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第四章信号调理与记录,6.0变换及调理的目的6.1电桥6.2信号的调制解调6.3信号的滤波器,6.0变换与调理的目的,便于信号的传输与处理。1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。2.有些传感器输出的电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。3.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。,将电阻R(应变片)、电感L、电容C等电参数变为电压U或电流I信号后输出的一种测量电路。a、c两端接电源Ui，称供桥端；b、d两端接输出电压Uo，称输出端。,6.1电桥,电桥,根据桥臂阻抗性质的不同为:电阻电桥电容电桥电感电桥根据供桥电源分为:直流电桥:采用直流电源只用于测量电阻R的变化交流电桥：采用交流电源测量电阻R、电容C、电感L的变化,电桥,1.电桥的分类,直流电桥,2.直流电桥,采用直流电源的电桥称为直流电桥四个桥臂由电阻R1、R2、R3和R4组成。,电桥的输出：平衡的条件：R1R3=R2R4,推导,温敏电阻,直流电桥,平衡条件,直流电桥,R1R,UoU,U,平衡的条件：R1R3=R2R4电桥的输出：,这时，电桥平衡吗？,R1R,为了简化设计，R2=R3=R4=R0，而R1=R0+R,直流电桥,电桥的灵敏度定义为,单片,半桥、单臂输出,全桥、四臂输出,半桥、双臂输出,四片,两片,半桥、单臂输出,全桥、四臂输出,半桥、双臂输出,统一表示：,推导,推导,常用调平衡,电桥测量的和差特性,温度补偿,提高输出,全桥、四臂输出：,直流电桥,平衡条件,3.交流电桥,交流电桥,而,其中，Z1、Z2、Z3、Z4为阻抗的模，而j1、j2、j3、j4为阻抗角，是各桥臂电流与电压之间的相位差。,(*),平衡条件,电容电桥,电容电桥,平衡条件：,电感电桥,电感电桥,平衡条件：,推导,推导,声音信号,调制Modulation,解调Demodulation,6.2调制与解调,声音信号,利用缓变信号控制高频信号的某个参数(幅值、频率或相位)变化的过程。,已调波,1）实现缓变信号的传输，特别是远距离传输,2）提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比,1.调制的目的,音频信号,2.调制的种类,调制信号,载波信号,a)幅值调制(简称调幅，AM，AmplitudeModulation),b)频率调制(简称调频，FM，FrequencyModulation),c)相位调制(简称调相，PM，PhaseModulation),缓变信号x(t),高频简谐信号y(t)=A0cos(2pf0t+f0),3.幅值调制（调幅）及其解调,调幅是将一个高频简谐信号y(t)（载波信号）与缓变信号（调制信号）x(t)相乘，使载波信号y(t)的幅值随缓变信号x(t)的幅值变化而变化过程。幅值调制后的信号称为调幅波。,调制信号,载波信号,调幅波,(1).调幅的时域表达,假设调制信号x(t)的最高频率成分为fm，载波信号y(t)=cos2pf0t,f0fm，则有调幅波：,(2).调幅的频域表达,如果,则,调制信号,载波信号,调幅波,时域,频域,音频信号,广播电台的发射塔,调幅AM,调幅波,载波信号,对已调波进行鉴别以恢复缓变信号的过程。,调幅波,恢复所需要的缓变信号,(3).幅值解调的目的,接收,解调Demodulation,(4).同步解调,同步解调,(a)调幅波频谱,(b)载波信号频谱,(c)同步解调后频谱,Xm(f),0,-f0,f0,Xm(f)*Y(f),0,f0,-f0,x(t)0时(0t1)，xm(t)与y(t)同相，检波器输出uf(t)0,x(t)m,(t)=0+f=0+kFMx(t),调频时Y0和j0不变,0(t),kFM为比例常数,kFM0,低频信号电压为正值时调频波的频率升高，负值时则降低。低频信号电压为零时，调频波的频率就等于高频信号的频率。,谐振电路,电抗到电压的转化,谐振电路,把电容、电感等电参量的变化转为电压变化的电路,高频振荡器,谐振电路的频率：,谐振电路作调频器,调频及解调电路,鉴频器,调频波调频调幅波幅值检波,鉴频器电压频率特性曲线,亚谐振区,等幅调频波的频率等于回路谐振频率，线圈中的耦合电流最大,(a)低通滤波器(Lowpassfilter),(b)高通滤波器(Highpassfilter),(c)带通滤波器(bandpassfilter),(d)带阻滤波器(bandstopfilter),6.3滤波器,滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分,1.滤波器分类(根据滤波器的选频作用分),2称为低通滤波器的上截止频率,1、2分别称为带通滤波器的下、上截止频率,通带,通带,通带,通带,通带,阻带,阻带,阻带,阻带,阻带,理想滤波器,1称为高通滤波器的下截止频率,(c)带通滤波器(bandpassfilter),(d)带阻滤波器(bandstopfilter),通带,通带,阻带,通带,阻带,阻带,理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。,2.理想滤波器,H(2p)=A(2p)ejj(2p),A(2p)=A0=const,j(2p)=-2pt0,物理不可实现,理想滤波器在时域内的脉冲响应函数h(t)为sinc函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。,给理想滤波器一个脉冲激励，从图中可以看出，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在t0时，滤波器就已经有响应了。,h(t),d(t),在实际滤波器的幅频特性图中通带和阻带间应没有严格的界限，存在一个过渡带。,3.实际滤波器,1)截止频率:,幅频特性值等于,所对应的频率,2)带宽B：上下两截频间的频率范围称为带宽,3)纹波幅度d：波动幅度d与幅频特性平均值A0相比应小于-3dB。,滤波器带宽B=fc2-fc1,-3dB,5)品质因数Q:中心频率和带宽之比称为品质因数,6)倍频程选择性W:指在上截止频率fc2与2fc2之间、下截止频率fc1与fc1/2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。,4)中心频率f0:,7)滤波器因素l:滤波器选择性，l=B-60dB/B-3dB,4.RC无源滤波器,在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件。,1)一阶RC低通滤波器,令t=RC，称为时间常数,傅立叶变换，频响函数：,当1/2pRC时，起积分器作用,令RC=t代入，作傅立叶变换，得频响函数,当=1/2pt,即=1/2pRC时，,当1/2pRC时，A()1，j()=0,下截止频率：c1=1/2pRC,A()=1/,2)一阶RC高通滤波器,当0，y(t)0,2）xm(t)0,二极管D3、D4导通,在负载上形成两个电流回路:,回路1：3-c-D3-d-2-e-g-f,回路2：f-g-e-2-d-D4-a-4,总输出为：,2）xm(t)0，y(t)0,二极管D1、D2导通，在负载上形成两个电流回路：,回路1：4-a-D1-b-1-e-g-f,回路2：f-g-e-1-b-D2-c-3,总输出为：,返回,品质因素Q,相同Q值，中心频率n越大，带宽B越大这样的滤波器为恒带宽比滤波器,带通滤波器,低端截止频率为c1，高端截止频率为c2,c2=2nc1,(1),(2),(3),(4),(5),返回,恒带宽比滤波器,
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