第4章 信号的调理与显示记录.ppt

传感器输出的电信号，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去。其主要原因是大多数传感器输出的电信号很微弱，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换；有些传感器输出的是电参量，要转换为电能量；输出信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比；若测试工作仅对部分频段的信号感兴趣，则有必要从输出信号中分离出所需的频率成分；因此，传感器的输出信号要经过适当的调理，使之与后续测试环节相适应。常用的信号调理环节有：电桥、放大器、滤波器、调制器与解调器等。 　  主要内容 4.1 信号调理的目的 4.2 信号放大 4.3 调制与解调 4.4 滤波 4.5 信号显示与记录 本章学习重点 测试信号调理的作用和意义； 电桥作用原理及其在信号调理中的作用； 信号调制与解调的原理及其相关电路； 基本类型的滤波器的工作原理、相关电路及其应用； 被测量经传感器之后的输出信号一般具有以下特点： 信号比较微弱； 为非电压信号； 携带噪声信号等。 因此，还需进一步调理、放大、滤波等加工处理。 本章主要讨论信号调理和转换中的常用环节： 电桥； 调制与解调； 滤波； 4.2.1 电 桥 定义：电桥是将电阻、电容、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。 特点：桥式电路简单可靠，精度和灵敏度很高，应用广泛。 分类： 根据其所采用的激励电源类型： 直流电桥 交流电桥 根据输出测量方式的不同： 不平衡电桥 平衡电桥 基本结构：电阻R1,R2,R3,R4作为四个桥臂，在a、c两端接入直流电源ue，在b、d两端输出电压uo。 工作原理：利用四个桥臂中的一个或数个的阻值变化而引起电桥输出电压的变化 。 2. 直流电桥的输出特性 结论： 电桥输出电压和各桥臂电阻变化量的代数和成正比，所以电桥输出电压可以反映被测量引起的电阻值的变化量。如果桥臂电阻变化由电阻应变片阻值的变化产生，则电桥的输出电压和应变成线性关系： 供桥电压越高，输出电压越大，所以提高供桥电压可以提高电桥的灵敏度。但是当供桥电压增大时，通过应变片的电流也较大，易引起蠕变和零漂。 增大电阻应变片的灵敏度可以提高电桥的输出电压。 3. 直流电桥的连接形式 半桥单臂 半桥双臂 全桥 （1）半桥单臂连接形式：工作时仅有一个桥臂电阻值随被测量而变化，设该电阻为R1，变化量为ΔR，则由式（4-1）可得： 设相邻桥臂的阻值相等，亦即：R1=R2=R0,R3=R4=R0‘,又若R0=R0’,则 若ΔRR0,则 （2）半桥双臂连接形式：工作时有两个桥臂电阻值随被测量而变化，即： R1＋ΔR1， R2 ＋ΔR2，则由式（4-1）可证明，当R1=R2=R0 ，ΔR1＝－ΔR2＝ΔR， R3=R4=R0 ，则电桥输出 （3）全桥连接法：四个桥臂的阻值均随被测量而变化，即： 当R1=R2=R3=R4=R0,且ΔR1=－ΔR2=ΔR3=－ΔR4=ΔR， 输出为： 4. 温度补偿问题 二、交流电桥 与直流电桥的不同点： 激励电源为交流电源； 桥臂可以是电阻、电感或电容； 电桥平衡分析： 式中，zi－各桥臂的复数阻抗，zi=Z0iejφi ，代入上式得 交流电桥平衡条件： 阻抗角表示桥臂电流与电压之间的相位差： 当桥臂为纯电阻时，φ＝0； 若为感性阻抗时，φ0 ； 若为容性阻抗时，φ0 。 桥臂结构可采取不同的组合方式，以满足相对桥臂阻抗角之和相等这一条件。如电容电桥和电感电桥。 电容电桥 电感电桥 复习提纲 信号调理环节的作用 直流电桥的平衡条件 直流电桥的输出特性 几种典型的接桥方法的比较 电桥加减特性的合理利用 交流电桥的平衡条件 调制：是指利用某种低频信号来控制或改变某一高频信号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。 解释：高频振荡信号称为载波；控制高频振荡的低频信号为调制信号；调制后的高频振荡信号为已调制信号。 调制分类： 当被控制的量是高频振荡信号的幅值时，称为调幅(AM)；已调制信号为调幅波； 当被控制的量为高频振荡信号的频率时，称为调频(FM)；已调制信号为调频波； 当被控制的量为高频振荡信号的相位时，称为调相(PM)；已调制信号为调相波； 卷积定义： ?函数: 是一个理想函数，是物理不可实现信号。幅值无限，持续时间为零的脉冲。 小结： 调幅的过程在频域上就相当于一个移频的过程。 载波频率f0必须高于信号中的最高频率fmax，才不会出现混叠现象。实际应用中，载波频率至少在调制信号上限频率的十倍以上。 注意：调幅波是否可以看作是载波与调制信号的迭加？ 不可以。因为调幅波是载波幅值随调制信号大小成正比变化，只有相乘才能实现。 解调 1、概述