第五章 测试信号的转换与调理(1)

1、12信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 目的目的 1.1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。的还要进行阻抗变换。 2.2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。要去掉噪声，提高信噪比。第5章 测试信号的转换与调理33.3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测

2、量信进行调制解调处理。器测量信进行调制解调处理。 4按输出测量方式不同可分为按输出测量方式不同可分为 不平衡电桥不平衡电桥 平衡电桥平衡电桥按激励电压的不同可分为按激励电压的不同可分为 直流电桥直流电桥 交流电桥交流电桥一直流电桥：一直流电桥： 偏值法偏值法零值法零值法V VE ER1R1R3R3R2R2R4R45043214231043421104344202111143022101)()(;uRRRRRRRRuRRRRRRUUUuuRRRRIUuRRRRIURRuIRRuIadabdbyadab平衡条件：对臂电阻乘积相等。即：平衡条件：对臂电阻乘积相等。即：R R1 1R R3 3=R=R

3、2 2R R4 41.1.直流电桥平衡条件：直流电桥平衡条件：62. 2. 直流电桥的输出特性直流电桥的输出特性设电桥四臂阻值相等R1=R=R=R=R，且增量分别为R1= R= R、R=R= - R ，则电桥的输出为7组桥时，应变片的灵敏系数组桥时，应变片的灵敏系数K K必须一致，上式又可写成必须一致，上式又可写成123401234()(2)(2)RRRRRURRRRRRRR8定义电桥的灵敏度为：定义电桥的灵敏度为：/yBuSR R 半桥单臂： 00424yyRuuRRRRRuuR 当时：0/4yBuuSR R单臂单臂 9 半桥双臂：半桥双臂：002uRRuy0/2yBuuSR R半桥半桥相对

4、臂相对臂想一想想一想如果像左图一样接桥，输出是多少？如果像左图一样接桥，输出是多少？100yRuuR 全桥差动全桥差动0/yBuSuR R全桥全桥11 总结：总结： 电桥灵敏度电桥灵敏度04BuSn工作臂系数工作臂系数单臂单臂: n=1: n=1双臂双臂: n=2: n=2四臂四臂: n=4: n=4 电桥线性度电桥线性度042yRuuRR 单臂单臂: :双臂双臂: :02yRuuR 0yRuuR 全桥差动：全桥差动：12 温度补偿问题温度补偿问题例例4-1 4-1 半桥测量时进行温度补半桥测量时进行温度补偿偿桥路补偿法桥路补偿法R R1 1、R R2 2完全相同，处于相同温完全相同，处于相同

5、温度场中，并且接入相邻臂。度场中，并且接入相邻臂。在力在力P P和温度和温度 t t 的作用下，的作用下，R R1 1上的电阻变化率为：上的电阻变化率为：111111()()tRRRRRRR R2 2上的电阻变化率为：上的电阻变化率为：2222()tRRRR131212()()ttRRRR0112112()()() 4yttuRRRuRRR利用加减特性，可以：利用加减特性，可以：进行温度补偿，消除测量误差进行温度补偿，消除测量误差提高灵敏度提高灵敏度复杂应力状态下测取单独由某一因素产生的应变复杂应力状态下测取单独由某一因素产生的应变14 直流电桥平衡的配置方式：直流电桥平衡的配置方式：1516

6、二、交流电桥二、交流电桥 上述式直流电桥的特性对交流电桥也是适用的。在交流电上述式直流电桥的特性对交流电桥也是适用的。在交流电桥中，电桥平衡条件式可改写为阻抗的形式桥中，电桥平衡条件式可改写为阻抗的形式电容电桥电容电桥平衡条件：平衡条件：应用：应用：电容传感器电容传感器的测量电路的测量电路17电感电桥电感电桥平衡条件：平衡条件： 应用：应用：差动变压器差动变压器的测量电路的测量电路18三、三、变压器式电桥变压器式电桥 Z4z3 GW2 e2W1e1IexI1I2W2W1Z4Z3GIex图图5-3 5-3 变压器式电桥变压器式电桥19四、电桥使用中应注意的问题四、电桥使用中应注意的问题(1) (

7、1) 连接导线的补偿连接导线的补偿图图5-4 5-4 电桥接线的补偿方法电桥接线的补偿方法（a a）具有远距离连接传感器的电桥；（）具有远距离连接传感器的电桥；（b b）带补偿电缆的电桥）带补偿电缆的电桥20图图5-5(5-5(a a) ) 电桥灵敏度调节方法电桥灵敏度调节方法 图图5-55-5（b b）电桥并联校正方法）电桥并联校正方法(2) (2) 电桥灵敏度的调节电桥灵敏度的调节(3) (3) 电桥的并联校正法电桥的并联校正法21利用电阻应变片作为传感元件利用电阻应变片作为传感元件来测量应变的专用电子仪器称为来测量应变的专用电子仪器称为电阻应变仪。电阻应变仪。Resistance Str

8、ain MeterResistance Strain Meter22（按频率分类）（按频率分类） 静态电阻应变仪（静态电阻应变仪（ ） 静动态电阻应变仪（静动态电阻应变仪（0-200Hz0-200Hz） 动态电阻应变仪（动态电阻应变仪（0-1500Hz0-1500Hz） 超动态电阻应变仪（几十千赫兹）超动态电阻应变仪（几十千赫兹）电阻应变仪分类电阻应变仪分类23动态电阻应变仪动态电阻应变仪 包括信号的包括信号的调制调制，放大放大和和解调解调三个过程。即低频的应变三个过程。即低频的应变信号通过信号通过电桥电桥转换成频率高的交流信号，然后送到转换成频率高的交流信号，然后送到放大器放大器进进行放大，最后把放大后的交流信号输入至行放大，最后把放大后的交流信号输入至相敏检波器相敏检波器，并经，并经滤波器滤波器输出已放大的原输入信号。输出已放大的原输入信号。24电桥电桥 测测20-200Hz20-200Hz应变力输出调幅调制波；应变力输出调幅调制波； 放大器放大器 将电桥输出的调幅波放大；将电桥输出的调幅波放大； 振荡器振荡器 产生等幅正弦波提供电桥电压和相敏检波产生等幅正弦波提供电桥电压和相敏检波器参考电压；器参考电压； 相敏检波器相敏检波器 如果应变有拉应变和压应变，可通过如果应变有拉应变和压应变，可通过相敏检波电路区分双相