机械工程测试技术-4.ppt

4 信号调理、处理和记录 4.1 电桥 4.2 调制与解调 4.3 滤波器 4.4 信号的指示与记录装置 4.1 电桥 １、简述：被测量经传感器转换为电信号，通常需要进行某些调理和处理，以便提高信噪比，并把信号转换成更便于处理、接收和显示的形式，最终转换为仪表示值，或被记录，或输入计算机、控制装置，或供人观察。在信号调理、处理和记录中常用的有电桥、调制和解调、滤波器和记录器等。 ２、分类： （１）按照激励电压性质：分为直流与交流电桥 （２）按照输出方式：不平衡桥式电路与平衡桥式电路 ３、直流电桥 ４、交流电桥 ５、带感应耦合臂的电桥 带感应耦合臂的电桥是将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成的电桥，一般有下列两种形式。 （１）变压器电桥：图4－8a是用于电感比较仪中的电桥，感应耦合的绕组W1、W2与阻抗Z3、Z4构成电桥的四个臂。绕组W1、W2相当于变压器的二次边绕组，平衡时，指零仪G指零 （２）另一种形式如图4－8b所示，电桥平衡时，绕组W1、W2的激磁效应互相抵消，铁心中无磁通，所以指零仪G指零。 以上两种电桥中的感应耦合臂可代以差动式三绕组电感传感器，通过它的敏感元件──铁心，将被测位移量转换为绕组间互感变化，再通过电桥转换为电压或电流的输出。 带感应耦合臂的电桥与一般电桥比较，具有较高的精确度、灵敏度以及性能稳定等优点。 4.2 调制与解调 １、简述 （１）调制：使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程。 （２）载波：前一个信号，一般是较高频率的交变信号 （３）调制信号：后一个信号（控制信号） （４）已调制波：最后输出的信号 （５）解调：从已调制波中恢复出调制信号的过程 （６）分类：根据载波所受调制参数的不同，调制可分为调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM） 使载波的幅值、频率、相位随调制信号而变化的过程分别称为调幅、调频、调相。它们的已调波也就分别称为调幅波、调频波、调相波。 ２、调幅及其解调 （３）整流检波和相敏检波 Ａ 整流检波 a 把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量A，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调制信号的形状，如图4－12a所示。 b 把该调幅波xm（t）简单地整流 c 准确地减去所加的偏置电压。 d 若所加的偏置电压未能使信号电压都在零线的一侧，则对调幅波只是简单地整流就不能恢复原调制信号，如图4－12b所示。相敏检波技术就是为了解决这一问题。 ３、调频及其解调 （１）调频：是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。当信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率，信号电压为正值时频率提高，负值时则降低，所以调频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。调幅波的瞬时频率可表示为： f＝f0±△f 式中 f0──载波频率，或称为中心频率； f──频率偏移，与调制信号x（t）的幅值成正比。 （２）直接调频测量电路 如图所示，在前一章对电容、涡流、电感传感器的讨论中曾提到一种测量电路方案：在被测量小范围变化时，电容（或电感）的变化也有与之对应的、接近线性的变化。倘若把该电容（或电感）作为自激振荡器的谐振回路中的一个调谐参数，那么电路的谐振频率将是 例如，在电容传感器中以电容作为调谐参数，对上式进行微分，可得 在f0附近有C＝C0，故 因此，回路的振荡频率将和调谐参数的变化呈线性关系，也就是说，在小范围内，它和被测量的变化有线性关系。 这种把被测量的变化直接转换为振荡频率的变化称为直接调频式测量电路，其输出也是等幅波。 4.3 滤波器 １、滤波器 是一种选频装置，可以是信号中特定的频率成份通过，而极大的衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种筛选作用，可以滤除干扰噪声和进行频谱分析。 ２、分类：根据选频作用可分为： （１）低通滤波器：从0～f2频率之间为其通频带，幅频特性平直。它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。 （２）高通滤波器：与低通滤波器相反，从频率f1～∞为其通频带，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 （３）带通滤波器：它的通频带在f1~f2之间。它使信号中高于f1并低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而其它成分受到极大地衰减。 （４）带阻滤波器：与带通滤波器相反，其阻带在频率f1~f2之间。它使信号中高于f1、并低于f2的频率成分受到极大地衰减，其余频率成分几乎不受衰减地通过。 ３、