济南大学机械工程学院工程测试与信息处理课件 第五课.ppt

第五章 模拟信号的变换和处理 内容提要： 完成本章内容的学习后应能做到：　 1. 掌握电桥的工作原理；　　 2. 掌握信号调制解调原理；　 3. 掌握信号滤波器工作原理。 第五章 模拟信号的变换和处理 概念：模拟信号的处理和变换是对连续信号进行分析处理的过程，是利用一定的数学模型所组成的运算网络来实现的。 主要内容：电桥、调制、滤波等。 §5-1　电桥 参数型传感器（能量控制型）可以把被测机械量得的变化转变为电路或磁路的参数变化，通过电桥，则可以把这种参数的变化转变为电桥输出电压的变化。 分类：电桥按其电源性质的不同分为：直流电桥和交流电桥。直流电桥只可用于电阻的测量，而交流电桥可用于电阻、电感和电容的测量。 §5-1　电桥 一．直流电桥 1.平衡条件 　典型的电桥电路如图1所示。 　2.电桥的灵敏度 平衡条件下，若电阻R1有一个变化量△R1,即R由R1变为R1＋△R1,则由电桥的输出量为： §5-1　电桥 分子、分母同除以R1R4 ，并忽略式中的△R1/R1项。 §5-1　电桥 §5-1　电桥 §5-1　电桥 二、交流电桥 1、交流电桥的平衡条件 §5-1　电桥 2、测量用交流电桥 右图所示为差动电感传感器与固定电阻组成的一种对称交流电桥。 在被测物理量的作用下，差动电感传感器的两个线圈的电感发生变化，即 §5-1　电桥 则电桥的输出电压为： §5-1　电桥 电桥平衡时 §5-1　调制与解调 调频：电容、电感传感器就是利用调频电路将被测物理量的变化转化为频率的变化。 §5-2　调制与解调 交流电桥是一种常用的幅度调制器。交流电桥 交流电桥的四个桥臂都为R，并将其阻值调整后使电桥平衡。若四个桥臂中任一臂的阻值发生变化ΔR，使电桥失去平衡，则电桥的输出电压为 §5-2　调制与解调 若输入信号（被测信号）引起得电阻变化ΔR也是一个正弦变化量（如正弦交变应力），即 §5-2　调制与解调 　　根据傅氏变换的性质得简谐波函数的频谱是一对脉冲谱线，即： §5-2　调制与解调 　　这一过程就是调幅，所以调幅过程就相当于频率“搬移”过程。如图3所示。 2.幅度调制的解调 解调过程是将已调制波恢复为原低频调制信号的过程。恢复原波形包括幅值的大小和正负符号两个方面。　　 （1）整流检波 这种解调方法在时域内的信号流程如下图所示。 这种方法虽然可以恢复波形，但在调制过程中有一个加、减直流(电流或电压)的过程。因为在实际工作中要使每一直流本身稳定，且使两个直流完全对称难度很大，不易实现，致使原波形与恢复原波形虽然幅值上可以成比例，但在分界正负极性的零点上可能产生漂移，而使分辨原波形的正负极性上产生误差。 （2）同步解调 若把调幅波xm(t) 再次与载波信号y(t) 相乘，则频域图形将再一次进行“搬移”，如图4所示，即： 所谓“同步”是指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位，如图4所示。 上述的调制方法，是将调制信号x(t)直接与载波信号y(t)相乘。这种调幅波具有极性变化，即在信号过零时，其幅值发生由正到负（或由负到正）的突然变化，此时调幅波的相位（相对于载波）也发生180o的相位变化，此种调制方法称为抑制调幅。 §5-2　调制与解调 §5-2　调制与解调 2、调频波的解调 如下图所示。图中L1、L2是变压器耦合的原、副线圈，它们和C1、C2 组成并联谐振回路。ef为输入的调频信号，在回路的谐振频率fn处，线圈L1、L2的耦合电流最大，副边输出电压ea 也最大；ef 频率离fn越远，线圈L1、L2的耦合电流越小，副边输出电压ea也越小；从而将调频波信号频率的变化转化为电压幅值的变化。 §5-2　调制与解调 第五章 模拟信号的变换和处理 优点：改善了信噪比，之所以有这种作用是因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中。 第五章 模拟信号的变换和处理 　　滤波器是一种选频装置，可以使信号中的特定的频率通过，而极大的衰减其它频率成分。利用它可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。 理想低通滤波器对单位阶跃的响应 给理想低通滤波器输入阶跃函数，即 故低通滤波器的阶跃响应的建立时间Te和带宽B成反比，或者说两者的乘积为常数，即 BTe=常数 这一结论同样适用于其他（高通、带通、带阻）滤波器。 滤波器带宽表示它的频率分辨能力，通带窄，则分辨力高。这一结论表明：滤波器的高分辨能力与测量时快速响应的要求是矛盾的。若想采用一个滤波器从信号中获取某一频率很窄的信号(例如进行高分辨率的频谱分析)，便要求有足够的建立时间，若建立时间不够，则会产生错误。对已定带宽的滤波器，