[工学]机械工程测试技术基础 13讲信号与测试系统.ppt

第5章 信号调理电路 被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感、电压、电流、电荷等电参量的变化，由于在测量过程中不可避免地受到内外干扰，且为了用被测信号驱动显示记录和控制，或进一步将信号输入计算机进行数据处理，因此经传感后的信号需要调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工，以抑制干扰，提高信噪比，便于进一步传输和后续环节的处理。 直流电桥 直流电桥的优点 采用直流电源作激励电源，直流电源的稳定性高； 电桥的输出是直流量，可用直流仪表测量，精度高； 电桥与后接仪表间的连接导线不会形成分布参数，对导线连接的方式要求低。 直流电桥的缺点 易引入人工频干扰，由于输出为直流，而直流放大器比较复杂，易受零漂和接地电位的影响。 直流电桥适合静态量的测量。 ■ 同相比例运算电路 同相比例运算电路 电压跟随器 ■ 求差运算电路 差动放大电路 ■ 微分运算电路 微分运算电路 ■ 积分运算电路 积分运算电路 ■ 对数运算电路 对数运算电路 3. 运算放大器构成的其他电路 ■ 电压比较电路 ■ 精密整流电路 当满足 时,电路就能够输出非常精确的全波整流波形。 5.2.2 测量放大器 1. 高输入阻抗放大器 ●用电压跟随器做前置输入缓冲级; ●使用高阻型集成运算放大器; ●采用由通用运算放大器组成的自举式高输入阻抗放大电路。 自举式同相交流放大电路 自举式交流电压跟随器 自举组合电路 2. 高共模抑制比放大器 三运放高共模抑制比放大电路 3. 电桥放大器 ■ 单端输入电桥放大电路 单端(反相)输入电桥放大电路 单端(同相)输入电桥放大电路 ■ 差动输入电桥放大电路 ■ 线性电桥放大电路 4. 单片集成测量放大器 ● 共模抑制比高，一般可达100~120dB； ● 输入阻抗高，一般高于109Ω； ● 平衡的差动输入，单端输出，输入端可承受较高的输入电压，有较强的过载能力； ● 增益可由用户按需要通过选择不同的增益电阻来确定； ● 动态特性好，工作频带宽； ● 低失调，低漂移。 特点： AD612的内部结构 AD612与测量电桥的连接 本章小结 信号调理电路在测试系统中起着承上启下的作用，是测试系统中最重要的环节。测量电桥是实现微弱参量测量转换的主要装置之一，其中惠斯登电桥是最常用的。将电桥接成差动式可以提高灵敏度、改善非线性，并具有某些误差补偿作用。使用集成运算放大器构成各种放大电路不仅可以获得良好的特性，而且线路简单、调整方便、成本低。在特殊的场合下还可以使用专用的测量放大器。采用调制与解调技术可以提高测试系统的抗干扰能力，便于信号的交流放大，有利于不失真测试的实现。在测试系统的适当位置上使用各种滤波器，可以实现信号的分离，从信号中排除各种干扰、噪声，有利于有用信息的获取。 5.2.2 调频及其解调电路 1. 调频原理 调频是将调制信号的变化转换成调频波频率的变化。具体地讲，就是用调制信号控制一振荡器，使振荡器的振荡频率随调制信号的变化而变化。 调制信号为零时，振荡器输出的调频波的频率称为中心频率（即载波频率）。 2. 调频装置 ■ 直接调频电路 设 则 ■ 压控振荡器 3. 调频的解调（鉴频 ） 实现鉴频的装置称为鉴频器。 谐振式振幅鉴频器 谐振式振幅鉴频器的谐振特性 5.3 滤波器 使信号中某些特定的频率成分通过，极大地衰减其他频率成分。 滤波器的作用： 5.3.1 滤波器的基本知识 1. 滤波器的分类（按选频范围分） ● 低通滤波器 ● 高通滤波器 ● 带通滤波器 ● 带阻滤波器 四类滤波器的幅频特性 2. 理想滤波器 理想滤波器在其通频带内应满足不失真测试条件，即幅频特性为常数，相频特性与频率保持线性关系，阻带内的幅频特性应等于零。其频率响应函数应为 （通带内， 为常数） （阻带内） -fc fc -fc fc f f A(f) Ф(f) ● 理想滤波器是非因果系统，在物理上是不可能实现的。 1.理想滤波器对单位脉冲的响应 将单位脉冲输入理想滤波器，则其响应为sinc函数。 2.理想滤波器对单位阶跃的响应 滤波器的响应 单位阶跃函数 建立时间Te ● 理想滤波器的建立时间 与滤波器的带宽B成反比，它们的乘积为常数。即 建立时间 建立时间反映了滤波器对输入的响应速度（滤波时间）；带宽反映了滤波器的频率分辨力。 ——二者相矛盾 3. 实际滤波器的特性指标 实际带通滤波器的幅频特性曲线 ■ 幅频特性平均值 ■ 纹波幅度 ■