传感与测试技术-信号的调理与记录

第四章信号的调理与记录精选ppt传感器调理与处理显示或控制装置被测信号信号信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。1.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，有的还要进行阻抗变换。

2.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。精选ppt3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信进行调制解调处理。

4.传感器输出的是非电信号信号调理与记录的意义精选ppt主要内容电桥调制与解调滤波器信号的放大测试信号的显示与记录精选ppt第一节电桥定义：电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。分类：按鼓励电压的不同可分为直流电桥交流电桥精选ppt直流电桥平衡条件bacdR1R2R3R4I1I2UeUo平衡条件：对臂电阻乘积相等。即：R1R3=R2R4精选ppt直流电桥的输出特性单臂电桥接法为了简化桥路，设计取abcdR1+ΔRR2R3R4I1I2UeUo精选ppt直流电桥的输出特性半桥接法abcdR1+ΔRR2-ΔRR3R4I1I2UeUo精选ppt直流电桥的输出特性如果像右图一样接桥，输出的电压是多少？abcdR1+ΔRR2+ΔRR3R4I1I2UeUo精选ppt电桥的和差特性假设相邻两桥臂电阻同相变化，所产生的输出电压的变化将互相抵消；假设相邻两桥臂电阻反相变化，所产生的输出电压的变化将互相叠加；精选ppt直流电桥的输出特性全桥接法abcdR1+ΔRR2-ΔRR3+ΔRR4-ΔRI1I2UeUo精选ppt单臂电桥接法：半桥接法：全桥接法：全桥接法的灵敏度最高精选ppt精选ppt精选ppt交流电桥交流电桥特点：电桥四臂：R、L、C；电源：交流电压各阻抗用指数式表示为：

阻抗角是各桥臂电流与电压之间的相位差。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。精选ppt交流电桥交流电桥平衡条件：精选ppt交流电桥电容电桥平衡条件：精选ppt交流电桥电感电桥平衡条件：精选ppt第二节调制与解调主要解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。调制信号载波调制波精选ppt定义调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化的过程。前一信号称为载波，后一信号〔控制信号〕称为调制信号。最后的输出是已调制波。根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅、调频、调相。解调：最终从已调制波中恢复出调制信号的过程。精选ppt调制：Modulation调幅(Amplitudemodulation--AM〕调频〔Frequencymodulation-FM)调相〔Phasemodulation--PM)分类：精选ppt精选ppt调幅及其解调幅值调制：将一个高频简谐信号〔载波〕与测试信号〔调制信号〕相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化。调制器（乘法器）调制信号载波调幅波精选ppt调幅信号的实质从时域上：用x〔t〕去控制改变y〔t〕的幅值，使xm〔t〕的幅值随着x〔t〕的变化而变化，频率仍与y〔t〕相同。从频域上：相当于频率的搬迁过程。从低频搬迁到高频。频谱形状保持不变〔f0>>fm)。精选ppt解调同步解调：把调幅波再次与原载波信号相乘，那么频域图形将再一次进行“偏移〞。假设用一个低通滤波器滤去中心频率为2f0的高频成分，那么将可以复现原信号的频谱〔幅值减小为一半〕。“同步〞指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。精选ppt包络检波〔整流检波〕把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量A，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号的形状。把该调幅波简单地整流、滤波就可恢复原调制信号。精选ppt相敏检波相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。交变信号过零线时符号发生突变〔+、-〕，与之对应的调幅波相位〔与载波比较〕也相应地发生180°的相位跳变。利用载波信号与调幅信号比相，便既能反映出原信号的幅值又能反映其极性。精选ppt频率调制及其解调概念：利用调制信号控制高频载波信号频率变化的过程原理：设载波y(t)=Acos(ω0t+θ0)，调频ω(t)

=ω0+kx(t)

x(t)xf(t)tt精选ppt调频方法电路的谐振频率：假设电容的变化量为ΔC，那么泰勒级数展开并忽略高阶项精选ppt调频信号解调〔鉴频〕鉴频：是将频率变化恢复成调制信号电压幅值变化的过程。精选ppt调幅与调频的比较频率调制较之幅度调制的一个重要的优点是改善了信噪比调频系统较之调幅系统复杂分析调频波要比分析调幅波困难，实际上，对调频波的分析是近似的精选ppt第三节滤波器滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分．分类：〔根据滤波器的选频作用分为〕低通高通带通带阻精选ppt滤波器作用精选ppt理想滤波器理想滤波器：是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。理想滤波器的频率响应为理想滤波器是不能实现的精选ppt实际滤波器的特征参数0A实际滤波器幅频特性中通带和阻带间没有严格界限，存在过渡带。f精选ppt1)截止频率fc：0.707A0所对应的频率．

2)纹波幅度d：绕幅频特性均值A0波动值3)带宽B和品质因数Q：下两截频间的频率范围称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数。

波动幅度d与幅频特性平均值A0相比应远小于-3dB。0ffc1fc2A00.707A0BQ=f0/Bd精选ppt实际滤波电路低通滤波器精选ppt幅频特性10精选ppt高通滤波器1精选ppt滤波器的应用机床轴心轨迹的滤波处理精选ppt滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律精选ppt钢管无损探伤滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警精选ppt调节计算机mp3播放器等软件中的声音均衡器，试验其对音乐信号的滤波情况。310Hz~3kHz这三段它们包含了大多数乐器的低频谐波，如果提升过多会使声音像里的声音。如把600Hz和1kHz过度提升会使声音像喇叭的声音。如把3kHz提升过多会掩蔽说话的识别音，即口齿不清，并使唇音“mbv〞难以分辨。如把1kHz和3kHz过分提升会使声音具有金属感。由于人耳对这一频段比较敏感，通常不调节这一段，过分提升这一段会使听觉疲劳。精选ppt第四节信号的放大放大器的特点虚短

u+=u-虚断

i+=i-=0+-u-u+uo精选ppt根本放大电路反相放大器Ii=If，U+=U-=0I1IfU+U--+o精选ppt同相放大器差分放大器oUi2R2U0Ui1RfR1Rf精选ppt仪器放大器也称精密放大器，通常用于对传感器送出的微弱电信号进行放大，为此要求仪器放大器要有很高的电压增益。精选ppt第五节 测试信号的显示与记录目的：测试人员通过显示仪器观察各路信号的大小或实时波形；及时掌握测试系统的动态信息，及时采取相应的措施-增益调整、滤波等；记录信号的重现；对信号进行后续的分析和处理。精选ppt信号的显示指示机构精选ppt信号的记录传统的方法-光线示波器、磁带记录等已很少使用目前比较常用的：用数据采集仪器进行信号记录用计算机内插A/D卡进行数据采集与记录仪器前段直接实现数据采集与记录精选ppt第五章信号处理初步信号处理的目的别离信、噪，提高SNR；从信号中提取有用的特征信号；修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。精选ppt信号处理系统分类模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算的电路，如模拟滤波器、乘法器、微分放大器等环节组成。通常是数字信号处理的前奏，例如滤波、限幅、隔直、解调等预处理。数字信号处理系统借助计算机的软件程序完成；借助专用数字处理机。精选ppt数字信号处理的优势用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构计算机软硬件技术开展的有力推动多种多样的工业用计算机。灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统精选ppt主要内容数字信号处理的根本步骤信号数字化出现的问题相关分析及其应用功率谱分析及其应用精选ppt第一节数字信号处理的根本步骤数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。物理信号对象传感器电信号预处理电信号A/D转换数字信号计算机显示D/A转换电信号控制物理信号精选ppt第二节信号数字化出现的问题数字信号处理过程把一个连续变化的模拟信号转化为数字信号；然后由计算机处理，从中提取有用的信息。信号数字化过程包含着一系列步骤，每一步骤都可以引起信号和其蕴含信息的失真。精选ppt计算一个模拟信号的频谱时域或频域无限长连续信号时域采样时域无限长序列频域连续周期信号截断时域有限长序列频域连续周期信号频域采样时域有限长周期性离散序列频域有限长周期性离散序列整周期截断时域有限长序列频域有限长序列精选ppt时域采样、混叠和采样定理时域采样：把连续时间信号变成离散时间序列的过程。相当于在连续时间信号上“摘取〞许多离散时刻上的信号瞬时值采样间隔的选择是一个重要问题。间隔太小〔采样频率高〕，数字序列长，计算工作量大；假设采样间隔过大〔采样频率低〕，那么可能丧失有用信息。精选ppt采样定理x(0),x(1),x(2),……,x(n)精选ppt采样定理0t0f0t0ft00f精选ppt采样定理为保证采样后信号能真实地保存原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。注意：满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。0t0f精选ppt量化和量化误差量化：采样所得的离散信号电压的幅值，假设用二进制数码组来表示，就使离散信号变成数字信号。量化实质：从一组有限个离散电平〔量化电平〕中取出一个来近似代表采样点的信号实际幅值电平精选ppt量化和量化误差量化单位：A/D转换器的位数是一定的。一个n位〔字长〕的二进制数，共有L=2n个数码。如果A/D转换器允许的动态工作范围为D，那么两相邻量化电平之差为：q=D/2(n-1)量化误差：当离散信号采样值x(n)的电平落在两个相邻量化电平之间，就要舍入到相近一个量化电平上，该量化电平与信号实际电平之间的差值称为(n)。(n)(-q/2,+q/2)量化误差(n)将形成叠加在信号采样值x(t)上的随机噪声，其值通常比其他误差小，可忽略。A/D转换器的位数选择，视信号的具体情况和量化精度要求而定。精选ppt截断、泄漏和窗函数截断：将信号乘以时域的有限宽矩形窗函数。泄漏：窗外的时域信息全部损失了，而导致频域上增加了频率分量。精选ppt频域采样、时域周期延拓和栅栏效应频域采样：信号经过时域采样和截断后，其频谱是连续的。如果要用数字信号描述频谱，这就意味着必须使频率离散化，实行频域采样。时域周期延拓：频域采样后的信号在时域中相当于将窗内的信号波形在窗外进行周期延拓，即时域周期延拓。精选ppt栅栏效应栅栏效应：对一个函数进行采样，其效果有如透过栅栏的缝隙观看外景一样，只有落在缝隙前的少数景象被看到，其余均视为零，这种现象称为栅栏效应。挡住的局部可能是重要的或具有特征的成分。精选ppt频率分辨力、整周期截断频率采样间隔：是频率分辨力的指标

f=fs/N=1/T这种关系加重了频率分辨力和计算工作量的矛盾整周期截断：对周期信号实行整周期截断是获得准确频谱的先决条件。精选ppt第三节相关分析及其应用函数关系：两变量间存在一一对应确实定关系。相关关系：随着某一个变量数值确实定，另一变量按一定的概率统计取值。本节主要内容两随机变量的相关系数信号的自相关函数信号的互相关函数精选ppt两随机变量的相关系数当数据点分布越接近于一条直线时，相关系数的绝对值越接近于1，x和y的线性相关程度越好。相关系数的正负号表示一变量随另一变量的增加而增加或减少。相关系数越接近于0时，可以认为x、y两变量完全无关，但可能存在某种非线性的相关关系甚至函数关系精选ppt相关系数：表示两个变量之间的相关程度。精选ppt信号的自相关函数设x(t)是某各态历经随机过程的一个样本记录，x(t+τ)是x(t)时移τ后的样本，二者具有相同的均值和标准差精选ppt信号的互相关函数两个各态历经过程的随机信号x(t)和y(t)的互相关函数定义为假设两信号是同频率的周期信号或包含相同的频率的周期成分，那么互相关函数也会出现该周期成分，且不收敛。精选ppt

当运动的热轧钢带表面的反射光经透镜聚焦在相距为d的两个光电池上时，反射光通过光电池转换为电信号，经可调延时器延时，再进行相关处理。当可调延时t等于钢带上某点在两个测点之间经过所