机械工程测试第四章模拟信号分析.ppt

主要内容 4.1 调制与解调 4.1 调制与解调 4.1 调制与解调 幅值调制与解调原理 　　幅值调制（调幅AM）是将一个高频简谐信号（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。以频率为fz的余弦信号z(t)作为载波为例。 幅值调制 调幅过程就相当于频率“搬移”过程 幅值调制 幅值调制 幅值调制的频域分析 幅值调制仿真实验 幅值调制的解调 幅值调制的解调 幅值调制的解调 幅值调制的解调 幅值调制的解调 幅值调制的解调 环形相敏检波电路 幅值调制的解调 已调制波与载波同相 幅值调制的解调 已调制波与载波同相 幅值调制的解调 幅值调制的应用电路 角度调制与解调原理 4.2 滤波器 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。 本节所述内容属于模拟滤波范围。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。 4.2 滤波器 滤波器分类 根据滤波器的选频作用分类 4.2 滤波器 与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 4.2 滤波器 它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。 4.2 滤波器 与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。 4.2 滤波器 低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。 4.2 滤波器 4.2 滤波器 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，其通带和阻带之间有明显的分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。 理想滤波器 理想低通滤波器的频率响应函数为 理想滤波器 其幅频及相频特性曲线为 理想滤波器 分析下式所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc函数，图形如下图所示。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，从图中可以看出，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在t0时，滤波器就已经有响应了。显然，这是一种非因果关系，在物理上是不能实现的。这说明在截止频率处呈现直角锐变的幅频特性，或者说在频域内用矩形窗函数描述的理想滤波器是不可能存在的。 实际滤波器的频域 图形不会在某个频 率上完全截止，而 会逐渐衰减并延伸 到∞。 理想滤波器 理想滤波器 实际滤波器的基本参数 与理想滤波器相比，实际滤波器需要用更多的概念和参数去描述它，主要参数有纹波幅度、截止频率、带宽、品质因数、倍频程选择性等。 实际滤波器 1）纹波幅度d 　　在一定频率范围内，实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化，其波动幅度d与幅频特性的平均值A0相比，越小越好，一般应远小于-3dB。 　 2）截止频率fc 　　幅频特性值等于0.707A0所对应的频率称为滤波器的截止频率。以A0为参考值，0.707 A0对应于-3dB点，即相对于A0衰减3dB。若以信号的幅值平方表示信号功率，则所对应的点正好是半功率点。 实际滤波器 3）带宽B和品质因数Q值 　　上下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽，或-3dB带宽，单位为Hz。带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力。在电工学中，通常用Q代表谐振回路的品质因数。在二阶振荡环节中，Q值相当于谐振点的幅值增益系数， Q=1/2ξ（ξ——阻尼率）。对于带通滤波器，通常把中心频率f0和带宽 B之比称为滤波器的品质因数Q。例如一个中心频率为500Hz的滤波器，若其中-3dB带宽为10Hz，则称其Q值为50。Q值越大，表明滤波器频率分辨力越高。 实际滤波器 4）倍频程选择性W 倍频程选择性，是指在上截止频率fc2与 2 fc2之间，或者在下截止频率fc1与fc1/2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。W值越大，滤波器的选择性越好。 实际滤波器 5)滤波器因数（或矩形系数）λ 滤波器选择性的另一种表示方法，是用幅频特性 的-60dB带宽与-3dB带宽的比值来表示。 (2) RC无源滤波器 在测试系统中，常用RC滤波器。因为在这一领域中，信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好