傳感與測試技術(shù)-信號的調(diào)理與記錄

第四章信號的調(diào)理與記錄精選ppt傳感器調(diào)理與處理顯示或控制裝置被測信號信號信號調(diào)理的的目的是便于信號的傳輸與處理。1.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中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。精選ppt3.某些場合，為便于信號的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對傳感器測量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。

4.傳感器輸出的是非電信號信號調(diào)理與記錄的意義精選ppt主要內(nèi)容電橋調(diào)制與解調(diào)濾波器信號的放大測試信號的顯示與記錄精選ppt第一節(jié)電橋定義：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。分類：按鼓勵電壓的不同可分為直流電橋交流電橋精選ppt直流電橋平衡條件bacdR1R2R3R4I1I2UeUo平衡條件：對臂電阻乘積相等。即：R1R3=R2R4精選ppt直流電橋的輸出特性單臂電橋接法為了簡化橋路，設(shè)計取abcdR1+ΔRR2R3R4I1I2UeUo精選ppt直流電橋的輸出特性半橋接法abcdR1+ΔRR2-ΔRR3R4I1I2UeUo精選ppt直流電橋的輸出特性如果像右圖一樣接橋，輸出的電壓是多少？abcdR1+ΔRR2+ΔRR3R4I1I2UeUo精選ppt電橋的和差特性假設(shè)相鄰兩橋臂電阻同相變化，所產(chǎn)生的輸出電壓的變化將互相抵消；假設(shè)相鄰兩橋臂電阻反相變化，所產(chǎn)生的輸出電壓的變化將互相疊加；精選ppt直流電橋的輸出特性全橋接法abcdR1+ΔRR2-ΔRR3+ΔRR4-ΔRI1I2UeUo精選ppt單臂電橋接法：半橋接法：全橋接法：全橋接法的靈敏度最高精選ppt精選ppt精選ppt交流電橋交流電橋特點(diǎn)：電橋四臂：R、L、C；電源：交流電壓各阻抗用指數(shù)式表示為：

阻抗角是各橋臂電流與電壓之間的相位差。純電阻時電流與電壓同相位，φ=0；電感性阻抗，φ>0；電容性阻抗，φ<0。精選ppt交流電橋交流電橋平衡條件：精選ppt交流電橋電容電橋平衡條件：精選ppt交流電橋電感電橋平衡條件：精選ppt第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)主要解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。調(diào)制信號載波調(diào)制波精選ppt定義調(diào)制：使一個信號的某些參數(shù)在另一信號的控制下發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，后一信號〔控制信號〕稱為調(diào)制信號。最后的輸出是已調(diào)制波。根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。解調(diào)：最終從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程。精選ppt調(diào)制：Modulation調(diào)幅(Amplitudemodulation--AM〕調(diào)頻〔Frequencymodulation-FM)調(diào)相〔Phasemodulation--PM)分類：精選ppt精選ppt調(diào)幅及其解調(diào)幅值調(diào)制：將一個高頻簡諧信號〔載波〕與測試信號〔調(diào)制信號〕相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化。調(diào)制器（乘法器）調(diào)制信號載波調(diào)幅波精選ppt調(diào)幅信號的實(shí)質(zhì)從時域上：用x〔t〕去控制改變y〔t〕的幅值，使xm〔t〕的幅值隨著x〔t〕的變化而變化，頻率仍與y〔t〕相同。從頻域上：相當(dāng)于頻率的搬遷過程。從低頻搬遷到高頻。頻譜形狀保持不變〔f0>>fm)。精選ppt解調(diào)同步解調(diào)：把調(diào)幅波再次與原載波信號相乘，那么頻域圖形將再一次進(jìn)行“偏移〞。假設(shè)用一個低通濾波器濾去中心頻率為2f0的高頻成分，那么將可以復(fù)現(xiàn)原信號的頻譜〔幅值減小為一半〕。“同步〞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。精選ppt包絡(luò)檢波〔整流檢波〕把調(diào)制信號進(jìn)行偏置，疊加一個直流分量A，使偏置后的信號都具有正電壓，那么調(diào)幅波的包絡(luò)線將具有原調(diào)制信號的形狀。把該調(diào)幅波簡單地整流、濾波就可恢復(fù)原調(diào)制信號。精選ppt相敏檢波相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號相位和選頻能力的檢波電路。交變信號過零線時符號發(fā)生突變〔+、-〕，與之對應(yīng)的調(diào)幅波相位〔與載波比較〕也相應(yīng)地發(fā)生180°的相位跳變。利用載波信號與調(diào)幅信號比相，便既能反映出原信號的幅值又能反映其極性。精選ppt頻率調(diào)制及其解調(diào)概念：利用調(diào)制信號控制高頻載波信號頻率變化的過程原理：設(shè)載波y(t)=Acos(ω0t+θ0)，調(diào)頻ω(t)

=ω0+kx(t)

x(t)xf(t)tt精選ppt調(diào)頻方法電路的諧振頻率：假設(shè)電容的變化量為ΔC，那么泰勒級數(shù)展開并忽略高階項精選ppt調(diào)頻信號解調(diào)〔鑒頻〕鑒頻：是將頻率變化恢復(fù)成調(diào)制信號電壓幅值變化的過程。精選ppt調(diào)幅與調(diào)頻的比較頻率調(diào)制較之幅度調(diào)制的一個重要的優(yōu)點(diǎn)是改善了信噪比調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜分析調(diào)頻波要比分析調(diào)幅波困難，實(shí)際上，對調(diào)頻波的分析是近似的精選ppt第三節(jié)濾波器濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分．分類：〔根據(jù)濾波器的選頻作用分為〕低通高通帶通帶阻精選ppt濾波器作用精選ppt理想濾波器理想濾波器：是指能使通帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器。理想濾波器的頻率響應(yīng)為理想濾波器是不能實(shí)現(xiàn)的精選ppt實(shí)際濾波器的特征參數(shù)0A實(shí)際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒有嚴(yán)格界限，存在過渡帶。f精選ppt1)截止頻率fc：0.707A0所對應(yīng)的頻率．

2)紋波幅度d：繞幅頻特性均值A(chǔ)0波動值3)帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q：下兩截頻間的頻率范圍稱為帶寬。中心頻率和帶寬之比稱為品質(zhì)因數(shù)。

波動幅度d與幅頻特性平均值A(chǔ)0相比應(yīng)遠(yuǎn)小于-3dB。0ffc1fc2A00.707A0BQ=f0/Bd精選ppt實(shí)際濾波電路低通濾波器精選ppt幅頻特性10精選ppt高通濾波器1精選ppt濾波器的應(yīng)用機(jī)床軸心軌跡的濾波處理精選ppt濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運(yùn)動規(guī)律精選ppt鋼管無損探傷濾除信號中的零漂和低頻晃動，便于門限報警精選ppt調(diào)節(jié)計算機(jī)mp3播放器等軟件中的聲音均衡器，試驗(yàn)其對音樂信號的濾波情況。310Hz~3kHz這三段它們包含了大多數(shù)樂器的低頻諧波，如果提升過多會使聲音像里的聲音。如把600Hz和1kHz過度提升會使聲音像喇叭的聲音。如把3kHz提升過多會掩蔽說話的識別音，即口齒不清，并使唇音“mbv〞難以分辨。如把1kHz和3kHz過分提升會使聲音具有金屬感。由于人耳對這一頻段比較敏感，通常不調(diào)節(jié)這一段，過分提升這一段會使聽覺疲勞。精選ppt第四節(jié)信號的放大放大器的特點(diǎn)虛短

u+=u-虛斷

i+=i-=0+-u-u+uo精選ppt根本放大電路反相放大器Ii=If，U+=U-=0I1IfU+U--+o精選ppt同相放大器差分放大器oUi2R2U0Ui1RfR1Rf精選ppt儀器放大器也稱精密放大器，通常用于對傳感器送出的微弱電信號進(jìn)行放大，為此要求儀器放大器要有很高的電壓增益。精選ppt第五節(jié) 測試信號的顯示與記錄目的：測試人員通過顯示儀器觀察各路信號的大小或?qū)崟r波形；及時掌握測試系統(tǒng)的動態(tài)信息，及時采取相應(yīng)的措施-增益調(diào)整、濾波等；記錄信號的重現(xiàn)；對信號進(jìn)行后續(xù)的分析和處理。精選ppt信號的顯示指示機(jī)構(gòu)精選ppt信號的記錄傳統(tǒng)的方法-光線示波器、磁帶記錄等已很少使用目前比較常用的：用數(shù)據(jù)采集儀器進(jìn)行信號記錄用計算機(jī)內(nèi)插A/D卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與記錄儀器前段直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與記錄精選ppt第五章信號處理初步信號處理的目的別離信、噪，提高SNR；從信號中提取有用的特征信號；修正測試系統(tǒng)的某些誤差，如傳感器的線性誤差、溫度影響等。精選ppt信號處理系統(tǒng)分類模擬信號處理系統(tǒng)由一系列能實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算的電路，如模擬濾波器、乘法器、微分放大器等環(huán)節(jié)組成。通常是數(shù)字信號處理的前奏，例如濾波、限幅、隔直、解調(diào)等預(yù)處理。數(shù)字信號處理系統(tǒng)借助計算機(jī)的軟件程序完成；借助專用數(shù)字處理機(jī)。精選ppt數(shù)字信號處理的優(yōu)勢用數(shù)學(xué)計算和計算機(jī)顯示代替復(fù)雜的電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)計算機(jī)軟硬件技術(shù)開展的有力推動多種多樣的工業(yè)用計算機(jī)。靈活、方便的計算機(jī)虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)精選ppt主要內(nèi)容數(shù)字信號處理的根本步驟信號數(shù)字化出現(xiàn)的問題相關(guān)分析及其應(yīng)用功率譜分析及其應(yīng)用精選ppt第一節(jié)數(shù)字信號處理的根本步驟數(shù)字信號處理主要研究用數(shù)字序列來表示測試信號，并用數(shù)學(xué)公式和運(yùn)算來對這些數(shù)字序列進(jìn)行處理。物理信號對象傳感器電信號預(yù)處理電信號A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號計算機(jī)顯示D/A轉(zhuǎn)換電信號控制物理信號精選ppt第二節(jié)信號數(shù)字化出現(xiàn)的問題數(shù)字信號處理過程把一個連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；然后由計算機(jī)處理，從中提取有用的信息。信號數(shù)字化過程包含著一系列步驟，每一步驟都可以引起信號和其蘊(yùn)含信息的失真。精選ppt計算一個模擬信號的頻譜時域或頻域無限長連續(xù)信號時域采樣時域無限長序列頻域連續(xù)周期信號截斷時域有限長序列頻域連續(xù)周期信號頻域采樣時域有限長周期性離散序列頻域有限長周期性離散序列整周期截斷時域有限長序列頻域有限長序列精選ppt時域采樣、混疊和采樣定理時域采樣：把連續(xù)時間信號變成離散時間序列的過程。相當(dāng)于在連續(xù)時間信號上“摘取〞許多離散時刻上的信號瞬時值采樣間隔的選擇是一個重要問題。間隔太小〔采樣頻率高〕，數(shù)字序列長，計算工作量大；假設(shè)采樣間隔過大〔采樣頻率低〕，那么可能喪失有用信息。精選ppt采樣定理x(0),x(1),x(2),……,x(n)精選ppt采樣定理0t0f0t0ft00f精選ppt采樣定理為保證采樣后信號能真實(shí)地保存原始模擬信號信息，信號采樣頻率必須至少為原信號中最高頻率成分的2倍。注意：滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證此時的采樣信號能真實(shí)地反映原信號x(t)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號中最高頻率成分的3到5倍。0t0f精選ppt量化和量化誤差量化：采樣所得的離散信號電壓的幅值，假設(shè)用二進(jìn)制數(shù)碼組來表示，就使離散信號變成數(shù)字信號。量化實(shí)質(zhì)：從一組有限個離散電平〔量化電平〕中取出一個來近似代表采樣點(diǎn)的信號實(shí)際幅值電平精選ppt量化和量化誤差量化單位：A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)是一定的。一個n位〔字長〕的二進(jìn)制數(shù)，共有L=2n個數(shù)碼。如果A/D轉(zhuǎn)換器允許的動態(tài)工作范圍為D，那么兩相鄰量化電平之差為：q=D/2(n-1)量化誤差：當(dāng)離散信號采樣值x(n)的電平落在兩個相鄰量化電平之間，就要舍入到相近一個量化電平上，該量化電平與信號實(shí)際電平之間的差值稱為(n)。(n)(-q/2,+q/2)量化誤差(n)將形成疊加在信號采樣值x(t)上的隨機(jī)噪聲，其值通常比其他誤差小，可忽略。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)選擇，視信號的具體情況和量化精度要求而定。精選ppt截斷、泄漏和窗函數(shù)截斷：將信號乘以時域的有限寬矩形窗函數(shù)。泄漏：窗外的時域信息全部損失了，而導(dǎo)致頻域上增加了頻率分量。精選ppt頻域采樣、時域周期延拓和柵欄效應(yīng)頻域采樣：信號經(jīng)過時域采樣和截斷后，其頻譜是連續(xù)的。如果要用數(shù)字信號描述頻譜，這就意味著必須使頻率離散化，實(shí)行頻域采樣。時域周期延拓：頻域采樣后的信號在時域中相當(dāng)于將窗內(nèi)的信號波形在窗外進(jìn)行周期延拓，即時域周期延拓。精選ppt柵欄效應(yīng)柵欄效應(yīng)：對一個函數(shù)進(jìn)行采樣，其效果有如透過柵欄的縫隙觀看外景一樣，只有落在縫隙前的少數(shù)景象被看到，其余均視為零，這種現(xiàn)象稱為柵欄效應(yīng)。擋住的局部可能是重要的或具有特征的成分。精選ppt頻率分辨力、整周期截斷頻率采樣間隔：是頻率分辨力的指標(biāo)

f=fs/N=1/T這種關(guān)系加重了頻率分辨力和計算工作量的矛盾整周期截斷：對周期信號實(shí)行整周期截斷是獲得準(zhǔn)確頻譜的先決條件。精選ppt第三節(jié)相關(guān)分析及其應(yīng)用函數(shù)關(guān)系：兩變量間存在一一對應(yīng)確實(shí)定關(guān)系。相關(guān)關(guān)系：隨著某一個變量數(shù)值確實(shí)定，另一變量按一定的概率統(tǒng)計取值。本節(jié)主要內(nèi)容兩隨機(jī)變量的相關(guān)系數(shù)信號的自相關(guān)函數(shù)信號的互相關(guān)函數(shù)精選ppt兩隨機(jī)變量的相關(guān)系數(shù)當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布越接近于一條直線時，相關(guān)系數(shù)的絕對值越接近于1，x和y的線性相關(guān)程度越好。相關(guān)系數(shù)的正負(fù)號表示一變量隨另一變量的增加而增加或減少。相關(guān)系數(shù)越接近于0時，可以認(rèn)為x、y兩變量完全無關(guān)，但可能存在某種非線性的相關(guān)關(guān)系甚至函數(shù)關(guān)系精選ppt相關(guān)系數(shù)：表示兩個變量之間的相關(guān)程度。精選ppt信號的自相關(guān)函數(shù)設(shè)x(t)是某各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程的一個樣本記錄，x(t+τ)是x(t)時移τ后的樣本，二者具有相同的均值和標(biāo)準(zhǔn)差精選ppt信號的互相關(guān)函數(shù)兩個各態(tài)歷經(jīng)過程的隨機(jī)信號x(t)和y(t)的互相關(guān)函數(shù)定義為假設(shè)兩信號是同頻率的周期信號或包含相同的頻率的周期成分，那么互相關(guān)函數(shù)也會出現(xiàn)該周期成分，且不收斂。精選ppt

當(dāng)運(yùn)動的熱軋鋼帶表面的反射光經(jīng)透鏡聚焦在相距為d的兩個光電池上時，反射光通過光電池轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)可調(diào)延時器延時，再進(jìn)行相關(guān)處理。當(dāng)可調(diào)延時t等于鋼帶上某點(diǎn)在兩個測點(diǎn)之間經(jīng)過所