机械测试9信号的调理与记录

光纤：功能型、传光 原理：全反半导体：霍尔、热敏电阻、气敏 辐射温度计：全辐射、光谱测温、红外热像激光：位移、速度、加速度（振动复习传感器简表3-

第四章信号的调理与记传感器输出的信号很微弱

第一节电桥 将微弱电压信号传输与放大

转换为电压或电流，可精确测量，应用广泛电调制与解*放大

一、直流电电源为直流桥臂为电阻如应

Ue(电源

Uo(输出

R

RR RR

R R

R

UUeR1R2R3R4

(4-

RR

R

R

R

R

U注意此式中的ΔRi是带符号的半桥单UUe

半桥双UUe

全UU

若相邻两桥臂电阻同相变化,则输出电压的变化将相互抵消若相邻两桥臂电阻反相变化,则输出电压的变化将相互迭加:!(工作片应该同相变化U R1R3R2U R1R3R2 Uo(输出o(RR)(RRe 平衡条件为RRRUe(电源1 2设计电桥时，使R1R2,R3 R1R2R35U(输出oRR11RRRUUe(电源o4ReReR输出与R6注意观察三种接法的灵敏度 ACACDBACDUoUe9ACACACABDB问题:否可行问题2片功能纵向,4片横向R5~R8为横向应变温度误差温度变化引起应变片的电阻变化与试件应变造成产生的原因补偿方法F受力RR未受应变电桥是应变片的测量电路 应变

交流电桥采用交流电源,桥臂 应变片灵敏度S1 厂家直接给定

R(12)S应

(3-gR

输 U Z1Z3Z2

R设有半桥单臂直流电桥

(Z1Z2)(Z3Z4

交流电UUe U

Z1Z3 (4-UUe

问题:合并后的输入/

即交流电桥平衡必须满足两个条件即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须相等.ZZZ1 2(4-但运算时采用实部/虚部表示更为方便电阻Z电容Z1 电感Z *1Z1和Z4各为ZR1 jZR 1j4C而Z2 Z3由平衡条件得:R1jCRR11 3jC42整:1RR RR3RC 2 C124R1R3R2R R3 * (如图)到平衡,但对高次谐波不一定能平衡。一般采用5~10kHz音频的交流电桥电源,采用交流电桥时还有影响测量误差的一些因素，例如电桥*例题:有人在使用电阻应变仪时,发现灵敏度不够,于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度.试问,在下列情况下,是否可以提高1）半桥双臂各串联一片；2）半桥双臂各并联一

什么是调制解调

UkU e解：在应变片+单片应变片的输出量为电阻相对变化量R二片应变片串联时

RZ1和Z4各为串联Z1R1jRZ1和Z4各为串联Z1R1jL1ZR L4L而Z2 Z3由平衡条件得:R1jL1R3R4L4R1R3R2L1R3*相对变化量没有改变二片应变片并联时，相对变化量仍然没有改变(同学自证之)结论:不论是串联还是并联都不能改变输出的电阻相对变化量，因此不能提高灵敏度，半桥单臂、半桥双臂和全桥均是如电桥

测位流电

已调制信

(参上面输 得位移信号---解调一、调幅与解1.幅值调制(调幅):

调幅信号的频域分已 变换的卷积特性:x(t)y(t)X(f)Y(f已知载波(余弦函数)的频谱cos2ft1(ff1(ff 1.余弦是简谐波

2.正余弦信号参见

载波信 已调制信y(tcos xm(t)x(t)cos2

已调制信号xm(t)x(t)cos X(f)1(ff)X(f)1(ff信号的调制与解调过程——以调信号的调制与解调过程——以调幅为合(本例为乘法还(本例为滤波然后利用交流放大器进行放大最后再从放大器的输——载波的幅值——载波的频率交流电桥是一个天然的乘法器

任何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,但幅值降低一(见下页图形*22.调幅信号的频域分析(图形任何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,但幅值降低一时 频余弦的频载波(余弦cos2f(ff)(ff000 调制信号频谱(另求已调制信(调幅波x(t)x(t)cos2(平移至该脉冲处,幅值降一半mX(f)X(f(ff(ff *2.调幅信号的频域分析(图形不会产生混叠现象上时频信号最高频未产生混*解调的解调的目的:从调幅波(已调制信号)中恢复原缓变信号要用到的几个概念整流:双极性信号变为单极性信号,常用的整流器如二极滤波由于载波频率常比调制信号频率高10倍以上因此用问题:若原信号有极性,如何处理3种解调方法:同步解调、包络检波、相敏检波(既能识别原信号的幅值,又能识别其极性,最常用);用乘法器把调幅波再次与 载波频载波信号相乘,则频域的频用低通滤波器滤去中心频 已调制信号(调幅波)频为2f0的高频成分,便复现原放大来补偿与原载波再次卷方法简单, 是:要求 经低通滤性能良好的线性乘法器件*包络检波(又称整流检波难点仅从调幅波无法识别调制

相敏检波既能反映调制信号的幅值又能反映其极性目前用得回顾,在调制时解决方法:先对调为正电压值然后再调幅,此时调半波;:加偏置要足够,减偏置要准确

加直流偏

直流偏置不*

调幅波=调制信号×载依上 (图中绿线(图中棕线即解调时可以利用调幅波与载波

同 反

调载包络相敏检解调时,利用调幅波与载波的同相/反相关系得到调制信号极性调幅波与载 相调为

正,二种情况载波为正时,调幅波直接输出号为负,也是二种情况(可自推之

同 反

载调幅包络

调幅成环形结

载负调幅同 反 包络解载 信性的被测量---既检相又检波 解相敏检波的典型实现:二极管相 信

设计使T2二次侧电压大于T1二次载波与调 相时(调制信号为正

另半波调幅波已被反检波电路(下页

另半波调幅波已被反

载波为正时,VD1导通,电流自上而下经R1(红),输出uo=u52>0(正调幅波载波为负时,VD3导通,电流仍自上而下经R1(绿),输出uo=u54>0(负调幅波反相载波与调幅波反相时(调制信号为负),VD2或VD4导通,可自行分析 交流电桥---是一个乘法器,相当于调幅UZZZ13 2 o 振荡器(3大功能)---提供交流电源+作为载波+为相敏检波提供(ZZ)(ZZe试调制信号y(t)A 0txf(t)Acos([0tkx(t)dt只须定性理解载波的中心频率为ω0,x(t)=0时调频波频率ω0保持不变;x(t)>0时调频波频率在中心频率的基础上按比例((调制)信调频调频波特点：等幅波，频率随调制信号变*锯齿波调