机械工程测试技术基础课件_第三版_第四章

1、第一节 电桥第三节 滤波器第四节 信号的放大第五节 测试信号的显示与记录第二节 调制与解调第一节第一节 电桥电桥一、一、直流电桥直流电桥换换电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路，由于桥式测量电路简单可靠，而且具有很高的精度和灵敏度，因此在测量装置中被广泛采用。电桥按其所采用的激励电源的类型可分为直流电桥与交流电桥；按其工作原理可分为偏值法和归零法两种，其中偏值法的应用更为广泛。图4-1是直流电桥的基本结构。第一节第一节 电桥电桥一、一、直流电桥直流电桥换换在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接。直流电桥的连接方式，如图4-2所示。图图4

2、-2第一节第一节 电桥电桥一、一、直流电桥直流电桥换换在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接。悬臂梁测力的电桥接法如图4-3所示图图4-3第一节第一节 电桥电桥一、一、直流电桥直流电桥换换在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接。柱形梁测力的电桥接法如图4-4所示。图图4-4第一节第一节 电桥电桥一、一、直流电桥直流电桥换换在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接。使用电桥电路时，还需要调节零位平衡，如图4-5所示。图图4-5交流电桥的电路结构与直流电桥完全一样，如图4-6所示。第一节第一节 电桥电桥二、二、 交流电桥换交流电

3、桥换图图4-6图4-7是一种常用电容电桥。 第一节第一节 电桥电桥二、二、 交流电桥换交流电桥换图图4-7图4-8是一种常用的电感电桥。第一节第一节 电桥电桥二、二、 交流电桥换交流电桥换图图4-8电阻交流电桥的分布电容如图4-9所示。第一节第一节 电桥电桥二、二、 交流电桥换交流电桥换图图4-9具有电阻电容平衡的交流电阻电桥如图4-10所示。第一节第一节 电桥电桥二、二、 交流电桥换交流电桥换图图4-10用于电感比较仪中的电桥如图4-11a所示。第一节第一节 电桥电桥三、三、 带感应耦合臂的电桥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，一般有两种形式。

4、图图4-11第一节第一节 电桥电桥三、三、 带感应耦合臂的电桥带感应耦合臂的电桥 另一种电桥形式如图4-11b所示。图图4-11第二节第二节 调制与解调调制与解调调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。当被控制的量是高频振荡信号的幅值时，称为幅值调制或调幅；当被控制的量是高频振荡信号的频率时，称为频率调制或调频；当被控制的量是高频振荡信号的相位时，称为相位调制或调相。（高频振荡信号为载波，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）解调是指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。调制与解调是一对相反的信号变换过程，在工程

5、上经常结合在一起使用。1.幅值调制第二节第二节 调制与解调调制与解调一、一、 幅值调制与解调幅值调制与解调 幅值调制是将一个高频载波信号（此处采用余弦波）与被测信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。 幅值调制如图4-12所示。图图4-122.调幅信号的频域分析第二节第二节 调制与解调调制与解调一、一、 幅值调制与解调幅值调制与解调 一个函数与单位脉冲函数卷积的结果是：将这个函数的波形由坐标原点平移至该脉冲函数处。调频信号的频谱如图4-13所示。图图4-133.调幅信号的解调方法第二节第二节 调制与解调调制与解调一、一、 幅值调制与解调幅值调制与解调 （1） 同步调节 若

6、把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域的频谱图形将再一次进行 “搬家”，气息结果是使原信号的频谱图形平移到0和2f0的频率处。同步解调，如图4-14所示。图图4-143.调幅信号的解调方法第二节第二节 调制与解调调制与解调一、一、 幅值调制与解调幅值调制与解调（2）包络检波 包络检波亦称整流检波。 调制信号加足够直流偏置的的调幅波如图4-15所示。图图4-153.调幅信号的解调方法第二节第二节 调制与解调调制与解调一、一、 幅值调制与解调幅值调制与解调（2）包络检波 包络检波亦称整流检波。 若所加的偏置电压未能使信号电压都位于零位的同一侧： 那么对调幅的波形只进行简单的整流滤波便不能回复原调制信

7、号，而会造成失真。调制信号直流偏置不够时，如图4-16所示。图图4-163.调幅信号的解调方法第二节第二节 调制与解调调制与解调一、一、 幅值调制与解调幅值调制与解调（3） 相敏检波 相敏检波是利用二极管的单向导通作用将电路输出极性互换。其特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用相敏检波时，对调制信号不必再直流偏置。3.调幅信号的解调方法第二节第二节 调制与解调调制与解调一、一、 幅值调制与解调幅值调制与解调 如图4-17为一种典型的二极管相敏检波电路。图中还示出了相敏检波器解调的波形转换过程。图图4-173.调幅信号的解调方法第二节第二节 调制与解调调制与解调一、一、 幅值调制与解调幅值调制与

8、解调 动态电阻应变仪可作为电桥调幅与相敏检波的典型实例，如图4-18所示。图图4-181.频率调制的基本概念第二节第二节 调制与解调调制与解调二、频率调制与解调二、频率调制与解调频率调制是指利用调制信号控制高频载波信号频率变化的过程。图4-19 调制信号为三角波时的调频信号波形。2.频率调制方法第二节第二节 调制与解调调制与解调二、频率调制与解调二、频率调制与解调频率调制一般用振荡电路来实现，如图4-20所示，图图4-203.调频信号的解调第二节第二节 调制与解调调制与解调二、频率调制与解调二、频率调制与解调调频信号的解调亦称鉴频，一般采用鉴频器和锁相环解调器。图4-21 调频器工作原理第三节

9、第三节 滤波器滤波器一、概述一、概述 滤波是指让被测信号中的有效成分通过： 而将其中不需要的成分抑制或衰减掉的一种过程。四种滤波器的幅频特性如图4-22所示。图图4-22第三节第三节 滤波器滤波器二、滤波器性能分析二、滤波器性能分析1.理想滤波器 所谓理想滤波器：就是将滤波器的一些特性理想化而定义的滤波器。理想低通滤波器特性如图4-23所示。图图4-23第三节第三节 滤波器滤波器三、实际滤波电路三、实际滤波电路 最简单的低通和高通滤波器可由一个电阻和一个电容组成，图4-25a和b中分别示出了RC低通和高通滤波器。图图4-25第三节第三节 滤波器滤波器三、实际滤波电路三、实际滤波电路一阶RC滤波

10、器在过渡带内的衰减速率非常慢，每个倍频只有6dB，如图4-27所示。图图4-27第三节第三节 滤波器滤波器三、实际滤波电路三、实际滤波电路 图4-28中给出了一些LC滤波器的构成方法。第三节第三节 滤波器滤波器三、实际滤波电路三、实际滤波电路 通过采用多个RC环节或LC环节级联方式，可以使滤波器的性能有显著的提高，如图4-29所示。第三节第三节 滤波器滤波器三、实际滤波电路三、实际滤波电路 将滤波器网络与远算放大器结合时构造有源滤波器电路的基本方法。如图4-30所示。第三节第三节 滤波器滤波器四、带通滤波器在信号频率分析中的应用四、带通滤波器在信号频率分析中的应用1.多路滤波器的并联形式 多路

11、带通滤波器并联常用于信号的频谱分析和信号中特定频率成分的提取。为使各带通滤波器的带宽覆盖整个分析的频带，它们的中心频率能使相邻的带宽恰好互相衔接。带通滤波器并联的频带分配，如图带通滤波器并联的频带分配，如图4-32所示。所示。第三节第三节 滤波器滤波器四、带通滤波器在信号频率分析中的应用四、带通滤波器在信号频率分析中的应用1.多路滤波器的并联形式（1） 恒带宽比滤波器 恒带 宽比滤波器是指滤波器的相对带宽是常数，即2100ic ic iiiBffCff第三节第三节 滤波器滤波器四、带通滤波器在信号频率分析中的应用四、带通滤波器在信号频率分析中的应用1.多路滤波器的并联形式（2）恒带宽滤波器。恒

12、带宽滤波器是指滤波器的绝对带宽为常数。第三节第三节 滤波器滤波器四、带通滤波器在信号频率分析中的应用四、带通滤波器在信号频率分析中的应用2.中心频率可调试 扫描式频率分析仪采用一个中心频率可调的带通滤波器。通过改变中心频率使该滤波器的带通跟所要分析的信号频率范围要求来变化。调节方式可以是手调或者外信号调节。图4-35 扫描式频率分析仪框图第四节第四节 信号的放大信号的放大一、基本放大电路一、基本放大电路图4-36示出了反相放大器、同相放大器和差分放大器三种基本放大电路。图图4-36第四节第四节 信号的放大信号的放大一、基本放大电路一、基本放大电路 一种常用来提高输入阻抗的办法是在基本放大电路之

13、前串接一级射极跟随器，如图4-37所示。图图4-37第四节第四节 信号的放大信号的放大二、仪器放大器二、仪器放大器 图4-38示出一种在小信号放大中广泛使用的仪器放大器电路，它由三个运算放大器组成。图图4-38第四节第四节 信号的放大信号的放大二、仪器放大器二、仪器放大器 INA114是一个低成本的普通放大器。其电路结构与基本接法如图4-39所示。图图4-39第四节第四节 信号的放大信号的放大二、仪器放大器二、仪器放大器 图4-40a是一种典型的拾音传感器输入放大器。图图4-40第四节第四节 信号的放大信号的放大二、仪器放大器二、仪器放大器图4-40b为热电偶信号的放大电路。图图4-40第四节

14、第四节 信号的放大信号的放大二、仪器放大器二、仪器放大器AD522是精密集成放大器，它的管脚功能及作为电桥放大器的实例如图4-41所示。图图4-41第四节第四节 信号的放大信号的放大三、可编程增益放大器三、可编程增益放大器可编程增益放大器的基本原理可用图4-42所示的简单电路来说明，它是一种可编程增益的反相放大器。图图4-42第五节第五节 测试信号的显示与记录测试信号的显示与记录一、信号的显示一、信号的显示2.数字示波器数字示波器是随着数字电子与计算机技术的发展而发展起来的一种新型示波器，其基本原理框图如图4-44所示。图图4-44第五节第五节 测试信号的显示与记录测试信号的显示与记录一、信号的显示一、信号的显示1.模拟示波器模