机械工程测试技术基础第四章-信号调理和处理.ppt

机械工程测试技术基础;第四章 信号调理和处理;信号的调理;信号调理的目的是便于信号的传输与处理。 ;本节内容; 在测试技术中，调制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。例如，被测物理量，如温度、位移、力等参数，经过传感器交换以后，多为低频缓变的微弱信号，对这样一类信号，直接送入直流放大器放大会遇到困难，因为，采用级间直接耦合式的直流放大器放大，将会受到零点漂移的影响。当漂移信号大小接近或超过被测信号时，经过逐级放大后，被测信号会被零点漂移淹没。为了很好地解决缓变信号的放大问题，信息技术中采用了一种对信号进行调制的方法，即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，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。上述信号传输中的变换过程称为调制与解调。 ;? 1. 调制：使一个信号（载波）的某些参数（幅值或频率或相位）在另一信号（测试信号）的控制下发生变化的过程。;使载波的幅值、频率或相位随调制信号而变化的过程分别称为调幅、调频或调相。它们的已调波分别称为调幅波、调频波或调相波。;调制信号x(t);一、调幅与解调;解调：是从已调制波中恢复出调制信号（测试信号）的过程。 ;调幅与解调过程（数学描述与波形频谱分析）;乘法器; 若把调幅波xm(t)再次与载波z(t)信号相乘，则频域图形将再一次进行“搬移”，即xm(t)与z(t)相乘; 这一结果如图所示。若用一个低通滤波器滤除高频成分，将可以复现原信号的频谱（只是其幅值减少了一半，这可用放大处理来补偿），这一过程称为同步解调。“同步”指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。 ;调幅与解调过程（波形与频谱分析）;若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量D，使偏置后的信号都具有正电压 那么调幅波的包络线将具有原信号的形状;若偏置电压不够大，使信号电压有正有负，对于这种双极性调制信号不能采用整流检波。 应采用相敏检波。;2.相敏检波（从调制信号的产生到相敏解调）;幅值调制器实际上是个乘法器;2.相敏检波;2.相敏检波;2.相敏检波;2.相敏检波;2.相敏检波;2.相敏检波;2.相敏检波;例：差动变压器式传感器的工作原理，　如果工作频率（振荡器频率或载波频率）为2000Hz余弦波，机械振动为简谐振动且振动频率为100Hz，试画出差动变压器输出信号的幅频谱。 ;由差动变压器的工作原理可知，差动变压器的输出电压实际上是铁芯位移对其工作余弦波的幅值调制波，如果工作电压为;所以，差动变压器输出信号的幅频谱如下：;调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波. ;频率调制; 实现信号的频率调制的方法甚多，下面介绍两种仪器中常用的调频方法及一种解调方案;2.压控振荡器;3.变压器耦合的谐振回路鉴频法;优点：抗干扰能力强。 因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中． ;4.3 滤波器　 ;二、理想滤波器 　 ;物理不可实现 　 ;对于图示的周期信号x(t)： 1.当x(t)通过增益为1的理想低通滤波器（fc=50Hz）后，求其输出的均值； 2.当x(t)通过增益为1的理想带通滤波器（fc1=250Hz, fc2=350Hz）后，求其输出的均方根值（有效值）。;三、 实际滤波器 　 ;2. RC无源滤波器的基本特性 　 ;2) 一阶RC高通滤波器 ;3) RC带通滤波器 ;（三） 滤波器的串/并联　 ;（四） RC有源滤波器　 ;四、恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器