4.信号调理、处理和记录pp-修改稿1.ppt

中北大学机电工程学院 2008年3月 本章主要讲述内容 4.1 电桥 4.2 调制与解调 4.3 滤波器 4.1 电桥 4.1.1 直流电桥 当被测量为某一初始值并未发生变化时希望电桥 输出为0,要使电桥平衡，输出电压为零，必须满足 2.?电桥连接形式 从公式（4-5）（4-6）（4-7）可以看出，电桥的输出电压与激励电压成正比，只是比例系数不同。现在定义电桥的灵敏度为 对于图４-２c所示的电桥，当R1=R2=R3=R4=R，且　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 综合式（４-９）和式（４-１０），导出如下公式 4.1.2 交流电桥 在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。阻抗的单位是欧。在直流电中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。 上式表明：交流电桥平衡，必须满足两个条件，即： ① 相对两臂阻抗之模的乘积相等； ② 它们的阻抗角之和也必须相等。 一种常用的电容电桥，如图4-7所示。 ② （4-15） （4-16） ③ 可见，要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数。即调节电阻达到电阻平衡；调节电容达到电容平衡。 一种常用的电感电桥， 如图4-8所示。 两相邻桥臂的电感 与电阻分别为： ② 例1.现有四个电路元件：电阻 电感L和电容C，拟接成四臂交流电桥，试画出能满足电桥平衡的正确接桥方法，并写出该电桥的平衡条件。（设电桥激励为 ，电桥输出为 ） 电阻交流电桥的分布电容 对于纯电阻交流电桥，既 使各桥臂均为电阻，但由于导 线之间存在分布电容，相当于 在各桥臂上并联了一个电容， 如图4-9所示。 为此，除了有电阻平衡外，还需要有电容平衡。 一种用于动态应变仪的电阻电容电桥，如图4-10所示。具有电阻、电容平衡调节环节。（P132） 调整差动可变电容，可实现分布电容的平衡。 交流电桥的供桥电源 交流电桥的供桥电源，必须具有良好的电压波形与频率稳定度。如果电源电压发生奇变，即包含有高次谐波，对基波而言，电桥达到平衡；而对高次谐波，电桥未必能平衡；因而，输出电压也将包含高次谐波。 采用(5～10)kHz的音频交流电源，作为供桥电源，电桥输出将成为调制波。 优点：有利于抑制外界工频干扰，后接交流放大电路简单而无零漂。 工频：指工业上用的交流电源的频率，单位赫兹（HZ） 采用交流电桥时，需要注意如下影响测量误差的一些因素： ① 电桥中元件之间的互感影响； ② 无感电阻的残余电抗； ③ 邻近交流电路对电桥的感应作用； ④ 泄露电阻、分布电容等 4.2 调制与解调 为什么要调制？ 信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的微弱电信号，需要放大或进行阻抗变换，才能输送到显示、记录或分析仪器中去。 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。 3.便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制解调处理。 调制解调中使用的信号名称 ① 调制信号，就是测试信号，也叫原信号，一般为低频缓变信号； ② 载波信号，也叫工作信号，一般为高频简谐信号； ③ 调制波，就是已调制的信号， 幅值调制时称为调幅波； 频率调制时称为调频波。 所谓调制，就是在调制信号（测试信号）的控制下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅值、频率、相位）发生变化的过程。举例：如图4-12所示。 所谓解调，就是从已调制波中恢复出调制信号的过程。 调制处理的分类 4.2.1 调幅及其解调 1. 调幅与同步解调 调幅的目的，使缓慢变化的测试信号便于放大和传输。 解调的目的，恢复原来的测试信号。 调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与被测信号（调制信号）相乘，使载波信号的幅值随被测信号的变化而变化。 调幅过程 如图4-13所示。 从图4-13可以看出，载波频率f0必须高于信号中的最高频率fmax，这样才能使已调幅信号保持原信号的频谱图形而不产生混叠现象。在实际应用中载波频率常常至少在调制信号上限频率的