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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Chpter 5 Sampled Integration andDigital Averaging,5. 1 取样积分原理,5. 2 指数式门积分分析,5. 3 取样积分器的工作方式,5. 4 取样积分器参数选择及应用,5. 5 数字式平均,1,5,1,取样积分原理,问题的提出：锁定放大器不能恢复脉冲波形，其,中的低通会滤除其高频分量，导致脉冲波形的畸变。,测量这类信号的有效方法是取样积分与数字式平,均。,工作方式：,单点式和多点式,;,单点式又分为定点式和扫描式。,定点式：反复采样信号波形上某个特定时刻点的幅,度；,扫描式：采样点沿着波形从前向后逐次移动，用于,恢复和记录信号波形。,2,5. 1. 1,线性门积分,1.,如果开关,K,始终闭合：,积分器输出为,:,3,特点：受电路线性范围限制，适于小信号。,阶跃响应近似为：,4,5.1.2 指数平均门积分,1.,如果开关,K,始终闭合：,等效积分电阻：,2.,如果,周期为,T,，采样门闭合时间宽度为,：,等效时间常数为：,5,5. 2,指数式门积分分析,5.2.1 取样过程频域分析,取样过程：,将,展开为傅里叶级数,其频谱为,取样信号,其频谱为,6,7,作傅里叶变换，得,:,5.2.2,指数式门积分电路频域分析,8,5.2.3 指数式门积分器的输出特性,1.,传输特性,幅度响应,9,2.,输出特性分析,考虑,1,）指数项说明,输出沿指数曲线逐渐积累,时间常,数,2,）当 从,0,逐渐变化到,T,时，输出显示出一个完整周期的正弦波。这正是扫描式取样积分器的工作原理。,3,）稳态输出时的衰减系数为,，若要求衰减系数小于,3dB,，则,10,1,）当改变延迟时间 时，输出按,的规律变化，这说明通过改变延迟时间 可以恢复出被测信号的任何高次谐波分量的波形。,2,）积分的时间常数也是,。,3,）为了使恢复的被测信号,n,次谐波分量的衰减系数小于,3dB,， 要求：,11,上式说明：,输入被测信号在各谐波处要经过一阶带通滤波，带宽取决于等效时间常数 。,各次谐波处的幅度按,函数分布，在,处，幅度响应 。,12,5. 2. 4,指数式门积分的信噪改善比,指数式积分，接近饱和时积分效果差，,对白噪：,对有色噪声：,13,53 取样积分器的工作方式,5.3.1 定点工作方式,（,1,）原理,（,2,）采样积分次数,N,14,5.3.2 扫描工作方式,1. 原理,用于恢复波形,15,起始点可控，斜率可控，便于选择恢复波形的,位置和宽度。,2. 扫描模式的,SNIR,对于被测信号的任一点，被采样,次数为：,16,3.,扫描模式的传输特性,频率响应为,17,4. 定点方式与扫描方式相结合,18,5,4,取样积分器的参数选择及应用,5.4.1,取样积分器参数选择,19,20,4, 指数式取样积分器参数选择流程,21,5.4.2 基线取样与双通道系统,方法：信号与基线分别采样、积分，相减补偿漂移。,作用：可以补偿抵消暗电流、漏电流、漂移造成的测量误差。,要求：信号选通与基线选通的时间关系必须与斩波信号同步。,22,2双通道取样积分系统,将被测量与标准量对,比，以消除误差。,对光强、漂移、温度进行补偿；,23,5.4.3,多点取样积分器系统,24,5.4.4,取样积分器应用,1,材料的光学特性检测,用基线取样法以消除杂散光、暗电流的影响。,2超声波检测材料特性,25,3.,霍尔效应测量,I,和,B,已知任一项就可以测另一项。,26,55 数式字平均,Boxcar,积分器分辨率高，但每个信号周期只采样一次，信号利用率低，低频信号不宜。处理时间太长，漂移失真。,数字平均每个信号周期采样多次，信号利用率高，数,字存储无漂移。,BOXCAR积分和数字式多点平均的特点比较：,27,5.5.1 数字式平均原理,28,5.5.2 数字式平均的信噪改善比,通过增加,N,可使,SNIR,达到任意值。,29,2,. N,有限时的,SNIR,（,1,） 对高斯白噪,30,（,2,） 对高斯有色噪声,取样累加后的均方值为：,平均后的均方值为：,31,5.5.3 数字式平均的频域描述,1,用傅立叶变换方法分析,32,由傅里叶变换，得平均器的频率响应函数：,幅频特性为：,为梳齿滤波器。,由欧拉公式，得,33,34,3dB,带宽：, 时域平均也是频域的窄带化技术。,35,与傅氏变换的结果一致。,上式中的级数是长度有限的几何级数，其和为,2,用,z,变换方法分析,36,5.5.4 数字式平均算法,1,线性累加平均,2.,递推式平均,问题：,N,太大时，新数据作用小，不适于时变信号。,37,3, 指数加权平均,（,1,） 算法：,（,2,） 数据加权：,将上式展开，得：,38,（,3,）传递函数,做,z,变换，得,39,（,4,） 幅频响应,40,4移动平均,三点移动平均算法,传递函数,稳态频率响应,41,
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