【教学课件】第四章信号的调理与记录.ppt

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1、信号的调制与解调调制：使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生调制：使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生 变化的过程变化的过程；一般指利用某种低频信号来控制或改变一般指利用某种低频信号来控制或改变 一高频振荡信号的某个参数（幅值、频率或相位）一高频振荡信号的某个参数（幅值、频率或相位）载波载波：一般为较高一般为较高 频率的交变信号频率的交变信号 调制信号：调制信号：已调制波：已调制波：一、相关概念一、相关概念解调：解调：从已调制波中恢复从已调制波中恢复 出原调制信号的过程出原调制信号的过程二、分类二、分类调制信号调制信号x(t)载波信号载波信号a)幅度凋制幅度凋制(AM)b)频

2、率调制频率调制(FM)c)相位调制相位调制(PM)三、调幅及其解调三、调幅及其解调1、调幅原理、调幅原理 调调幅幅是是将将一一个个高高频频正正弦弦信信号号（或或称称载载波波）与与测测试试信信号相乘，使号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化载波信号幅值随测试信号的变化而变化2、幅度调制与解调过程（波形与频谱分析）、幅度调制与解调过程（波形与频谱分析）乘法器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器滤波器z(t)x(t)幅幅度度调调制制同同步步解解调调2、幅度调制与解调过程（数学描述）、幅度调制与解调过程（数学描述）乘法器x(t)y(t)x m(t)乘法器滤波器y(t)x(t)幅幅度度调调制制

3、同同步步解解调调（1 1）同步解调）同步解调：解调时所乘的信号与调制时的解调时所乘的信号与调制时的 载波信号具有相同的载波信号具有相同的频率频率和和相位相位；注意：注意：1载波频率载波频率 与原信号中的最高频率与原信号中的最高频率 一般要求：一般要求：数倍或几十倍于数倍或几十倍于 3、解调方法、解调方法（2 2）偏置解调）偏置解调 若对信号若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量进行偏置，叠加一个直流分量D，使偏置，使偏置后的信号都具有正电压后的信号都具有正电压,（3 3）相敏检波）相敏检波 采用相敏检波时，对原信号可个必再加偏置。注意到交变信号在其过零线采用相敏检波时，对原信号可个必再加偏

4、置。注意到交变信号在其过零线时符号时符号(、)发生突变，调幅波的相位发生突变，调幅波的相位(与载波比较与载波比较)也相应地发生也相应地发生180o的的相位跳变。利用载波信号与之比相，便既能反映出原信号的幅值又能反映其相位跳变。利用载波信号与之比相，便既能反映出原信号的幅值又能反映其极性。极性。4 4、调幅波的波形失真、调幅波的波形失真a）过调失真过调失真：对于非抑制调：对于非抑制调幅，要求其直流偏置必须足幅，要求其直流偏置必须足够大，否则够大，否则x(t)的相位将发生的相位将发生180。b)重叠失真重叠失真：调幅波是由：调幅波是由一对每边为一对每边为fm的双边带的双边带信号组成当载波频率信号组

5、成当载波频率fz较低时，正频端的下边较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带带将与负频端的下边带相重叠要求相重叠要求:fzfm(二二)整流检波和相敏检波整流检波和相敏检波解调解调：电桥调幅与相敏检波的电桥调幅与相敏检波的典型实例典型实例：动态电阻应变仪动态电阻应变仪相敏检波：相敏检波：既能鉴别调制信号的幅值又能反映其极性。既能鉴别调制信号的幅值又能反映其极性。二、调频及其解调二、调频及其解调调频：调频：利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器 输出的是等幅波，但其振荡频率的偏移量与信输出的是等幅波，但其振荡频率的偏移量与信 号电压成正比。当信号电压为零时

6、，调频波的号电压成正比。当信号电压为零时，调频波的 频率就等于中心频率；信号电压为正时频率提频率就等于中心频率；信号电压为正时频率提 高，负值时则降低。高，负值时则降低。调频波：调频波：（一）直接调频测量电路（一）直接调频测量电路如：变极距型电容传感器：如：变极距型电容传感器：小范围：小范围：调频波的瞬时频率：调频波的瞬时频率：载波频率，或中心频率：载波频率，或中心频率：频率偏移，与调制信号的幅值成正比：频率偏移，与调制信号的幅值成正比将电容作为自激振荡回路中的一个调谐参数，将电容作为自激振荡回路中的一个调谐参数，则：电路的振荡频率：则：电路的振荡频率：在在 附近附近直接调频电路直接调频电路：

7、被测量的变化被测量的变化 -振荡频率的变化振荡频率的变化转变为转变为调频的特点：调频的特点：优点：优点：抗干扰能力强。抗干扰能力强。因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，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之中 缺点：缺点：占频带宽度大，复杂占频带宽度大，复杂 调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制是一种非线性调制。调制是一种非线性调制。习题

8、习题4-5 已知已知:调幅波调幅波求求:1)所包含的各分量的频率及幅值所包含的各分量的频率及幅值 2)绘制调制信号和调幅波的频谱绘制调制信号和调幅波的频谱解解:-1.5 -1.0 0 1.0 1.5频率频率(KHz)(KHz)8.5 9.5 10 10.5 11.5 8.5 9.5 10 10.5 11.5幅值幅值:10 15 100 15 10 10 15 100 15 1010-10 10010 15 15 10频率频率(KHZ)8.5 9.5 10 10.5 11.5幅值幅值:10 15 100 15 10（二）变压器耦合的谐振回路鉴频法（二）变压器耦合的谐振回路鉴频法鉴频：调频波的解调

9、将频率变化 -调制信号电压幅值的变化 转变为转变为：等幅的调频波：二次边输出电压 的频率与 保持一致 回路的谐振频率 小范围内：例例 1 用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为：已知其变化规律为：如果电桥激励电压：如果电桥激励电压：求此电桥的输出信号的频谱求此电桥的输出信号的频谱解：解：全桥：全桥：应变片：应变片：=常数常数 K第三节第三节 滤波器滤波器（选频）（选频）1.滤除干扰噪声作用作用 2.频谱分析一一.滤波器的分类滤波器的分类 按选频:低通、高通、带通、带阻 下截止频率 上截止频率 注意：1。过渡带：不希望有，但不可避免

10、2滤波器特性的相互关联：3任何装置均可看成是一个滤波器，例：隔振台（低通）二、理想滤波器二、理想滤波器物理上不可实现线性系统的不失真条件：若滤波器的频率响应 为：h(t):脉冲响应函数讨论：讨论：滤波器的通频带宽滤波器的通频带宽 B和建立较稳定的输出和建立较稳定的输出 所需要的时间所需要的时间 之间的关系之间的关系；分辨力极其影响因素：分辨力极其影响因素：建立时间：按理论响应值（0.1-0.9）：即 的图形愈的图形愈 陡峭陡峭有：=常数 物理意义：物理意义：输入信号如有突变处必然含有丰富的高频分量，输入信号如有突变处必然含有丰富的高频分量，低通滤波器阻衰了高频分量，其结果是把输出波形低通滤波器

11、阻衰了高频分量，其结果是把输出波形 “圆滑圆滑”了。通带愈宽，阻衰的高频分量愈少，使信号了。通带愈宽，阻衰的高频分量愈少，使信号 能量更多、更快地通过，建立时间就短；反之，则长。能量更多、更快地通过，建立时间就短；反之，则长。分辨力 高分辨力与快速响应的要求相互矛盾 一般采用：三实际RC 调谐式滤波器(一)实际滤波器的基本参数1.纹波幅度 d幅频特性的平均值 一般要求：2.截止频率幅频特性等于 所对应的频率:：-3dB点 半功率点：3带宽B，品质因数Q 品质因数 分辨力 4.频程选择性滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力 即：频率变化一个倍频程时的衰减量 5、滤波器因数 理想:(二二)调谐式滤波器

12、的基本特性调谐式滤波器的基本特性特点：简单，抗干扰性强，较好的低频性能，易实现 1一阶一阶RC 低通滤波器低通滤波器(1)(2)(3)为提高衰减，可将几个低通滤波器串联使用 2.RC高通滤波器高通滤波器(1).(2)(3)3.带通滤波器带通滤波器低通与高通串联前提：后一级不能从前一级吸收能量 为消除两级间耦合时的相互影响，两级间常用射极输出器或者运算放大器阻隔 4.滤波器的连接滤波器的连接中心频率相同的滤波器串接加强滤波效果四四.恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器“实时实时”的谱分析的谱分析(一一)恒带宽比滤波器恒带宽比滤波器Q=常数 若 n=1 倍频程滤波器 n=倍频程

13、滤波器 滤波器的中心频率：可见可见增加增加,分辨力提高分辨力提高可证明：可证明：对一组相邻接的滤波器对一组相邻接的滤波器：后一个滤波器的中心频率后一个滤波器的中心频率(二二)恒带宽滤波器恒带宽滤波器B恒定恒定 参考信号参考信号信号的扫描时间，扫描速度信号的扫描时间，扫描速度 第四节第四节 信号的指示和记录装置信号的指示和记录装置一一.动圈式磁电指示机构动圈式磁电指示机构二二 光线示波器光线示波器L：反射镜与记录纸之间的距离；：反射镜与记录纸之间的距离；：线圈无偏转时的反射角。：线圈无偏转时的反射角。例：例：输入信号输入信号 为周期为周期T=1ms,幅值为幅值为1的方波，的方波，如图如图1，低通滤波器幅频特性如图，低通滤波器幅频特性如图2，相频特性，相频特性 试求试求：y(t)解：解：由滤波器的幅频特性由滤波器的幅频特性:对高于对高于6KHZ的成分完全衰减的成分完全衰减由已知由已知: