测试信号的调理(调制与调节)

1、机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录第第6 6章章 测试信号的调理及其记录测试信号的调理及其记录第一节第一节 概概 述述第二节第二节 电电 桥桥第三节第三节 滤波器滤波器 第四节第四节 调制与解调调制与解调第五节第五节 信号的显示、记录与存储信号的显示、记录与存储1机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录第一节第一节 概概 述述 传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接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，输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一

2、步放大，有的还要进行阻抗变换。有的还要进行阻抗变换。 有些传感器输出电信号中混杂有干扰噪声，需有些传感器输出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。 某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制解调处理。传感器测量信号进行调制解调处理。 变换与调理的目的：变换与调理的目的：便于信号的传输与处理。便于信号的传输与处理。2机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录第二节第二节 电电 桥桥 电桥：电桥：将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电将电阻、电感、电容

3、等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。流输出的一种测量电路。 优点：优点：电路简单可靠，具有很高的精度和灵敏度。电路简单可靠，具有很高的精度和灵敏度。 按激励电源的类型可分为：按激励电源的类型可分为：直流电桥直流电桥交流电桥交流电桥按输出方式分为：按输出方式分为： 不平衡式电桥不平衡式电桥平衡式电桥平衡式电桥不平衡式电桥不平衡式电桥应用更为广泛。下面仅对不平衡式电桥加以介绍。应用更为广泛。下面仅对不平衡式电桥加以介绍。 3机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录一、直流电桥一、直流电桥 电桥的输出电压：电桥的输出电压： eeadabUR

4、RRRRRRRURRRRRRRIRIUUU)()(4321423143421122110直流电桥的平衡条件：直流电桥的平衡条件： 4231RRRR4机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 电桥的连接形式：电桥的连接形式：单臂电桥单臂电桥、半桥半桥与与全桥全桥。 单臂电桥单臂电桥：工作中只有：工作中只有一个桥臂电阻随被测量的一个桥臂电阻随被测量的变化而变化。变化而变化。 04321RRRRR000424RRUURRRUee0RR 取取 电桥的输出电压：电桥的输出电压： 灵敏度：灵敏度：eURRUS4100激励电压激励电压UeUe不变不变 5机械工

5、程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 半桥：半桥：工作中有两个桥臂（一般为相邻桥臂）的阻工作中有两个桥臂（一般为相邻桥臂）的阻值随被测量差动变化。值随被测量差动变化。 002 RRUUe电桥的输出电压：电桥的输出电压：04321RRRRRRRR21灵敏度：灵敏度：eURRUS21006机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 全桥全桥：工作中四个桥臂阻值都随被测量而变化。：工作中四个桥臂阻值都随被测量而变化。 04321RRRRRRRRRR4321电桥的输出电压：电桥的输出电压：eURRU00灵敏度：

6、灵敏度：eURRUS007机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录电桥的和差特性：电桥的和差特性： 1 1）若相邻两桥臂电阻同向变化（即两电阻同时增大或同）若相邻两桥臂电阻同向变化（即两电阻同时增大或同时减小），所产生的输出电压的变化将相互抵消；时减小），所产生的输出电压的变化将相互抵消； 2 2）若相邻两桥臂电阻反相变化（即两电阻一个增大一个）若相邻两桥臂电阻反相变化（即两电阻一个增大一个减小），所产生的输出电压的变化将相互迭加。减小），所产生的输出电压的变化将相互迭加。 用悬臂梁做敏感元件测力时，常在梁的上下表面各贴一用悬臂梁做敏感元件测力时

7、，常在梁的上下表面各贴一个应变片，并将两个应变片接入电桥相邻的两个桥臂。个应变片，并将两个应变片接入电桥相邻的两个桥臂。 8机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 用柱形梁做敏感元件测力时，常沿着圆周间隔用柱形梁做敏感元件测力时，常沿着圆周间隔9090纵向贴纵向贴4 4个应变片个应变片R R1 1、R R2 2、R R3 3、R R4 4作为工作片，与纵向应变片相间，再作为工作片，与纵向应变片相间，再横向贴横向贴4 4个应变片个应变片R R5 5、R R6 6、R R7 7、R R8 8用作温度补偿。用作温度补偿。 9机械工程测试技术机械工程测

8、试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 例题：以阻值例题：以阻值R=200、灵敏度、灵敏度S=2的电阻丝应变的电阻丝应变片与阻值为片与阻值为200的固定电阻组成电桥，供桥电压为的固定电阻组成电桥，供桥电压为5V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2和和200时，分别求单臂、双臂电桥的输出电压，时，分别求单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的电桥灵敏度。并比较两种情况下的电桥灵敏度。解：解：单臂电桥的输出电压单臂电桥的输出电压652 2 1051 10222oiiRSuuuVR 662 2 1055 10444oiiR

9、SuuuVR 1）当应变片的应变为）当应变片的应变为2双臂电桥的输出电压双臂电桥的输出电压12dR RdR RSdl l 机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录二、交流电桥二、交流电桥 交流电桥采用交流电源激励，电桥的四个臂可为电感、电容或交流电桥采用交流电源激励，电桥的四个臂可为电感、电容或电阻。电阻。如果交流电桥的阻抗、电流及电压都用如果交流电桥的阻抗、电流及电压都用复数复数表示，则关表示，则关于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用，即于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用，即交流电桥交流电桥的平衡条件的平衡条件为为 4231ZZZ

10、Z把各阻抗用指数式表示为把各阻抗用指数式表示为 1011jeZZ 2022jeZZ 3033jeZZ 4044jeZZ )(0402)(03014231jjeZZeZZ423104020301ZZZZ平衡条件：平衡条件：相对两臂阻抗之模的乘积相对两臂阻抗之模的乘积应相等，并且它们的阻抗角之和也必应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相等。须相等。 11机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录电容电桥电容电桥 244311)1()1(RCjRRCjR平衡条件平衡条件 42132431CRCRRRRR 要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，要

11、使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，即调节电阻达到电阻平衡，调节电容达到电容平衡。即调节电阻达到电阻平衡，调节电容达到电容平衡。 交流电桥四个交流电桥四个桥臂中有两个桥臂中有两个相邻桥臂采用纯电阻元件，相邻桥臂采用纯电阻元件，则另外两个桥臂必须接入相同性质的阻抗，例如都是电容或者则另外两个桥臂必须接入相同性质的阻抗，例如都是电容或者都是电感。都是电感。 交流电桥四个桥臂中有两个相对桥臂采用纯电阻元件，交流电桥四个桥臂中有两个相对桥臂采用纯电阻元件，则另外两个桥臂必须接入不同性质的阻抗，例如一臂是电容，则另外两个桥臂必须接入不同性质的阻抗，例如一臂是电容，另一臂是电感。另一臂是电感。

12、 12机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录电感电桥电感电桥 24312431RLRLRRRR244311)()(RLjRRLjR平衡条件平衡条件 要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电感两个参数，要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电感两个参数，即调节电阻达到电阻平衡，调节电感达到电感平衡。即调节电阻达到电阻平衡，调节电感达到电感平衡。 13机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 对于对于纯电阻交流电桥纯电阻交流电桥，即使各桥臂均为电阻，但由于导线，即使各桥臂均为电阻，但由于导线间存在分布电容

13、，相当于在各桥臂上并联了一个电容。为此，间存在分布电容，相当于在各桥臂上并联了一个电容。为此，除了有电阻平衡外，还须有电容平衡。除了有电阻平衡外，还须有电容平衡。 电阻交流电桥的分布电容电阻交流电桥的分布电容 具有电阻电容平衡的交流电阻电桥具有电阻电容平衡的交流电阻电桥 14机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录euZZu004单臂电桥单臂电桥输出电压：输出电压： 灵敏度：灵敏度：euS41半桥半桥euZZu002输出电压：输出电压： 灵敏度：灵敏度：euS21全桥全桥euZZu00输出电压：输出电压： 灵敏度：灵敏度：euS15机械工程测试技

14、术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录第三节第三节 滤波器滤波器 什么是滤波什么是滤波? ? 在通过传感器获得的信号中，常常混淆有许多其他频率在通过传感器获得的信号中，常常混淆有许多其他频率的干扰。由于这些干扰的存在，有时得不到正确的测量值，的干扰。由于这些干扰的存在，有时得不到正确的测量值，甚至有时有用的信号被淹没在干扰噪声中。为了突出有用信甚至有时有用的信号被淹没在干扰噪声中。为了突出有用信号，抑制噪声干扰，我们就要对传感器获得的信号进行滤波。号，抑制噪声干扰，我们就要对传感器获得的信号进行滤波。 滤波的实质滤波的实质就是对信号进行频率选择，完成滤波功能

15、的就是对信号进行频率选择，完成滤波功能的装置称为装置称为滤波器滤波器。当信号通过滤波器时，信号中某些频率成。当信号通过滤波器时，信号中某些频率成分得以通过，其他频率成分的信号受到衰减或抑制。信号通分得以通过，其他频率成分的信号受到衰减或抑制。信号通过滤波器的过程，就称为对信号进行过滤波器的过程，就称为对信号进行滤波滤波。16机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录低通滤波器低通滤波器允许在其截止频率以下的频率成分通过而高于此允许在其截止频率以下的频率成分通过而高于此频率的频率成分被衰减；频率的频率成分被衰减；高通滤波器高通滤波器只允许在其截止频率

16、之上的频率成分通过；只允许在其截止频率之上的频率成分通过；带通滤波器带通滤波器只允许在其中心频率附近一定范围内的频率分量只允许在其中心频率附近一定范围内的频率分量通过；通过；带阻滤波器带阻滤波器可将选定频带上的频率成分衰减掉。可将选定频带上的频率成分衰减掉。a a）低通滤波器）低通滤波器 b b）高通滤波器）高通滤波器 c c）带通滤波器）带通滤波器 d d）带阻滤波器）带阻滤波器 17机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录二、理想滤波器特性二、理想滤波器特性 理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜理想滤波器在通带内的幅频特性应为常

17、数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。率为常值；在通带外的幅频特性应为零。 理想理想滤波器在工程实际中是滤波器在工程实际中是不可能实现的。不可能实现的。 002)(0)(ftfffAfHc其它18机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 理想滤波器的单位脉冲响应函数为：理想滤波器的单位脉冲响应函数为：)(2)(2sin2)()()(000)(202202100ttfttffAdfeAdfeeAdfefHfHFthcccffttfjffftjftjftjcccc19机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测

18、试信号的调理及记录 从理想滤波器的单位脉冲响应图形可以看出，在从理想滤波器的单位脉冲响应图形可以看出，在t=0t=0时刻时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在单位脉冲输入滤波器之前，即在t t0 0时，滤波器就已经有响应时，滤波器就已经有响应了。故理想滤波器是物理不可实现。了。故理想滤波器是物理不可实现。20机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录给理想滤波器一个单位阶跃输入给理想滤波器一个单位阶跃输入0001)(tttu则理想滤波器的输出为则理想滤波器的输出为dttfttfdthututhtycc)(2)(2sin)()()()()(00 sin c

19、( sin c() )函数的积分不能用解析式表示，通常用表格或函数的积分不能用解析式表示，通常用表格或曲线的形式给出。曲线的形式给出。21机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 输出响应从零值（输出响应从零值（a a点）到稳定值点）到稳定值A A0 0（b b点）需要一定的点）需要一定的建立时间建立时间T Te e=t=tb b-t-ta a。计算积分式有：。计算积分式有： 常数对于低通滤波器ecccabeBTffBBfttT061. 061. 0 滤波器的通频带越宽，即滤波器的通频带越宽，即fc fc 越大，则响应的建立时间越大，则响应的建立

20、时间TeTe越小，即图中图形越陡峭。越小，即图中图形越陡峭。 22机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 这一结论对其它滤波器（高通、带通、带阻）也这一结论对其它滤波器（高通、带通、带阻）也适用。适用。 另一方面，滤波器的带宽表示着它的频率分辨力，另一方面，滤波器的带宽表示着它的频率分辨力，通带越窄则分辨力越高。因此，滤波器的高分辨能力通带越窄则分辨力越高。因此，滤波器的高分辨能力和测量时快速响应的要求是相互矛盾的。当采用滤波和测量时快速响应的要求是相互矛盾的。当采用滤波器从信号中选取某一频率成分时，就需要有足够的时器从信号中选取某一频率成分时

21、，就需要有足够的时间。如果建立时间不够，就会产生虚假的结果，而过间。如果建立时间不够，就会产生虚假的结果，而过长的测量时间也是没有必要的。一般采用长的测量时间也是没有必要的。一般采用BTe=5BTe=51010。 23机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录三、实际滤波三、实际滤波器器 理想滤波器的特性只需用截止频率理想滤波器的特性只需用截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点，两截止频率之间的明显的转折点，两截止频率之间的幅频特性也非常数，故需用更多参幅频特性也非常数，故需用更多参数来描述。数来描述。实际

22、滤波器的主要特性参数：实际滤波器的主要特性参数：dB)AA(32log202log202100（1 1）截止频率）截止频率fc :fc :幅频特性值等于幅频特性值等于 所对应的频率。（所对应的频率。（-3dB-3dB截止截止频率）频率）20A24机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 （2 2）纹波幅度）纹波幅度d d ：实际滤波器在通频带内可能出现纹波：实际滤波器在通频带内可能出现纹波变化。其波动幅度变化。其波动幅度d d与幅频特性的稳定值与幅频特性的稳定值A A0 0相比，越小越好，相比，越小越好，一般应远小于一般应远小于-3dB-3dB。

23、即。即 20Ad BfnQ21ccnfff （4 4）品质因数）品质因数Q:Q:中心频率中心频率fnfn和带宽和带宽B B之比为带通滤波器之比为带通滤波器的品质因数的品质因数Q Q。Q Q值越大，表明滤波器频率分辨力越高。值越大，表明滤波器频率分辨力越高。带通滤波器的中心频率定义为带通滤波器的中心频率定义为 （3 3）带宽）带宽B B：上下两截频间的频率范围称为带宽（：上下两截频间的频率范围称为带宽（-3dB-3dB带宽）。带宽表示滤波器的分辨能力，即滤波器分离信号中带宽）。带宽表示滤波器的分辨能力，即滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。相邻频率成分的能力。 12ccffB25机械工程测试技术

24、机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 （5 5）倍频程选择性）倍频程选择性W:W:在两截止频率外侧，实际滤波器有一在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰个过渡带，这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通常用倍频程选择性来表征。所谓倍频程选择性，是指在上截止常用倍频程选择性来表征。所谓倍频程选择性，是指在上截止频率频率 与与 之间，或者在下截止频率之间，或者在下截止频率 与与 之间幅之间幅频特性的衰减值

25、，即频率变化一个倍频程时的衰减量。频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。22cf2cf1cf21cf)(A)2(A20lgW22ccff)(A)2(A20lgW11ccff 倍频程衰减量以倍频程衰减量以dB/octdB/oct表示（表示（octaveoctave，倍频程）。显然，倍频程）。显然，衰减越快（即衰减越快（即W W值越小），滤波器的选择性越好。对于远离截值越小），滤波器的选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可用止频率的衰减率也可用1010倍频程衰减数表示之。即（倍频程衰减数表示之。即（dBdB10oct10oct）。）。或或26机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章

26、章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 （6 6）矩形系数矩形系数：滤波器选择性的另一种方法，是用：滤波器选择性的另一种方法，是用滤波器幅频特性值为滤波器幅频特性值为-60dB-60dB处的带宽处的带宽B B-60dB-60dB与与-3dB-3dB处的带宽处的带宽B B- -3dB3dB的的比值表示，即比值表示，即dBdBBB360dB)AA(6010log201000log20300 对理想滤波器有对理想滤波器有=1=1。对普通使用的滤波器，一般为。对普通使用的滤波器，一般为1 15 5。dB)AA(32log202log20210027机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章

27、测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 在测试系统中，常用在测试系统中，常用RCRC滤波器。因为这一领域中信号频滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。而率相对来说不高。而RCRC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能。的低频性能。 （1 1）RCRC低通滤波器低通滤波器 2.RC2.RC调谐式滤波器调谐式滤波器 xyyuudtduRC11s(s)U(s)UH(s)xy121)()()(fjfUfUfHxy28机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性 2)(11)()(

28、f2fHfA)arctan()(f2f29机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录RCfc212当当 时，时， ， 近似于一条通过原点的近似于一条通过原点的直线。此时，直线。此时，RCRC低通滤波器是一个不失真传输系统。低通滤波器是一个不失真传输系统。21f1)(fAff )(当当 时，时， ，即，即RC低通滤波器的截止频率为低通滤波器的截止频率为21f21)(fA当当 ， ，输出，输出u uy y与输入与输入u ux x的积分成正比，即：的积分成正比，即： 21f0fA)(dtuuxy130机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信

29、号的调理及记录测试信号的调理及记录（2）RC高通滤波器高通滤波器 xyyuudtuRC1122fjfjH(f)电路的微分方程式电路的微分方程式令令=RC，称时间常数。，称时间常数。传递函数和频率响应函数传递函数和频率响应函数1ssH(s)幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性2)(11)()(f2fHfAf2f1arctan)(31机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录RCfc211当当 时，时， ， ，RCRC低通滤波器是一个低通滤波器是一个不失真传输系统。不失真传输系统。21f1)(fA0)(f当当 时，时， ，即，即RCRC高通滤波器的截止

30、频率为高通滤波器的截止频率为21f21)(fA当当 ， ，输出，输出u uy y与输入与输入u ux x的积分成正比，即：的积分成正比，即： 21f0fA)(dtduuxy32机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录（3） RC带通滤波器带通滤波器 带通滤波器可以看作低通滤波器和高通滤波器的串联。带通滤波器可以看作低通滤波器和高通滤波器的串联。111)(211fj2fj2fj2fH传递函数和频率响应函数传递函数和频率响应函数11121121sss(s)(s)HHH(s)幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性22211)(11)(1)(f2f2f2f

31、A)arctan(1arctan)(21f2f2f11121CRfc22221CRfc222111CRCR33机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录11121CRfc当当 时，时， ，RCRC低通滤波器是一个不失低通滤波器是一个不失真传输系统。真传输系统。212121 f1)(fA当当 时，时， ，即，即RCRC带通滤波器的下、带通滤波器的下、上截止频率为上截止频率为2121或21f21)(fA当当 ， ，信号完全被阻挡，信号完全被阻挡，不能通过。不能通过。2121或21ff0fA)(22221CRfc34机械工程测试技术机械工程测试技术第第6

32、 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录第四节第四节 调制与解调调制与解调调制与解调调制与解调目的：目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。 调制调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信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。号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。在这里，在这里，高频高频振荡信号被称为振荡信号被称为载波载波，控制高频振荡的低频信号被称为，控制高频振荡的低频信号被称为调制调制信号信号，调制后的高频振荡信号为，调制后的高频振荡信号为已调制信号已调制信号。 解调解调是指从

33、已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。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，在工程上经常结合调制与解调是一对相反的信号变换过程，在工程上经常结合在一起使用。在一起使用。35机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录调制调制的种类：的种类：调制信号调制信号x(t)载波信号载波信号)2cos()(ftAtza) 幅度幅度调调制制(AM)2cos()(*)(0fttxAtyb) 频率调制频率调制(FM)*)(2cos()(0ttxfAtyc) 相位调制相位调制(PM)(2cos()(0txftAty36机械工

34、程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。一、幅度调制与解调一、幅度调制与解调)2cos()()()()(0tftxtytxtxm)()(21)()(21)(00fffXfffXtxm)()()()(fYfXtytx)(21)(212cos)(000fffftfty 调幅过程就相当于频率调幅过程就相当于频率“搬移搬移”过程。过程。调幅调幅37机械工程测试技术机械工程测试技术第

35、第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录解调解调 解调就是把调幅波解调就是把调幅波x xm m(t)(t) 再次与载波再次与载波y(t)y(t)信号相乘，则频信号相乘，则频域图形将再一次进行域图形将再一次进行“搬移搬移”)2cos()2cos()()()()(00tftftxtytxtzm)2(41)2(41)(21)(00ffXffXfXfZ 用低通滤波器滤除高频成分，将可以复现原信号的频谱用低通滤波器滤除高频成分，将可以复现原信号的频谱（只是幅值减半），这一过程称为（只是幅值减半），这一过程称为“同步解调同步解调”。与原频谱的。与原频谱的区别在于幅值为原来的一半，这可以通过放

36、大来补偿。区别在于幅值为原来的一半，这可以通过放大来补偿。 38机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录39机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 解调方法：解调方法：整流检波整流检波和和相敏检波相敏检波。 整流检波：整流检波： 若把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量，使偏置后若把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量，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。把该调幅波进行简单的半波或全波整流、滤波，号的形状。把该调幅波

37、进行简单的半波或全波整流、滤波，并减去所加的偏置电压就可以恢复原调制信号。这种方法又并减去所加的偏置电压就可以恢复原调制信号。这种方法又称作称作包络分析包络分析。 若所加的偏置电压未能使信号电压都为正，则用简单的若所加的偏置电压未能使信号电压都为正，则用简单的整流方法就不能恢复原调制信号，这时需要采用相敏检波的整流方法就不能恢复原调制信号，这时需要采用相敏检波的方法。方法。40机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录相敏检波器由相敏检波器由四个特性相同四个特性相同的二极管的二极管D D1 1D D4 4沿同一方向沿同一方向串联成一个桥串联成一个桥

38、式回路，桥臂式回路，桥臂上有附加电阻，上有附加电阻，用于桥路平衡。用于桥路平衡。四个端点分别四个端点分别接在变压器接在变压器A A和和B B的次级线的次级线圈上，变压器圈上，变压器A A的输入信号的输入信号为调幅波为调幅波x xm m(t)(t)，B B的输的输入信号为载波入信号为载波y(t)y(t)，u uf f(t)(t)为输出。为输出。相敏检波器是一种能根据调幅波和载波的相位差来判别调制相敏检波器是一种能根据调幅波和载波的相位差来判别调制信号极性的解调器，它适合对各种类型的调幅波进行解调。信号极性的解调器，它适合对各种类型的调幅波进行解调。设计相敏检波器时要求变压器设计相敏检波器时要求变

39、压器B B的二次边输出远大于变压器的二次边输出远大于变压器A A的二次边输出，即的二次边输出，即y(t)xy(t)xm m(t)(t)。这时，二极管的导通与截。这时，二极管的导通与截止全由参考电压止全由参考电压y(t)y(t)决定。决定。 相敏检波相敏检波41机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 1）xm(t)0，y(t) 0，二极管二极管D1、D2导通导通, ,在负载上形成两个电在负载上形成两个电流回路：流回路： 回路回路1 1：f-g-e-1-b-D2-c-3-ff-g-e-1-b-D2-c-3-f（蓝色）（蓝色） 回路回路2 2：4-a-D1-b-1-e-g-f-44-a-D1-b-1-e-g-f-4（红色）（红色）2)(2)()(2tytxtumf2)(2)()(1tytxtumf总输出为：总输出为： )()()()(21txtututumfff 42机械工程测试技术机械工程测试技术第第6 6章章 测试信号的调理及记录测试信号的调理及记录 总结：在总结：在x(t)0 x(t)0时，无论调制波时，无论调制波x xm m(t)(t)的极性是否为正，相的极性