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中南大学交通运输学院 5.3 信号的滤波　 第五章、测试信号调理技术 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分． 1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分） 低通 高通 带通 带阻 实验 作用: 频率分析、抑制噪声 2 滤波器的串/并联　 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。 3 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。 低通滤波器对阶跃响应的建立时间和带宽成反比。 通带愈窄，滤波器的分辨力越高。 滤波器的高分辨力和测量时快速响应的要求是相矛盾的。 3. 阶跃响应 若滤波器的通频带很宽，即fc很大，那么y(t)的图形将很陡峭，响应的建立时间tb-ta也将很小。反之，若通频带窄，则建立时间就长。 4 实际滤波器 　 理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中通带和阻带间应没有严格的界限，存在一个过渡带。 1)纹波幅度d ：波动幅度d与幅频特性平均值A0相比应小于-3dB。 2)截止频率fc :幅频特性值等于0.707A0所对应的频率． 3)带宽B和品质因数Q:上下两截频间的频率范围称为带宽，带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。中心频率和带宽之比称为品质因数Q ， Q越大，滤波器的分辨力越高 。 4)倍频程选择性W:指在上截止频率fc2与 2fc2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，以dB表示。 5) 滤波器因数(或矩形系数) 滤波器选择性的另一种表示方法是用滤波器幅频特性的-60 dB带宽与-3 dB带宽的比值，即 4 RC无源滤波器 　 在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件 。 1) 一阶RC低通滤波器 2) 一阶RC高通滤波器 3) RC带通滤波器 可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联 高通 低通 1/3倍频程滤波器 恒带宽、恒带宽比滤波器 　 实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实际滤波器中心频率与带宽之间的数值关系，可以分为两种。 1) 恒带宽比滤波器 2) 恒带宽滤波器 恒带宽滤波器不宜作成定中心频率的，一般利用一个定带宽的定中心频率的滤波器，加上一个可变参考频率的差频变换器,来适应各种不同中心频率的定带宽滤波的要求 常用恒带宽滤波器有相关滤波和变换跟踪滤波两种。 滤波器的应用 6 滤波器的应用 超门限报警 案例：旅游索道钢缆检测 5.3 信号的滤波　 由案例提炼的典型实验：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 实验 5.3 信号的滤波　 案例：机床轴心轨迹的滤波处理 ?????????????????????? 5.3 信号的滤波　 案例：机床轴心轨迹的滤波处理 滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律 实验 ?????????????????????? 5.3 信号的滤波　 思考题： 1 信号调理的内容和目的 ？ 2 信号放大电路的种类，如何根据传感器输出 特性选择合适的放大电路 ？ 3 信号调制与解调的种类 ？ 4 幅度调制与解调的原理 ？ 5 调幅波的失真，如何消除 ？ 6 信号滤波器的种类 ？ 7 如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的 频谱来选择滤波器种类和设定其参数 ？ 计算题： 2） 1） 3） * 中南大学交通运输学院 *