第4章-信号调理技术1-工程测试技术基础-教学课件.ppt

湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院第四章、测试信号调理技术第四章、测试信号调理技术工程测试技术基础工程测试技术基础本章学习要求：本章学习要求：1.1.了解模拟信号放大电路原理了解模拟信号放大电路原理 2.2.了解信号调制解调原理了解信号调制解调原理 3.3.了解信号滤波器工作原理了解信号滤波器工作原理湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。4.1.1 4.1.1 信号调理的目的信号调理的目的 第四章、测试信号调理技术第四章、测试信号调理技术1.1.传传感感器器输输出出的的电电信信号号很很微微弱弱，大大多多数数不不能能直直接接输输送送到到显显示示、记记录录或或分分析析仪仪器器中中去去，需需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。2.2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪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。声，需要去掉噪声，提高信噪比。3.3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信进行调制解调处理。对传感器测量信进行调制解调处理。湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.1.24.1.2信号放大信号放大 第五章、测试信号调理技术第五章、测试信号调理技术分类分类放大器放大器直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器电荷放大器电荷放大器直流电桥直流电桥特点特点交流电桥交流电桥低频保留低频保留,高频截止高频截止高频保留高频保留,低频截止低频截止湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院1 1 直流放大电路直流放大电路 4.1.2 信号放大电路信号放大电路 电压增益电压增益:1)1)反相放大器反相放大器 反馈电阻反馈电阻R RF F值不能太大，否则会产生较大的值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1R1的的取值应远大于信号源取值应远大于信号源UiUi的内阻的内阻。烟雾报警器烟雾报警器酒精传感器酒精传感器二氧化碳传感器二氧化碳传感器湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院2 2 交流放大电路交流放大电路 4.1.2 信号放大电路信号放大电路 R1R1一般取几十千欧。耦合电容一般取几十千欧。耦合电容C1C1、C3C3可根据交流可根据交流放大器的下限频率放大器的下限频率fLfL来确定。来确定。若只需要放大交流信号，可采用图示的集成若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其中电容运放交流电压同相放大器。其中电容C1C1、C2C2及及C3C3为隔直电容。为隔直电容。湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院3 3 直流电桥直流电桥4.2 信号放大电路信号放大电路 平衡条件平衡条件UUeR1R3R2R4单臂电桥单臂电桥湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.1.2 信号放大电路信号放大电路 令：令：湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.1.2 信号放大电路信号放大电路 半桥半桥 全桥湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院应掌握应掌握 各种电桥接法、灵敏度、电桥输出电压通用各种电桥接法、灵敏度、电桥输出电压通用计算公式计算公式例：若利用全桥测量悬臂粱应变，如图所示，请根据例：若利用全桥测量悬臂粱应变，如图所示，请根据电桥原理图标出各个电阻应变片标号电桥原理图标出各个电阻应变片标号湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院第四章、测试信号调理技术第四章、测试信号调理技术4.24.2调制与解调调制与解调1 1 目的目的 解决微弱缓变信号的放大以及信号解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。的传输问题。湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调2 2 种类种类调制信号调制信号x(t)x(t)0 0t t载波信号载波信号z(t)z(t)0 0t t湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调a)a)幅度凋制幅度凋制(AM)(AM)b)b)频率调制频率调制(FM)(FM)c)c)相位调制相位调制(PM(PM)湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调幅度调制与解调过程（波形分析）幅度调制与解调过程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调幅度调制与解调过程（频谱分析）幅度调制与解调过程（频谱分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调幅度调制与解调过程（数学分析）幅度调制与解调过程（数学分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调重叠失真：调幅波是由一对每边为重叠失真：调幅波是由一对每边为fmfm的双边带信号的双边带信号组成当载波频率组成当载波频率fzfz较低时，正频端的下边带将与较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带相重叠要求负频端的下边带相重叠要求:fz fzfmfm 湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调实验：同步调制与解调实验实验：同步调制与解调实验 上述调制方法，将信号上述调制方法，将信号x(t)x(t)直接与载波直接与载波z(t)z(t)相乘这种相乘这种调幅波具有极性变化，解调调幅波具有极性变化，解调时必须再乘与时必须再乘与z(t)z(t)相位相同相位相同的的z(t)z(t)方能复原出原信号，方能复原出原信号，故称同步解调故称同步解调 湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调调幅调幅湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调解调解调二极管检波二极管检波低通滤波低通滤波湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.3调制与解调调制与解调包络检波包络检波波形失真波形失真过调失真：对于包络检波，要求其直流偏置必须过调失真：对于包络检波，要求其直流偏置必须足够大，否则足够大，否则x(t)x(t)的相位将发生的相位将发生180180跳变。跳变。湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调动手做：动手做：用个人测试实验室中数字用个人测试实验室中数字信号发生器、波形运算器信号发生器、波形运算器等软件芯片，设计一个等软件芯片，设计一个非非抑制调幅与解调系统。抑制调幅与解调系统。湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调 频率调制频率调制 调调频频是是利利用用信信号号x(t)x(t)的的幅幅值值调调制制载载波波的的频频率率，或或者者说说，调调频频波波是是一一种种随随信信号号x(t)x(t)的的电电压压幅值而变化的疏密度不同的等幅波幅值而变化的疏密度不同的等幅波.湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调鉴频：鉴频：T1T2T3T4F湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.3调制与解调调制与解调优点：抗干扰能力强。优点：抗干扰能力强。调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的所要求带宽的2020倍；调频系统较之调幅系统复倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制足一种非线性调制。杂，因为频率调制足一种非线性调制。因为调频信号所携带的信息包含在频率变化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要表现在振幅之中 缺点：占频带宽度大，复杂缺点：占频带宽度大，复杂湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.3调制与解调调制与解调案例：案例：旋转机械扭距测量旋转机械扭距测量湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院4.2调制与解调调制与解调案例：案例：铁路机车调度铁路机车调度 信号检测信号检测调制频率调制频率8.5Hz8.5Hz，绿灯，绿灯调制频率调制频率23.5Hz23.5Hz，红灯，红灯