第7章_测量信号的调理及处理.ppt

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第7章 测量信号的调理及处理 7.1 信号调理电路 7.2 多传感器信息融合 图7.69(b)画出了连续时间正弦幅度调节器制的信号频谱图 在接收端,解调的任务是从 中恢复出 。利用三角恒等公式,不难证明 它的频谱为 不难想到,当 时,若用一个理想低通滤波器 就可完全恢复出 ,只要满足 (2)幅度调制的调制电路 幅度调制就是用被测信号去控制高频率载波信号的幅度。常用方法是线性调幅。 图7.70所示为交流电桥幅度调制器图。电压输出为 由此可知,输出信号是载波信号与被信号在时域上的乘积,实现了调制过程。图7.71所示为交流电桥的调制信号、载波及已调制波的波形变化规律。已调制波不仅包含调制信号的大小,还包含调制信号的方向信息。 (3)幅度调制的解调电路 幅值调制的解调过程是将已调制波恢复为原低频调制信号的过程,实现方法有整流检波解调、相敏检波解调等。 图7.72所示为实用的精密半波检波电路图。 图7.73所示为环形相敏解调器电路原理图。其中,桥式电路由四个特性完全一致的二极管组成。 7.2.1信息融合的基本概念 (1)信息融合的目的和意义 数据融合的目的是通过出现在输入信息中的任何个别元素数据组合,推导出更多的信息,得到最佳协同作用的结果,即利用多个传感器共同或联合操作的优势,提高传感器系统的有效性,消除单个或少量传感器的局限性。 多传感器数据融合的主要作用: ①提高信息的准确性和全面性 ②降低信息的不确定性 ③提高系统的可靠性 ④增加系统的实时性 使用多传感器数据融合技术将使测量系统具有如下优势: 1)增加测量维数,增加置信度,提高容错功能,改进系统的可靠性和可维护性。 2)提高精度。 3)扩展了空间和时间的覆盖,提高了空间分辨率及环境的适应能力。 4)改进探测性能,增加响应的有效性,降低了对单个传感器的性能要求,提高信息处理的速度。 5)降低信息获取的成本。 (3)电压/频率转换电路 电压/频率(V/f)转换是指把电压信号转换成与之成正比的频率信号,其过程实质上是对信号进行频率调制,频率信息可远距离传递并有优良的抗干扰能力,采用光电隔离和变压器隔离时不会损失精度,因而被广泛应用。 图7.44所示为电荷平衡转换法的V/f转换器的原理和输出波形图。 图7.45所示为利用单片集成电路AD650及外部元件构成的V/f转换器电路图。 (4)交流/直流转换电路 在检测中有时需要知道传感器的交流输出信号的幅值或功率。例如磁电式振动速度传感器或电涡流式振动位移传感器,在其信号处理电路中都需一个交流—直流变换电路,即将交流振幅信号变为与之成正比的直流信号输出。根据被测信号的频率不同或要求测量精度不同,可采用不同的变换的变换方法。目前,常用的变换方法有线性检波电路(半波整流电路)、绝对值电路(全波整流电路)、有效值变换电路(方均根/直流变换电路)。 1)线性检波电路 图7.46所示为采用反相放大结构的常用半波整流电路及其波形图。 2)绝对值转换电路 图7.47所示为绝对值转换电路及其波形图。该电路只是在半波整流电路的基础上,加了一级加法运算放大器。其可把输入信号转换为单极性信号,再用低通滤波器滤去交流成分,得到的直流信号称为绝对平均偏差(MAD)。 绝对值转换电路的增益为1,而增益为1的电压跟随器是不要求电阻匹配的。从这点出发,把同相型半波整流电路和反相型整流电路结合起来组成绝对值转换电路,可以减小匹配电阻的数目。图7.48所示为改进的绝对值转换电路 为了提高输入阻抗,将半波整流和加法电路都采用同相输入形式,便可以得到高输入阻抗的绝对值转换电路,如图7.49所示。 3)有效值转换电路 交流信号有效值的测量方法较多。如果已知被信号波形,可采用峰值检测法、绝对平均法分别测出交流信号的峰值或绝对平均值,再进行换算即可。图7.50所示为一种峰值检测电路。 绝对平均法利用绝对值转换和低通滤波器电路,得到输入信号的MAD值,再换算成RMS值。目前,较为理想的方法是利用集成器件实现有效值的实时运算,其电路框图如图7.51所示。 常用集成有效转换器有AD536、AD636、AD637等。 图7.52所示为AD637的功能和基本应用电路。除绝对值放大器、平方—除法器和低通滤波器等基本单元外,在引脚1与14之间还有可供选用的缓冲放大器。 7.1.4 信号的非线性校正与补偿

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