信号调理处理与记录显示

信号调理处理与记录显示信号调理处理与记录显示第1页一、直流电桥二、交流电桥§1电桥目录信号调理处理与记录显示第2页一、调幅及其解调二、调频及其解调§2调制与解调目录信号调理处理与记录显示第3页一、滤波器分类二、理想滤波器三、实际RC调谐式滤波器四、恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器§3滤波器目录信号调理处理与记录显示第4页§1电桥电桥是将电阻、电感、电容等参量改变变为电压或电流输出一个测量电路。分类：

按激励电压性质直流电桥交流电桥

按输出方式不平衡桥式电路平衡桥式电路目录信号调理处理与记录显示第5页一、直流电桥1、电磁形式

2、平衡条件

为直流电源要使电桥平衡，输出为零，应满足为输出电压上页目录信号调理处理与记录显示第6页3、输出特征（1）半桥单臂接法

输出电压为了简化设计，取相邻两桥臂电阻相等，即若，则输出电压因，所以上页目录信号调理处理与记录显示第7页可见，电桥输出与激励电压成正比，且在条件下，与成正比。灵敏度上页目录信号调理处理与记录显示第8页（2）半桥双臂接法输出灵敏度与半桥单臂相比，灵敏度提升了一倍，电桥输出与成完全线性关系。上页目录信号调理处理与记录显示第9页（3）全桥接法输出灵敏度上述电桥是在不平衡条件下工作，它缺点是当电源电压不稳定，或环境温度改变时，会引发电桥输出改变，从而产生测量误差。所以，在一些情况下采取平衡电桥。上页目录信号调理处理与记录显示第10页平衡电桥设被测量等于零时，电桥处于平衡状态，此时指示仪表G及可调电位器H指零。当某一桥臂随被测量改变时，电桥失去平衡，调整电位器H，改变电阻R5触电位置，可使电桥重新平衡，电表G指针回零。电位器H上标度与桥臂电阻值改变成百分比，故H指示值能够直接表示被测量数值。上页目录信号调理处理与记录显示第11页二、交流电桥交流电桥采取交流激励电压。电桥四个臂可为电感、电容或电阻。电桥平衡条件把各阻抗用指数式表示代入上式上页目录信号调理处理与记录显示第12页阻抗角是各桥臂电流与电压之间相位差。纯电阻时电流与电压同相位，φ=0；电感性阻抗，φ>0；电容性阻抗，φ<0。上页目录电桥平衡必须满足两个条件其中，为各阻抗模；为阻抗角。信号调理处理与记录显示第13页

电容传感器电感传感器电阻传感器上页目录信号调理处理与记录显示第14页第二节调制与解调调制：使一个信号一些参数在另一信号控制下发生改变过程。前一信号称为载波，后一信号（控制信号）称为调制信号。最终输出是已调制波。解调：最终从已调制波中恢复出调制信号过程。依据载波受调制参数不一样，调制可分为调幅（AM）调频（FM）调相（PM）上页目录信号调理处理与记录显示第15页一、调幅及其解调调幅：将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号幅值随测试信号改变而改变。1、调幅原理由傅立叶变换性质知：在时域中两个信号相乘，则对应在频域中这两个信号进行卷积，即余弦函数频域图形是一对脉冲谱线一个函数与单位脉冲函数卷积结果，就是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处。上页目录信号调理处理与记录显示第16页若以高频余弦信号作载波，把信号x(t)和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号频谱图形由原点平移至载波频率处，幅值减半。即，上页目录信号调理处理与记录显示第17页调制器上页目录x(t)y(t)信号调理处理与记录显示第18页从调幅原理看，载波频率必须高于原信号中最高频率才能使已调波仍保持原信号频谱图形，不致重合。为了减小放大电路可能引发失真，信号频宽相对中心频率（载波频率）应越小越好。实际载波频率常最少数倍甚至数十倍于调制信号。上页目录信号调理处理与记录显示第19页乘法器低通2、解调（1）同时解调把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行“偏移”。若用一个低通滤波器滤去中心频率为高频成份，那么将可以复现原信号频谱（幅值减小为二分之一），这一过程称为同时解调。“同时”指解调时所乘信号与调制时载波信号含有相同频率和相位。上页目录载波y(t)调幅波x(t)信号调理处理与记录显示第20页（2）偏置解调

把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量A，使偏置后信号都含有正电压，那么调幅波包络线将含有原调制信号形状。把该调幅波简单地整流、滤波就可恢复原调制信号。假如原调制信号中有直流分量，则在整流后应准确地减去所加偏置电压。若所加偏置电压未能使信号电压都在零线一侧，则对调幅波简单地整流不能恢复原调制信号。相敏检波技术可处理此问题。上页目录信号调理处理与记录显示第21页3、相敏检波A54123BCd....上页目录信号调理处理与记录显示第22页工作原理：调幅波与载波y(t)同相载波电压为正均为正（原信号x(t)为正）载波电压为负调幅波与载波y(t)异相载波电压为正均为负（原信号x(t)为负）载波电压为负上页目录信号调理处理与记录显示第23页4、动态电阻应变仪上页目录信号调理处理与记录显示第24页二、调频及其解调调频（频率调制）是利用信号电压幅值控制一个振荡器，振荡器输出是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。当信号电压为零时，调频波频率等于中心频率；信号电压为正值时频率提升，负值时则降低。上页目录信号调理处理与记录显示第25页两种常见调频方法及一个解调方案：（一）直接调频测量电路把被测量改变直接转换为振荡频率改变称为直接调频式测量电路，其输出也是等幅波。（二）压控振荡器压控振荡器输出瞬时频率与输入控制电压值成线性关系。上页目录信号调理处理与记录显示第26页（三）变压器耦合谐振回路鉴频法调频波解调又称为鉴频，是将频率改变恢复成调制信号电压幅值改变过程。伴随测量参数改变，幅值随调频波频率近似线性改变，调频波频率和测量参数保持近似线性关系。所以，把进行幅值检波就能取得测量参量改变信息，且保持近似线性关系。频率-电压线性变换个别幅值检波个别目录上页信号调理处理与记录显示第27页第三节滤波器一、概述1、作用：选频作用①进行频谱分析②滤除干扰噪声2、分类

①低通滤波器按选频作用分②高通滤波器③带通滤波器④带阻滤波器

上页目录信号调理处理与记录显示第28页

①RC谐振滤波器按组成元件类型分②LC谐振滤波器③晶体谐振滤波器按组成电路性质分①有源滤波器②无源滤波器按所处理信号信号分①模拟滤波器②数字滤波器上页目录信号调理处理与记录显示第29页二、理想滤波器若滤波器频率响应H(f)满足条件则称为理想滤波器。上页目录f0信号调理处理与记录显示第30页脉冲响应函数在频域为矩形窗函数“理想”低通滤波器时域脉冲响应函数是sinc函数。如无相角滞后，即，则h(t)含有对称图形。上页目录信号调理处理与记录显示第31页理想滤波器是不能实现。因为h(t)是滤波器在δ(t)作用下输出，其图形却表明，在输入δ(t)到来之前，即t<0,滤波器就有了与输入相对应输出。显然，这违反了因果关系，任何现实滤波器不可能有这种预知未来能力，所以理想低通滤波器是不可能存在。能够推论，理想高通、带通、带阻滤波器都是不存在。上页目录信号调理处理与记录显示第32页阶跃响应给滤波器以单位阶跃输入u(t)，滤波器输出y(t)将是该输入和脉冲响应函数h(t)卷积：不考虑前、后皱波，输出从零值（a点）到应有稳定值（b点）需要一定建立时间。上页目录0ty(t)时移只影响输出曲线y(t)右移，不影响值。信号调理处理与记录显示第33页滤波器通频带越宽，即越大，则h(t)图形越陡峭，响应建立时间也将越小。上页目录信号调理处理与记录显示第34页低通滤波器对阶跃响应建立时间和带宽B成反比，或者说带宽和建立时间乘积是常数，即上页目录需要一定建立时间解释：输入信号如有突变处必定含有丰富高频分量。低通滤波器阻衰了高频分量，其结果是把输出波形“圆滑”了。通带越宽，阻衰高频分量越少，使信号能量更多、更加快地经过，所以建立时间就短；反之，则长。信号调理处理与记录显示第35页三、实际RC调谐式滤波器（一）基础参数1、纹波幅度d

2、截止频率

幅频特征值等于所对应频率。3、带宽B和品质因数Q值上下两截止频率之间频率范围称为滤波器带宽。中心频率和带宽B之比称为滤波器品质因数Q。4、倍频程选择性倍频程选择性是指在上截止频率与之间，或者在下截止频率与之间幅频特征衰减量。5、滤波器因数λ

A(f)fff0c1c2.dd上页目录信号调理处理与记录显示第36页（二）RC调谐式滤波器基础特征1、一阶RC低通滤波器电路微分方程式：令τ=RC，称时间常数。传递函数上页目录信号调理处理与记录显示第37页1º、当时，A(f)=1,φ(f)-f近似于一条经过原点直线。此时，RC低通滤波器是一个不失真传输系统。2º、当时，，即

表明，RC值决定着上截止频率。3º、当时，输出与输入积分成正比，即此时，RC低通滤波器起着积分器作用。上页目录信号调理处理与记录显示第38页2、RC高通滤波器微分方程式令RC=τ，则传递函数上页目录信号调理处理与记录显示第39页1º、当时，滤波器-3dB截止频率为2º、当时，；

RC高通滤波器可视为不失真传输系统。3º、当时，输出与输入微分成正比，

RC高通滤波器起着微分器作用。上页目录动态演示信号调理处理与记录显示第40页3、RC带通滤波器带通滤波器可看成是低通滤波器和高通滤波器串联组成。串联所得带通滤波器以原高通滤波器截止频率为下截止频率，即其上截止频率为原低通截止频率，即分别调整高、低通步骤时间常数（及），就可得到不一样上、下截止频率和带宽带通滤波器。上页目录信号调理处理与记录显示第41页四、恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器①使带通滤波器中心频率可调，经过改变RC

调谐参数而使其中心频率跟随所需量测信号频段。②使用一组各自中心频率固定、但又按一定规律相隔滤波器组。多个滤波器上页目录信号调理处理与记录显示第42页（一）恒带宽比滤波器带宽比

滤波器中心频率越高，其带宽越大。若一个带通滤波器低端截止频率为，高端截止频率为，则其关系为：n称为倍频程数滤波器中心频率恒带宽比滤波器频率分辨力在低频段很好，在高频段则甚差。上页目录