机械工程测试第四章

机械工程测试第四章第一页，共六十七页，2022年，8月28日3.直流电桥工作特性第二页，共六十七页，2022年，8月28日1）半桥单臂令

则第三页，共六十七页，2022年，8月28日2）半桥双臂令

则第四页，共六十七页，2022年，8月28日3）全桥令

则第五页，共六十七页，2022年，8月28日结论（电桥的和差特性）：*相邻臂符号同，输出为两半臂各自输出之差；相邻臂符号反，输出为两半臂各自输出之和。*和差性质的应用例：温度补偿；应变测力组桥第六页，共六十七页，2022年，8月28日4.电桥零位平衡调节第七页，共六十七页，2022年，8月28日二.交流电桥

1.平衡条件第八页，共六十七页，2022年，8月28日2.几种交流电桥

1）电容电桥平衡条件第九页，共六十七页，2022年，8月28日

2）电感电桥平衡条件：

3）纯电阻交流电桥第十页，共六十七页，2022年，8月28日3.交流电桥的平衡装置第十一页，共六十七页，2022年，8月28日三.带感应耦和臂的电桥第十二页，共六十七页，2022年，8月28日

第二节调制与解调1.调制定义2.调制方式：调幅、调频、调相3.解调定义第十三页，共六十七页，2022年，8月28日一.调幅及其解调1.调幅原理载波信号调制信号已调制波第十四页，共六十七页，2022年，8月28日2.解调*解调方式：同步解调、整流解调、相敏解调1）同步解调（1）方法：将调制波与原载波信号相乘，从中滤去高频分量。第十五页，共六十七页，2022年，8月28日（2）时、频域分析第十六页，共六十七页，2022年，8月28日2）整流解调第十七页，共六十七页，2022年，8月28日3）相敏解调原理第十八页，共六十七页，2022年，8月28日第十九页，共六十七页，2022年，8月28日第二十页，共六十七页，2022年，8月28日第二十一页，共六十七页，2022年，8月28日第二十二页，共六十七页，2022年，8月28日第二十三页，共六十七页，2022年，8月28日相敏解调器的应用例第二十四页，共六十七页，2022年，8月28日二.调频及其解调1.调频1）定义2）调频方法及原理（1）直接调频法（2）参数调频法第二十五页，共六十七页，2022年，8月28日调频分析第二十六页，共六十七页，2022年，8月28日（3）电压调频法u0第二十七页，共六十七页，2022年，8月28日3.调频信号的解调（鉴频）1）定义2）鉴频（解调）方法：微分鉴频、相位鉴频、斜率鉴频、锁相环等3）斜率鉴频工作原理第二十八页，共六十七页，2022年，8月28日第三节滤波器1.滤波器的功能使信号中特定的频率成分通过，非特定的频率成分被极大地衰减。滤波器在测试技术领域中的应用有：1)在噪声背景下提取有用的信号2)构成各种模拟频谱分析仪3)数字信号处理系统中的预处理环节（如解决混频问题）

第二十九页，共六十七页，2022年，8月28日2.滤波器的类别1）依据选频作用分(1)低通滤波器(2)高通滤波器(3)带通滤波器(4)带阻滤波器过渡带B第三十页，共六十七页，2022年，8月28日2）依据所处理的信号性质分为模拟滤波器数字滤波器3）依据是否带有源器件分为无源滤波器有源滤波器二.滤波器性能分析

1.理想滤波器特性对理想滤波器的基本要求：对有用信号无失真传输，对无用信号能完全抑制。理想特性可归纳为:

第三十一页，共六十七页，2022年，8月28日理想测试系统理想滤波器低通滤波器的理想特性(1)有用信号频带内，应当是常值幅频，线性相频;(2)有用信号频带外，幅频立即下降到零，相频特性如何无关紧要。低频理想滤波器的频响函数及特性曲线：第三十二页，共六十七页，2022年，8月28日4.实际滤波器的特性及主要特性参数1）实际滤波器的特性（带通）如下图。

2）主要特性参数：（1）截止频率幅频特性值等于所对应的频率：即fc1、fc2。fc1、fc2分别称为下截止频率和上截止频率。

第三十三页，共六十七页，2022年，8月28日（2）带宽滤波器的工作频率范围，即B=fc2-fc1。

因为：，所以fc2-fc1常称为“负三分贝带宽”。（3）纹波幅度

实际滤波器在通频带内的幅度波动值。第三十四页，共六十七页，2022年，8月28日（4）品质因数Q中心频率fn与带宽B之比，即，其中称为中心频率。（5)选择性表示滤波器对带宽外频率成分的衰减能力，有两种表示方式：

①倍频程选择性

用幅频特性曲线上两对应点的纵坐标之比表示，通常用截止频率fc2与2fc2，或下截止频率fc1与1/2fc1幅频特性值之比来表示，即：或它实际上是频率变化一个倍频程时的幅值衰减量。第三十五页，共六十七页，2022年，8月28日②滤波器因数

用两个幅频特性值所对应的带宽之比表示，常用幅频特性为－60dB处的带宽B–60dB

与－3dB处的带宽B–3dB之比表示，即

λ=B–60dB/B–3dB

理想滤波器的λ＝1，一般1<λ<5。

两种选择性定义均表示了实际滤波器与理想滤波器的接近程度。第三十六页，共六十七页，2022年，8月28日三.几种实际滤波电路及特性RC滤波器由电阻、电容等无源元器件组成，常称为无源滤波器。特点是电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，选用标准阻容元件容易实现。1.一阶RC低通滤波器①电路图第三十七页，共六十七页，2022年，8月28日幅频图相频图②电路的微分方程及幅频、相频特性图为

（）第三十八页，共六十七页，2022年，8月28日*特性分析：

a.当时，A(f)≈1，φ（f）-f关系为近似于一条通过原点的直线。此时可视RC低通滤波器为不失真传输系统。

b.当时，，即表明，RC值决定着上截止频率，改变RC数值，可改变滤波器的截止频率。

第三十九页，共六十七页，2022年，8月28日2.RC高通滤波器①电路图②电路微分方程及传递函数、频响函数为

（）第四十页，共六十七页，2022年，8月28日③幅频、相频特性及特性图为第四十一页，共六十七页，2022年，8月28日*特性分析

a.当时，，滤波器的-3dB截止频率为

b.当时，即当f相当大时，幅频特性接近于1，相移趋于零，此时RC高通滤波器可视为不失真传输系统。

c.当时，RC高通滤波器起着微分器作用。第四十二页，共六十七页，2022年，8月28日（3）RC带通滤波器

RC带通滤波器可视为低通、高通滤波器串联而成。已知一阶高通滤波器的传递函数为一阶低通滤波器的传递函数为串联系统的传递函数、幅频特性、相频特性为第四十三页，共六十七页，2022年，8月28日故带通滤波器的传递函数、幅频特性、相频特性为滤波器的下、上截止频率分别是第四十四页，共六十七页，2022年，8月28日（4）常用的一阶RC滤波器特性汇总第四十五页，共六十七页，2022年，8月28日*一阶RC滤波器的缺陷在过渡带内的衰减速率很慢（每个倍频程只有6dB），通带和阻带之间没有陡峭的界限，滤波性能较差。改进方式：#LC滤波器（教材图4-28）；#多个RC环节或LC环节级联（教材图4-29）；#有源滤波器。第四十六页，共六十七页，2022年，8月28日四.滤波器的组合使用1）滤波器的串联（1）基本要求：串联使用的滤波器中心频率应相同。（2）串联特性：幅频特性相乘，使通频带外的频率成分有更大的衰减斜率；相频相加，使相位变化更剧烈，恶化使用效果。2）滤波器的并联（1）用途：①选取信号中某些特殊频率成分，②作频谱分析。第四十七页，共六十七页，2022年，8月28日（2）基本要求：①各滤波器均为带通滤波器，②各滤波器具有相同放大倍数。（3）实施方案：①由中心频率可调的单一滤波器组成，特点：频率调节范围有限；②由若干个中心频率、带宽按一定的规律分布的滤波器组成。应用例如下图示。

第四十八页，共六十七页，2022年，8月28日第四十九页，共六十七页，2022年，8月28日

a.排列要求：排列起来的滤波器组的滤波范围应能覆盖待分析信号的整个频谱，具体为：前一个滤波器的-3dB上截止频率与下一个相邻滤波器的-3dB下截止频率邻接，如图示。第五十页，共六十七页，2022年，8月28日

b.带宽分布的方式：有两种Ⅰ.恒带宽比滤波器：各滤波器组元带宽B与其中心频率fo之比为一常数，即。并使（1）（此时也存在）式中：fc1、fc2－两邻接滤波器的中心频率；

n－倍频程数，n取值1、1/3等。对应的滤波器称为倍频程滤波器、1/3倍频程滤波器，其频率分布如表示。第五十一页，共六十七页，2022年，8月28日因为（2）

所以，又因

故第五十二页，共六十七页，2022年，8月28日若n＝1，则Q＝1.41B=0.707fo若n＝1/3，则Q＝4.38B=0.23fo由此求得对应于各中心频率的带宽如表2示：n=1n=1/3第五十三页，共六十七页，2022年，8月28日*恒带宽比滤波器特点：通频带在低频段窄，分辨力好；通频带在高频段宽，分辨力差。Ⅱ.恒带宽滤波器：组成方式

各滤波器组元带宽B相同,满足第五十四页，共六十七页，2022年，8月28日性能特点

通频带在高、低频段相同，分辨力相同。为提高分辨力，滤波器带宽需取窄些，这在给定谱宽条件下，所需滤波器数量则大。第五十五页，共六十七页，2022年，8月28日3）中心频率可调式通过改变中心频率使该滤波器的通带跟随所要分析的信号频率范围要求来变化。但此类带通滤波器，在调节中心频率过程会改变滤波器的参数如增益、Q值，因此这种滤波器，中心频率的调节范围有限

第五十六页，共六十七页，2022年，8月28日*滤波器带宽与分辨力关系例：已知一信号含有的频率成分为940Hz和1060Hz，现用倍频程分别为1/3、1/10的两种恒带宽比滤波器与另一具有-3dB带宽3Hz的恒带宽滤波器分别对其进行谱分析，分析结果如下图。第五十七页，共六十七页，2022年，8月28日第五节测试信号的显示与记录

显示与记录的目的:(1)观察各路信号的大小或实时波形;(2)及时掌握测试系统的动态信息，如输出信号大小;信号中含状况;(3)记录信号的重现;(4)对信号进行后续的分析和处理。第五十八页，共六十七页，2022年，8月28日

一、信号显示仪器1.模拟示波器－阴极射线示波器由示波管、放大器和锯齿波发生器等部分构成。在示波管垂直偏转板上加信号电压，在水平偏转板上加锯齿波电压，可使电子束在荧光屏上描绘出欲研究的电压波形，以便观察、记录或拍摄照片。第五十九