào)能完全抑制。理想特性可歸納為:

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件31理想測(cè)試系統(tǒng)理想濾波器低通濾波器的理想特性(1)有用信號(hào)頻帶內(nèi)，應(yīng)當(dāng)是常值幅頻，線(xiàn)性相頻;(2)有用信號(hào)頻帶外，幅頻立即下降到零，相頻特性如何無(wú)關(guān)緊要。低頻理想濾波器的頻響函數(shù)及特性曲線(xiàn)：理想測(cè)試系統(tǒng)理想濾波器低通濾波器的理想特性(1)有324.實(shí)際濾波器的特性及主要特性參數(shù)1）實(shí)際濾波器的特性（帶通）如下圖。

2）主要特性參數(shù)：（1）截止頻率幅頻特性值等于所對(duì)應(yīng)的頻率；即fc1、fc2。fc1、fc2分別稱(chēng)為下截止頻率和上截止頻率。

4.實(shí)際濾波器的特性及主要特性參數(shù)33（2）帶寬濾波器的工作頻率范圍，即B=fc2-fc1。

因?yàn)椋?，所以fc2-fc1常稱(chēng)為“負(fù)三分貝帶寬”。（3）紋波幅度

實(shí)際濾波器在通頻帶內(nèi)的幅度波動(dòng)值。（2）帶寬濾波器的工作頻率范圍，即B=fc2-34（4）品質(zhì)因數(shù)Q中心頻率fn與帶寬B之比，即，其中稱(chēng)為中心頻率。（5)選擇性表示濾波器對(duì)帶寬外頻率成分的衰減能力，有兩種表示方式：

①倍頻程選擇性

用幅頻特性曲線(xiàn)上兩對(duì)應(yīng)點(diǎn)的縱坐標(biāo)之比表示，通常用截止頻率fc2與2fc2，或下截止頻率fc1與1/2fc1幅頻特性值之比來(lái)表示，即：或它實(shí)際上是頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)的幅值衰減量。（4）品質(zhì)因數(shù)Q中心頻率fn與帶寬B35②濾波器因數(shù)

用兩個(gè)幅頻特性值所對(duì)應(yīng)的帶寬之比表示，常用幅頻特性為－60dB處的帶寬B–60dB

與－3dB處的帶寬B–3dB之比表示，即

λ=B–60dB/B–3dB

理想濾波器的λ＝1，一般1<λ<5。

兩種選擇性定義均表示了實(shí)際濾波器與理想濾波器的接近程度。②濾波器因數(shù)36三.幾種實(shí)際濾波電路及特性RC濾波器由電阻、電容等無(wú)源元器件組成，常稱(chēng)為無(wú)源濾波器。特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻性能，選用標(biāo)準(zhǔn)阻容元件容易實(shí)現(xiàn)。1.一階RC低通濾波器①電路圖三.幾種實(shí)際濾波電路及特性37幅頻圖相頻圖②電路的微分方程及幅頻、相頻特性圖為

（）幅頻圖相頻圖②電路的微分方程及幅頻、相頻特性圖為（38*特性分析：

a.當(dāng)時(shí)，A(f)≈1，φ（f）-f關(guān)系為近似于一條通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。此時(shí)可視RC低通濾波器為不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。

b.當(dāng)時(shí)，，即表明，RC值決定著上截止頻率，改變RC數(shù)值，可改變?yōu)V波器的截止頻率。

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件392.RC高通濾波器①電路圖②電路微分方程及傳遞函數(shù)、頻響函數(shù)為

（）2.RC高通濾波器（）40③幅頻、相頻特性及特性圖為③幅頻、相頻特性及特性圖為41*特性分析

a.當(dāng)時(shí)，，濾波器的-3dB截止頻率為

b.當(dāng)時(shí)，即當(dāng)f相當(dāng)大時(shí)，幅頻特性接近于1，相移趨于零，此時(shí)RC高通濾波器可視為不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。

c.當(dāng)時(shí)，RC高通濾波器起著微分器作用。*特性分析42（3）RC帶通濾波器

RC帶通濾波器可視為低通、高通濾波器串聯(lián)而成。已知一階高通濾波器的傳遞函數(shù)為一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為串聯(lián)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、幅頻特性、相頻特性為（3）RC帶通濾波器已知一階高通濾波器的傳遞函43故低通濾波器的傳遞函數(shù)、幅頻特性、相頻特性為濾波器的下、上截止頻率分別是故低通濾波器的傳遞函數(shù)、幅頻特性、相頻特性為濾波器的下、上截44（4）常用的一階RC濾波器特性匯總（4）常用的一階RC濾波器特性匯總45*一階RC濾波器的缺陷在過(guò)渡帶內(nèi)的衰減速率很慢（每個(gè)倍頻程只有6dB），通帶和阻帶之間沒(méi)有陡峭的界限，故這種濾波器的性能較差?？刹捎萌缦滦问綖V波器改進(jìn)：

#LC濾波器（教材圖4-28）；

#多個(gè)RC環(huán)節(jié)或LC環(huán)節(jié)級(jí)聯(lián)（教材圖4-29）；

#有源濾波器。*一階RC濾波器的缺陷46四.濾波器的組合使用1）濾波器的串聯(lián)（1）基本要求：串聯(lián)使用的濾波器中心頻率應(yīng)相同。（2）串聯(lián)特性：幅頻特性相乘，使通頻帶外的頻率成分有更大的衰減斜率；相頻相加，使相位變化更劇烈，惡化使用效果。2）濾波器的并聯(lián)（1）用途：①選取信號(hào)中某些特殊頻率成分，②作頻譜分析。四.濾波器的組合使用47（2）基本要求：①各濾波器均為帶通濾波器，②各濾波器具有相同放大倍數(shù)。（3）實(shí)施方案：①由中心頻率可調(diào)的單一濾波器組成，特點(diǎn)：頻率調(diào)節(jié)范圍有限；②由若干個(gè)中心頻率、帶寬按一定的規(guī)律分布的濾波器組成。應(yīng)用例如下圖示。

（2）基本要求：48機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第四章ppt課件49

a.排列要求：排列起來(lái)的濾波器組的濾波范圍應(yīng)能覆蓋待分析信號(hào)的整個(gè)頻譜，具體為：前一個(gè)濾波器的-3dB上截止頻率與下一個(gè)相鄰濾波器的-3dB下截止頻率鄰接，如圖示。a.排列要求：排列起來(lái)的濾波器組的濾波范圍應(yīng)能50

b.帶寬分布的方式：有兩種Ⅰ.恒帶寬比濾波器：各濾波器組元帶寬B與其中心頻率fo之比為一常數(shù)，即。并使（1）（此時(shí)也存在）式中：fc1、fc2－兩鄰接濾波器的中心頻率；

n－倍頻程數(shù)，n取值1、1/3等。對(duì)應(yīng)的濾波器稱(chēng)為倍頻程濾波器、1/3倍頻程濾波器，其頻率分布如表示。b.帶寬分布的方式：有兩種51因?yàn)椋?）

所以，又因

故因?yàn)椋?52若n＝1，則Q＝1.41B=0.707fo若n＝1/3，則Q＝4.38B=0.23fo由此求得對(duì)應(yīng)于各中心頻率的帶寬如表2示：n=1n=1/3若n＝1，則Q＝1.41B=0.707f53*恒帶寬比濾波器特點(diǎn)：通頻帶在低頻段窄，分辨力好；通頻帶在高頻段寬，分辨力差。Ⅱ.恒帶寬濾波器：

1.組成方式

各濾波器組元帶寬B相同,滿(mǎn)足*恒帶寬比濾波器特點(diǎn)：54

2.應(yīng)用特點(diǎn)

通頻帶在高、低頻段相同，分辨力相同。為提高分辨力，濾波器帶寬需取窄些，這在給定譜寬條件下，所需濾波器數(shù)量則大。因此恒帶寬濾波器一般不用中心頻率及帶寬固定的并聯(lián)濾波器組，而是采用中心頻率可調(diào)的掃描式帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際應(yīng)用的恒帶寬濾波器有：相關(guān)濾波器、變頻跟蹤濾波器。

552.中心頻率可調(diào)式通過(guò)改變中心頻率使該濾波器的通帶跟隨所要分析的信號(hào)頻率范圍要求來(lái)變化。但此類(lèi)帶通濾波器，在調(diào)節(jié)中心頻率過(guò)程會(huì)改變?yōu)V波器的參數(shù)如增益、Q值，因此這種濾波器，中心頻率的調(diào)節(jié)范圍有限

2.中心頻率可調(diào)式56*濾波器的帶寬與分辨力關(guān)系應(yīng)用例：已知一信號(hào)含有的頻率成分為940Hz和1060Hz，現(xiàn)用倍頻程分別為1/3、1/10的兩種恒帶寬比濾波器與另一具有-3dB帶寬3Hz的恒帶寬濾波器分別對(duì)其進(jìn)行譜分析，分析結(jié)果如下圖。*濾波器的帶寬與分辨力關(guān)系應(yīng)用例：已知一信號(hào)含有的頻率成分為57第五節(jié)測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄

顯示與記錄的目的:(1)觀(guān)察各路信號(hào)的大小或?qū)崟r(shí)波形;(2)及時(shí)掌握測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，如輸出信號(hào)大小;信號(hào)中含狀況;(3)記錄信號(hào)的重現(xiàn);(4)對(duì)信號(hào)進(jìn)行后續(xù)的分析和處理。第五節(jié)測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄58

一、信號(hào)顯示儀器1.模擬示波器－陰極射線(xiàn)示波器由示波管、放大器和鋸齒波發(fā)生器等部