第四章 信号调理与记录

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1、原因：原因：1、传感器输出信号微弱；、传感器输出信号微弱；2、难以直接显示或、难以直接显示或A/D转换；转换；3、混杂了噪声。、混杂了噪声。目的：目的：1、信号放大；、信号放大；2、非电信号转换为电信号；、非电信号转换为电信号；3、抑制噪声，提高信噪比；、抑制噪声，提高信噪比；方法：方法：调理、放大、滤波，便于后续环节处理调理、放大、滤波，便于后续环节处理典型装置：典型装置：电桥、调制解调、滤波器等电桥、调制解调、滤波器等第四章 信号调理、处理和记录一、基本内容一、基本内容1、测试信号的中间变换处理。、测试信号的中间变换处理。2、电桥、调制器与解调器的功用和类型。调幅与检波、电桥、调制器与解调

2、器的功用和类型。调幅与检波、 调频与鉴频。调频与鉴频。3、滤波器。理想滤波器及其实现的限制。低通、高、滤波器。理想滤波器及其实现的限制。低通、高 通、带通、带阻滤波器以及跟踪滤波器技术。通、带通、带阻滤波器以及跟踪滤波器技术。4、常用记录仪器的功用、性能和类别。、常用记录仪器的功用、性能和类别。二、重点内容及要求二、重点内容及要求1、掌握电桥电路的输出特性、掌握电桥电路的输出特性2、了解常用中间变换电路的特点、应用、了解常用中间变换电路的特点、应用3、了解实际滤波器的特性参数、了解实际滤波器的特性参数4、了解记录仪器的功用、性能、了解记录仪器的功用、性能第四章 信号调理、处理和记录 1 电桥

3、2 调制与解调 3 滤波器4 信号的指示和记录装置返 回一、直流电桥二、交流电桥1 电 桥目 录一、调幅及其解调二、调频及其解调2 调制与解调目 录一、滤波器分类二、理想滤波器三、实际RC调谐式滤波器四、恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器3 滤波器目 录1 电 桥电桥：将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流电桥：将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流 输出的一种测量电路。它是信号放大电路的一种。输出的一种测量电路。它是信号放大电路的一种。 特点：测量电路简单，具有较高的精确度和灵敏度。特点：测量电路简单，具有较高的精确度和灵敏度。 分类：分类： 按激励电压的性质按激励电压的性质 直流电桥

4、直流电桥 交流电桥交流电桥 按输出方式按输出方式 不平衡电桥不平衡电桥 平衡电桥平衡电桥目 录一、直流电桥1、电桥形式 测量电路简单，有较高的精确度和灵敏度测量电路简单，有较高的精确度和灵敏度2、平衡条件 为直流电源为直流电源要使电桥平衡，输出为零，应满足要使电桥平衡，输出为零，应满足 为输出电压为输出电压abcd1R2R3R4RyU0U1I2I上 页目 录 电桥接法传感器传感器单臂单臂 半桥半桥全桥全桥3、输出特性（1）半桥单臂接法）半桥单臂接法 输出电压输出电压为了简化设计，取相邻两桥臂电阻相等，为了简化设计，取相邻两桥臂电阻相等，即即若若 ，则输出电压，则输出电压因因 ， 所以所以abc

5、d2R3R4RyU0U1I2IR1R1 上 页目 录可见，可见，电桥的输出电桥的输出 与激励电压与激励电压 成正比，且在成正比，且在 条件下，与条件下，与 成正比。成正比。灵敏度灵敏度上 页目 录（2）半桥双臂接法输出输出灵敏度灵敏度与半桥单臂相比，灵敏度提高了一倍，电桥的输出与与半桥单臂相比，灵敏度提高了一倍，电桥的输出与 近似地呈完全线性关系。近似地呈完全线性关系。bcd3R4RyU0U1I2IRRa11RR22上 页目 录（3）全桥接法输出输出 灵敏度灵敏度可见，桥路接法不同，输出电压不同，全桥电路可得到可见，桥路接法不同，输出电压不同，全桥电路可得到最大输出，且灵敏度高。最大输出，且灵

6、敏度高。 上述电桥是在不平衡条件下工作的，它的缺点是当电上述电桥是在不平衡条件下工作的，它的缺点是当电源电压不稳定，或环境温度变化时，会引起电桥输出的源电压不稳定，或环境温度变化时，会引起电桥输出的变化，从而产生测量误差。因此，在某些情况下常采用变化，从而产生测量误差。因此，在某些情况下常采用平衡电桥。平衡电桥。上 页目 录bcd34yU0U1I2IRRa11RR22RR4R R3平衡电桥 设被测量等于零时，电桥处于平设被测量等于零时，电桥处于平衡状态，此时指示仪表衡状态，此时指示仪表G，即可调电，即可调电位器位器H指零。指零。 当某一桥臂随被测量变化时，电当某一桥臂随被测量变化时，电桥失去平

7、衡，调节电位器桥失去平衡，调节电位器H，改变电，改变电阻阻R5触点位置，可使电桥重新平衡，触点位置，可使电桥重新平衡，电表电表G指针回零。指针回零。 电位器电位器H上的标度与桥臂电阻值上的标度与桥臂电阻值的变化成比例，故的变化成比例，故H的指示值可以直的指示值可以直接表达被测量的数值。电表接表达被测量的数值。电表G的读数的读数始终为零，这种方法称为始终为零，这种方法称为“零位测量零位测量法法”。 其误差仅取决于可调电位器精度。某其误差仅取决于可调电位器精度。某些仪器以手动或伺服电机实现调零。些仪器以手动或伺服电机实现调零。GUR012345RRRRH上 页目 录二、交流电桥交流电桥采用交流电桥

8、采用交流激励电压交流激励电压。电桥的四个臂可为电感、电容或。电桥的四个臂可为电感、电容或电阻。电阻。电桥平衡条件电桥平衡条件把各阻抗用指数式表示把各阻抗用指数式表示代入上式：代入上式：ZZZZ1234UU0y上 页目 录阻抗角是各桥臂电流与电压之间的相位差。阻抗角是各桥臂电流与电压之间的相位差。纯电阻时电流与电压同相位，纯电阻时电流与电压同相位，=0；电感性阻抗，；电感性阻抗，0；电容性阻抗，电容性阻抗，0。上 页目 录电桥平衡必须满足两个条件电桥平衡必须满足两个条件其中，其中， 为各阻抗的模；为各阻抗的模； 为阻抗角。为阻抗角。 电容传感器电容传感器 电感传感器电感传感器 电阻传感器电阻传感

9、器rcZcLrZLRCZR上 页目 录第二节 调制与解调目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。 调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化的过程。前一信号称为载波，后一信号（控制信号）称为调的过程。前一信号称为载波，后一信号（控制信号）称为调制信号。最后的输出是已调制波。制信号。最后的输出是已调制波。解调：最终从已调制波中恢复出调制信号的过程。最终从已调制波中恢复出调制信号的过程。根据载波受调制的参数不同，调制可分为根据载波受调制的参数不同，调制可分为 调幅（调幅（AM） 调频（调频（F

10、M） 调相（调相（PM）上 页目 录一、调幅及其解调1、调幅、调幅：将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制：将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化。信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化。1、调幅原理由傅立叶变换的性质知：在时域中两个信号相乘，则对应在频由傅立叶变换的性质知：在时域中两个信号相乘，则对应在频域中这两个信号进行卷积，即域中这两个信号进行卷积，即余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就是将其图形由坐标原一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就是将其图形由坐标

11、原点平移至该脉冲函数处。点平移至该脉冲函数处。上 页目 录VinVoR1R3R2R4 先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。输出信号中取出放大了的缓变信号。 （五）、卷积特性若则定义：两个函数定义：两个函数 与与 的卷积：的卷积：记为：记为：卷积概念：卷积概念：若以高频余弦信号作载波，把信号若以高频余弦信号作载波，把信号x(t)和载波信号相乘，和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至载其结果就相当于把原信号的频