第四章 信号的中间变换与传输

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1、2022-5-30第四章 信号的中间变换与传输汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础被测物理量经过传感器变换后转换为电参量或电量以后，为了驱动被测物理量经过传感器变换后转换为电参量或电量以后，为了驱动显示仪表、记录器、控制器或输入电子计算机进行数据处理，往往显示仪表、记录器、控制器或输入电子计算机进行数据处理，往往需要进行某种处理或调制，即进行中间变换与传输。需要进行某种处理或调制，即进行中间变换与传输。信号的中间变换环节包括：电桥、滤波、放大、调制和解调信号的中间变换环节包括：电桥、滤波、放大、调制和解调；4.1 4.1 电电 桥桥电桥电桥将电阻、电容及电感等参数的变化转换为电压或电流输出

2、的将电阻、电容及电感等参数的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。一种测量电路。电桥的分类：电桥的分类： 按接入电桥的激励电压的性质，将电桥分为按接入电桥的激励电压的性质，将电桥分为: :直流电桥和交流电桥直流电桥和交流电桥 按照输出测量方式，将电桥分为：不平衡电桥和平衡电桥按照输出测量方式，将电桥分为：不平衡电桥和平衡电桥2022-5-30汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础一、直流电桥一、直流电桥1 1、直流电桥的平衡条件、直流电桥的平衡条件根据欧姆定律，根据欧姆定律，a a、b b之间与之间与a a、d d之间的电位差分别为：之间的电位差分别为：图图41 直流电桥直流电桥oabUR

3、RRRIU21111oaDURRRRIU43442输出电压：输出电压：当输出电压为零时电桥平衡，显然当：当输出电压为零时电桥平衡，显然当： 时电桥平衡，这种状态称为初始平衡状态。如果四个时电桥平衡，这种状态称为初始平衡状态。如果四个臂的电阻值相等，初始平衡条件也满足。臂的电阻值相等，初始平衡条件也满足。043214231434211)()(URRRRRRRRURRRRRRUUUoadabbd）（04213RRRR2022-5-30汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础2 2、电桥灵敏度、电桥灵敏度根据参与电阻值变化的桥臂数目，电桥可分为半桥和全根据参与电阻值变化的桥臂数目，电桥可分为半桥和全

4、桥接法。桥接法。半桥单臂半桥单臂半桥双臂半桥双臂全桥全桥2022-5-30汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础右图所示电桥为半桥单臂接法，只有电阻右图所示电桥为半桥单臂接法，只有电阻R R1 1随被测物理量的变化而随被测物理量的变化而发生变化，此时输出电压为：发生变化，此时输出电压为：为了简化桥路设计，往往取：为了简化桥路设计，往往取：则输出电压变为：则输出电压变为：因为因为 ，所以：，所以：电桥灵敏度电桥灵敏度单位电阻变化率所对应的输出单位电阻变化率所对应的输出电压值，即：电压值，即：单臂电桥的电桥灵敏度为：单臂电桥的电桥灵敏度为：半桥单臂半桥单臂oadabbdURRRRRRRRUUU)

5、(43421104321RRRRRobdURRRU24004 RRUUobd0RR 0/ RRUSbd4oUS 2022-5-30汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础3 3、电桥的加减特性、电桥的加减特性右图所示全桥的输出电压为：右图所示全桥的输出电压为：若初始状态：若初始状态： 且忽略电阻变且忽略电阻变化量的高次项，则上式可写成：化量的高次项，则上式可写成：当各桥臂应变片的灵敏系数当各桥臂应变片的灵敏系数K K相同时，上式可写成：相同时，上式可写成：可见，电桥能把各桥臂电阻变化引起的输出电压自动相加减后输可见，电桥能把各桥臂电阻变化引起的输出电压自动相加减后输出。出。全桥全桥044332

6、21144223311)()()(URRRRRRRRRRRRRRRRUUUadabbd）（04321RRRRR）（oooobdRRRRRRRRUU432104）（4321041KUUbd2022-5-30汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础（1 1）等臂电桥（四个桥臂的初始电阻值相等的电桥）等臂电桥（四个桥臂的初始电阻值相等的电桥）应变输出电桥工作情况应变输出电桥工作情况02242022-5-30汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础（1 1）等臂电桥（四个桥臂的初始电阻值相等的电桥）等臂电桥（四个桥臂的初始电阻值相等的电桥）单臂为工作应变片相邻臂为工作应变片（应变异号）相对臂为工作应变

7、片（应变同号）四臂都为工作应变片40KUUbd40US 20KUUbd20US 20KUUbd20US 0KUUbd0US 电桥接法不同，电桥的灵敏度不同；全桥接法可获得最大输出。电桥接法不同，电桥的灵敏度不同；全桥接法可获得最大输出。2022-5-30汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础（2 2）串、并联应变片的不等臂电桥）串、并联应变片的不等臂电桥v 串联：若某桥臂，如串联：若某桥臂，如R R1 1为为n n个个R R0 0产生同样应变的应变片串联连产生同样应变的应变片串联连接，每个应变片产生阻值变化为接，每个应变片产生阻值变化为 ，则：，则：令令 组成单臂为工作应变片的不等臂电桥，其

8、组成单臂为工作应变片的不等臂电桥，其输出电压为：输出电压为：可见：并没有因为多串联工作应变片而提高电桥的输出电压。但由可见：并没有因为多串联工作应变片而提高电桥的输出电压。但由于串联了应变片，该桥臂阻值增大，使得流过工作应变片的电流减于串联了应变片，该桥臂阻值增大，使得流过工作应变片的电流减小了，改善了发热状况，并可测均值。小了，改善了发热状况，并可测均值。v 并联：多片工作应变片并联于桥臂上也不能够改善电桥灵敏度。并联：多片工作应变片并联于桥臂上也不能够改善电桥灵敏度。并联后，每片应变片的电流不减小。并联后，每片应变片的电流不减小。RRnnRRRnR001)(04302RRRnRR，444)

9、()00000000000000KURRUUnRRnURRnRRnnRRnRRRnnRUbd）（2022-5-30汽车工程测试技术汽车工程测试技术基础基础4 4、电桥特性的应用、电桥特性的应用（1 1）利用电桥加减特性对电阻应变片进行温度补偿。）利用电桥加减特性对电阻应变片进行温度补偿。 电路补偿法电路补偿法把两个同样的应变片，一片粘贴在试件上，另把两个同样的应变片，一片粘贴在试件上，另一片贴在与试件同材料、同温度条件但不受力的补偿件上，作为补一片贴在与试件同材料、同温度条件但不受力的补偿件上，作为补偿片。根据电桥的加减特性，将这两片应偿片。根据电桥的加减特性，将这两片应变片接入相邻桥臂上，由

10、于温度的变化，变片接入相邻桥臂上，由于温度的变化，工作片和补偿片上相同的虚假应变产生工作片和补偿片上相同的虚假应变产生的电阻变化在桥路中自动抵消，对电桥的电阻变化在桥路中自动抵消，对电桥输出没有影响，因此达到了温度补偿的输出没有影响，因此达到了温度补偿的作用。作用。2022-5-30例例1PP测量拉伸应变测量拉伸应变1RTPRRKRR1111补偿片：补偿片：2RTRRRR2222半桥：半桥：1R2RABC221104RRRRUUbd取相同的应变片取相同的应变片PKU041PP1R2RTPRRKRR1111TPRRKRR2222)(221104RRRRUUbd)1 (410PKU提高了电桥的输出

11、电压提高了电桥的输出电压（2 2）根据试件载荷分布情况或复合载荷的特点及利用电桥特性）根据试件载荷分布情况或复合载荷的特点及利用电桥特性进行适当的布片和接桥，可准确测出各种载荷。进行适当的布片和接桥，可准确测出各种载荷。2022-5-30例例2 求纯弯曲梁表面的正应变求纯弯曲梁表面的正应变MM1R2R1、温度补偿片、温度补偿片1R2RABC接入半桥接入半桥2、MM1R2R212104KUUbd10241KU10412KU例例3 偏心拉伸偏心拉伸PPMM半桥接法半桥接法1、排除拉应力，测量弯曲应力：、排除拉应力，测量弯曲应力：接相对两臂。接相对两臂。1RMP2RMP)()(40MPMPbdKUU