機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三版段富海第四章信號(hào)調(diào)理與記錄課件

1、date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄1第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄4 第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋4 第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)4 第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器4 第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大4 第五節(jié)第五節(jié) 測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄 傳感器輸出的電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理和處理，便于傳輸、接受、顯傳感器輸出的電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理和處理，便于傳輸、接受、顯示和記錄。調(diào)理目的是示和記錄。調(diào)理目的是將微弱的電壓信號(hào)放大將微弱的電壓信號(hào)放大、將非電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換將非電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)為電壓信號(hào)、抑制干擾噪聲抑制干擾噪

2、聲、提高信噪比提高信噪比，以便于后續(xù)環(huán)節(jié)處理。，以便于后續(xù)環(huán)節(jié)處理。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄24-1 4-1 電橋電橋 電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化轉(zhuǎn)電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出的一種測(cè)量電路。換為電壓或電流輸出的一種測(cè)量電路。按激勵(lì)電壓的性質(zhì)分：直流電橋和交流電橋；按激勵(lì)電壓的性質(zhì)分：直流電橋和交流電橋；按輸出方式分：不平衡橋式電路和平衡橋式電路；按輸出方式分：不平衡橋式電路和平衡橋式電路；按工作原理分：偏值法和歸零法。按工作原理分：偏值法和歸零法。date: 2021/3/19 星

3、期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄34-1 4-1 電橋電橋 一、直流電橋一、直流電橋電橋平衡條件：r1r3 =r2 r4 ooadabyurrrrrrrrurrrrrrririuuu)(432142314342114211date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄44-1 4-1 電橋電橋 fr1rr1r以應(yīng)變式電阻傳感器的布片與接橋?yàn)槔?.1.半橋單臂半橋單臂r1 工作應(yīng)變片r2 、r3、r4固定電阻date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄54-

4、1 4-1 電橋電橋 r1 =r2 =r3 =r4 =r0 ，電橋輸出電壓： r1r01/4yusur r靈敏度：0000424yruurrrur 0rr132401234()()yr rr ruurrrrdate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄64-1 4-1 電橋電橋 r1rr1( r2)r2 rf2.2.半橋雙臂半橋雙臂 r1 、r2為工作應(yīng)變片r3 、r4為固定標(biāo)準(zhǔn)電阻date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄74-1 4-1 電橋電橋 r1 =r2 =r3 =r4 =r0

5、 工作應(yīng)變片的電阻增量|r1|=|r2|，電橋輸出電壓：靈敏度：0012yruur 與半橋單臂相比，靈敏度提高了一倍，電橋與半橋單臂相比，靈敏度提高了一倍，電橋的輸出與的輸出與r/r0 成完全線性關(guān)系。成完全線性關(guān)系。001/2yusur rdate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄84-1 4-1 電橋電橋 r1(r3)r3( r4)fr2(r4)r1( r2)3.3.全橋四臂全橋四臂 r1 、r2 、r3 、r4均為工作應(yīng)變片均為工作應(yīng)變片date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記

6、錄94-1 4-1 電橋電橋 r1 =r2 =r3 =r4 =r0 ，工作應(yīng)變片的電阻增量|r1|=|r2|=|r3|=|r4|電橋輸出電壓： 000yruur全橋輸出電壓高，有補(bǔ)償作用全橋輸出電壓高，有補(bǔ)償作用0/yusurr靈敏度： date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄104-1 4-1 電橋電橋 上述電橋是在不平衡條件下工作的，缺點(diǎn)是：當(dāng)電源電上述電橋是在不平衡條件下工作的，缺點(diǎn)是：當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定，或者環(huán)境溫度有變化時(shí)，都會(huì)引起電橋輸出的變壓不穩(wěn)定，或者環(huán)境溫度有變化時(shí)，都會(huì)引起電橋輸出的變化，從而產(chǎn)生誤差。因此，在某些情況

7、下采用平衡電橋?；瑥亩a(chǎn)生誤差。因此，在某些情況下采用平衡電橋。電橋的和差特性：電橋的和差特性： 若相鄰兩橋臂電阻同向變化（兩電阻同時(shí)增大或同時(shí)若相鄰兩橋臂電阻同向變化（兩電阻同時(shí)增大或同時(shí)減?。?，所產(chǎn)生的輸出電壓的變化將相互抵消；減小），所產(chǎn)生的輸出電壓的變化將相互抵消； 若相鄰兩橋臂電阻反向變化（兩電阻一個(gè)增大一個(gè)減若相鄰兩橋臂電阻反向變化（兩電阻一個(gè)增大一個(gè)減?。?，所產(chǎn)生的輸出電壓的變化將相互疊加。?。a(chǎn)生的輸出電壓的變化將相互疊加。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄114-1 4-1 電橋電橋 設(shè)被測(cè)量等于零時(shí)，電橋

8、處于設(shè)被測(cè)量等于零時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，此時(shí)指示儀表平衡狀態(tài)，此時(shí)指示儀表g g及可調(diào)及可調(diào)電位器電位器h h指零。指零。 當(dāng)某一橋臂隨被測(cè)量變化時(shí)，當(dāng)某一橋臂隨被測(cè)量變化時(shí)，電橋失去平衡，調(diào)節(jié)電位器電橋失去平衡，調(diào)節(jié)電位器h h，改，改變電阻變電阻r r5 5觸電位置，可使電橋重新觸電位置，可使電橋重新平衡，電表平衡，電表g g指針回零。指針回零。 電位器電位器h h上的標(biāo)度與橋臂電阻上的標(biāo)度與橋臂電阻值的變化成比例，故值的變化成比例，故h h的指示值可的指示值可以直接表達(dá)被測(cè)量的數(shù)值。以直接表達(dá)被測(cè)量的數(shù)值。平衡電橋平衡電橋date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版

9、）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄124-1 4-1 電橋電橋 二、交流電橋二、交流電橋 交流電橋采用交流激勵(lì)電壓。電橋的四個(gè)臂可為電感、交流電橋采用交流激勵(lì)電壓。電橋的四個(gè)臂可為電感、電容或電阻。電容或電阻。電橋平衡條件電橋平衡條件把各阻抗用指數(shù)式表示把各阻抗用指數(shù)式表示代入上式代入上式4231zzzz1011jezz 2022jezz 3033jezz 4044jezz 423104020301jjezzezzzzzz1234uu0y010302041324zzzz阻抗平衡阻抗平衡相位平衡相位平衡date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記

10、錄134-1 4-1 電橋電橋 電容電橋電容電橋 )1()1(442311cjrrrcjr電容平衡電阻平衡42134231crcrrrrr平衡條件：平衡條件： date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄144-1 4-1 電橋電橋 電感電橋電感電橋 )()(442311ljrrrljr平衡條件：平衡條件： 電感平衡電阻平衡42134231lrlrrrrrdate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄154-1 4-1 電橋電橋 date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（

11、第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄164-1 4-1 電橋電橋 q 兩位開關(guān)兩位開關(guān)r1 、r2 限流電限流電阻阻r3 電阻調(diào)節(jié)平電阻調(diào)節(jié)平衡電位器衡電位器c2電容調(diào)節(jié)平電容調(diào)節(jié)平衡用差動(dòng)可變電衡用差動(dòng)可變電容器容器具有電阻電容平衡的交流電阻電橋具有電阻電容平衡的交流電阻電橋 電阻平衡調(diào)節(jié) 粗/微 電容平衡調(diào)節(jié)date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄174-1 4-1 電橋電橋 用差動(dòng)式三繞組電感傳感器，鐵心為敏感元件，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為互用差動(dòng)式三繞組電感傳感器，鐵心為敏感元件，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為互感的變化，再通過電橋轉(zhuǎn)換為電壓或

12、電流的輸出。具有較高的精確度，靈敏度感的變化，再通過電橋轉(zhuǎn)換為電壓或電流的輸出。具有較高的精確度，靈敏度并且性能穩(wěn)定。并且性能穩(wěn)定。三、帶感應(yīng)耦合臂的電橋三、帶感應(yīng)耦合臂的電橋?qū)⒏袘?yīng)耦合的兩個(gè)繞組作為橋臂。將感應(yīng)耦合的兩個(gè)繞組作為橋臂。電橋平衡時(shí)：電橋平衡時(shí)：w1、w2激磁效激磁效應(yīng)相互抵消，鐵心無磁通，應(yīng)相互抵消，鐵心無磁通，g為為0變壓器電橋變壓器電橋電感比較儀電感比較儀date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄184-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)目的：目的：4傳感器輸出的信號(hào)是低頻的微弱信號(hào)

13、，需進(jìn)行放大處傳感器輸出的信號(hào)是低頻的微弱信號(hào)，需進(jìn)行放大處理；理；4如果直接采取直流放大，存在零漂和級(jí)間耦合等問題如果直接采取直流放大，存在零漂和級(jí)間耦合等問題，造成信號(hào)失真；，造成信號(hào)失真；4交流放大器具有良好的抗零漂性能；交流放大器具有良好的抗零漂性能；4將低頻信號(hào)通過調(diào)制的手段變?yōu)楦哳l信號(hào)，然后采用將低頻信號(hào)通過調(diào)制的手段變?yōu)楦哳l信號(hào)，然后采用交流放大器放大，最終用解調(diào)的手段獲取放大后的被交流放大器放大，最終用解調(diào)的手段獲取放大后的被測(cè)信號(hào)。測(cè)信號(hào)。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄194-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)

14、 調(diào)制：調(diào)制：使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一信號(hào)的控制下而使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一信號(hào)的控制下而發(fā)生變化的過程。發(fā)生變化的過程。 前一個(gè)信號(hào)稱為前一個(gè)信號(hào)稱為載波載波，一般為較高頻率的交變信號(hào)。，一般為較高頻率的交變信號(hào)。 后一信號(hào)（控制信號(hào)）稱為后一信號(hào)（控制信號(hào)）稱為調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)，一般為低頻。一般為低頻。 輸出是輸出是已調(diào)制波已調(diào)制波。 已調(diào)制波一般都便于已調(diào)制波一般都便于放大放大和和傳輸傳輸。 從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過程，稱為從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過程，稱為解調(diào)。解調(diào)。 調(diào)制和解調(diào)調(diào)制和解調(diào)是一對(duì)相反的信號(hào)變換過程。是一對(duì)相反的信號(hào)變換過程。date: 2021/3/19

15、 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄204-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為：不同，調(diào)制可分為： 調(diào)幅調(diào)幅(am)(am)、調(diào)頻、調(diào)頻(fm)(fm)和和調(diào)相調(diào)相(pm)(pm)； 使載波的幅值、頻率或使載波的幅值、頻率或相位隨調(diào)制信號(hào)而變化的相位隨調(diào)制信號(hào)而變化的過程分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻過程分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。和調(diào)相。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄214-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 一、調(diào)幅及其解調(diào)一、調(diào)幅及其解調(diào) 調(diào)幅是將一

16、個(gè)高頻簡諧信號(hào)（載波）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)調(diào)幅是將一個(gè)高頻簡諧信號(hào)（載波）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）相乘，使高頻信號(hào)的幅值隨測(cè)試信號(hào)而變化。制信號(hào)）相乘，使高頻信號(hào)的幅值隨測(cè)試信號(hào)而變化。 由傅立葉變換的性質(zhì)，在時(shí)域中兩個(gè)信號(hào)相乘，則對(duì)應(yīng)在頻率域中這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行卷積：)()()()(fyfxtytx 余弦信號(hào)頻率域圖形是一對(duì)脈沖譜線，一個(gè)函數(shù)與脈沖卷積的結(jié)果，就是將其圖形由坐標(biāo)原點(diǎn)平移至該脈沖函數(shù)（頻率f0）處，其幅值減半。 調(diào)幅過程相當(dāng)于頻譜“搬移”過程。1.1.幅值調(diào)制幅值調(diào)制date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄224-2 4-2 調(diào)制與

17、解調(diào)調(diào)制與解調(diào) date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄234-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 若把調(diào)幅波與原載波信號(hào)相乘，則頻域圖形將再次進(jìn)若把調(diào)幅波與原載波信號(hào)相乘，則頻域圖形將再次進(jìn)行行“搬移搬移”，如果用一個(gè)低通濾波器濾去中心頻率為，如果用一個(gè)低通濾波器濾去中心頻率為2f2f0 0的的高頻成分，那么將可以復(fù)現(xiàn)原信號(hào)的頻譜（只是幅值減小高頻成分，那么將可以復(fù)現(xiàn)原信號(hào)的頻譜（只是幅值減小一半，可以用放大處理來補(bǔ)償），這個(gè)過程稱為同步解調(diào)。一半，可以用放大處理來補(bǔ)償），這個(gè)過程稱為同步解調(diào)?！巴酵健笔侵冈诮庹{(diào)過程中所乘的載波信號(hào)

18、與調(diào)制時(shí)的載是指在解調(diào)過程中所乘的載波信號(hào)與調(diào)制時(shí)的載波信號(hào)具有相同的頻率與相位。波信號(hào)具有相同的頻率與相位。時(shí)域中也可以看到：時(shí)域中也可以看到：000( )cos2cos2( )1( )cos422x tf tf tx tx tf t2.2.同步解調(diào)同步解調(diào)date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄244-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄254-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）

19、乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄264-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄274-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析）乘法器乘法器放大

20、器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)(tx)2cos()()(tftxtxzm)(tz)(tztftxtyzm2cos)()(21122( )( )cos(2 2)zx tx tf tdate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄284-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)4 date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄294-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 調(diào)幅的目的是使緩變信號(hào)便于放大和傳輸。解調(diào)調(diào)幅的目的是使緩變信號(hào)便于放大和傳輸。解調(diào)的目的是為

21、了恢復(fù)原信號(hào)。的目的是為了恢復(fù)原信號(hào)。載波頻率載波頻率f f0 0必須高于原信號(hào)中最高頻率必須高于原信號(hào)中最高頻率f fm m才能使已才能使已調(diào)制波仍保持原信號(hào)的頻譜圖形，不致重疊。實(shí)際調(diào)制波仍保持原信號(hào)的頻譜圖形，不致重疊。實(shí)際載波頻率常常至少數(shù)倍甚至十倍于調(diào)制信號(hào)。載波頻率常常至少數(shù)倍甚至十倍于調(diào)制信號(hào)。幅值調(diào)制裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)乘法器。電橋本質(zhì)上幅值調(diào)制裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)乘法器。電橋本質(zhì)上也是一個(gè)乘法器。也是一個(gè)乘法器。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄304-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 以單臂電橋?yàn)槔f明調(diào)幅過程：以單臂

22、電橋?yàn)槔f明調(diào)幅過程：fr1rr1r0000424yruurrrur date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄314-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 3.整流檢波（包絡(luò)檢波）整流檢波（包絡(luò)檢波） 整流檢波原理：若把調(diào)制信號(hào)進(jìn)行偏置，疊整流檢波原理：若把調(diào)制信號(hào)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓，加一個(gè)直流分量，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓，那么調(diào)幅波的包絡(luò)線將具有原調(diào)制信號(hào)的形狀，那么調(diào)幅波的包絡(luò)線將具有原調(diào)制信號(hào)的形狀，把該調(diào)幅波把該調(diào)幅波xm(t)簡單地整流、濾波就可恢復(fù)原調(diào)簡單地整流、濾波就可恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。制

23、信號(hào)。 整流后注意減去所加的偏置電壓。整流后注意減去所加的偏置電壓。 若所加偏置電壓未能使信號(hào)電壓都在零線一若所加偏置電壓未能使信號(hào)電壓都在零線一側(cè)，就需要用相敏檢波技術(shù)。側(cè)，就需要用相敏檢波技術(shù)。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄324-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄334-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 相敏檢波利用交變信號(hào)在過零位時(shí)正、負(fù)極相敏檢波利用交變信號(hào)在過零位時(shí)正、負(fù)極性發(fā)生突變，使性發(fā)生突變，使調(diào)幅波的相位（與載

24、波比較）也調(diào)幅波的相位（與載波比較）也相應(yīng)地發(fā)生相應(yīng)地發(fā)生1801800 0的相位跳變的相位跳變。這樣既能反映調(diào)制。這樣既能反映調(diào)制信號(hào)的信號(hào)的幅值幅值，又能反映其，又能反映其極性極性。4.相敏檢波相敏檢波date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄344-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)4 date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄354-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 0-a段，載波為正時(shí)，vd1導(dǎo)通，電流的流向是d1vd125c負(fù)載地d0-a段，載波為負(fù)時(shí)，變壓器a和b極性同時(shí)

25、改變，電流的流向是d3vd345c負(fù)載地da-b段，載波為正時(shí)，變壓器b極性如圖中所示，變壓器a與圖中相反，vd2導(dǎo)通，電流的流向是52vd23d地負(fù)載c5a-b段，載波為負(fù)時(shí)，電流的流向是54vd4d地負(fù)載c5date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄364-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 相敏檢波是利用二極管的單向?qū)ㄗ饔?，將相敏檢波是利用二極管的單向?qū)ㄗ饔茫瑢㈦娐份敵鰳O性換向。電路輸出極性換向。 這種電路相當(dāng)于在這種電路相當(dāng)于在0a0a段把段把x xm m(t)(t)的零線下的的零線下的負(fù)部翻上去負(fù)部翻上去，而在，而在abab段

26、把段把正部翻下來正部翻下來，所檢測(cè)的，所檢測(cè)的信號(hào)信號(hào)u uf f是經(jīng)過是經(jīng)過“翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)”后信號(hào)的包絡(luò)。后信號(hào)的包絡(luò)。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄374-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀是電橋調(diào)幅與相敏檢波的典型實(shí)例。動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀是電橋調(diào)幅與相敏檢波的典型實(shí)例。動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀原理date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄384-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻是利用信號(hào)調(diào)頻是利用信號(hào)x(t)x(t)的幅值調(diào)制載波的頻的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，

27、調(diào)頻波是一種隨信號(hào)率，或者說，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)x(t)x(t)的電壓的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波。幅值而變化的疏密度不同的等幅波。 )*)(2cos()(0ttxfaty二、頻率調(diào)制與解調(diào)二、頻率調(diào)制與解調(diào) date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄394-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻的方法：調(diào)頻的方法：一般用振蕩電路來實(shí)現(xiàn)，如一般用振蕩電路來實(shí)現(xiàn)，如lclc振蕩電路、壓控振蕩器等。振蕩電路、壓控振蕩器等。 lclc振蕩電路振蕩頻率受控于被測(cè)物理量（如電容振蕩電路振蕩頻率受控于被測(cè)物理量（如電容c c），振），振蕩頻率

28、蕩頻率f f與調(diào)諧參數(shù)的變化呈線性關(guān)系。與調(diào)諧參數(shù)的變化呈線性關(guān)系。壓控振蕩器（壓控振蕩器（vcovco）用調(diào)制信號(hào)的幅值來控制其振蕩頻率，）用調(diào)制信號(hào)的幅值來控制其振蕩頻率，使振蕩頻率隨控制電壓呈線性變化，從而達(dá)到頻率調(diào)制的目使振蕩頻率隨控制電壓呈線性變化，從而達(dá)到頻率調(diào)制的目的。的。調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)：調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)：調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)亦稱鑒頻；調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)亦稱鑒頻；一般采用鑒頻器和鎖相環(huán)解調(diào)器。一般采用鑒頻器和鎖相環(huán)解調(diào)器。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄404-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 鑒頻鑒頻t1t2t3t4f鑒頻器

29、由一個(gè)高鑒頻器由一個(gè)高通濾波器（輸入通濾波器（輸入頻率不同，輸出頻率不同，輸出幅值不同，實(shí)現(xiàn)幅值不同，實(shí)現(xiàn)頻率電壓的轉(zhuǎn)換）頻率電壓的轉(zhuǎn)換）和一個(gè)包絡(luò)檢波和一個(gè)包絡(luò)檢波器構(gòu)成。器構(gòu)成。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄414-2 4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。調(diào)頻優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。 調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的所要求帶寬的2020倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。雜，因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。 因

30、為調(diào)頻信號(hào)所攜帶的信息包含在頻率變化因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表現(xiàn)在振幅之中。要表現(xiàn)在振幅之中。 調(diào)頻缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜調(diào)頻缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄42本次課內(nèi)容本次課內(nèi)容 調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的所要求帶寬的2020倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。雜，因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。

31、調(diào)頻缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜調(diào)頻缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜 第四章第四章 信號(hào)的調(diào)理與記錄信號(hào)的調(diào)理與記錄第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大第五節(jié)第五節(jié) 測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄434-3 4-3 濾波器濾波器 濾波器是一種濾波器是一種選頻選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。在頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。在測(cè)試裝置中，利用濾波器的這種篩選作用，可以測(cè)試裝置中，利用濾波器的這種篩選作用，可以濾

32、除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。一、濾波器分類一、濾波器分類(1)低通濾波器低通濾波器(2)高通濾波器高通濾波器(3)帶通濾波器帶通濾波器(4)帶阻濾波器帶阻濾波器1.根據(jù)濾波器選頻的作用分類根據(jù)濾波器選頻的作用分類date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄444-3 4-3 濾波器濾波器 低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻陷波陷波date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄454-3 4-3 濾波器濾波器4 四種濾波器的特性是互有聯(lián)系的：四種濾波器的特性是互有聯(lián)系

33、的：高通濾波器的幅頻特性高通濾波器的幅頻特性a a2 2(f)(f)可看作是可看作是1-a1-a1 1(f)(f)，a a1 1(f)(f)是低通濾波是低通濾波器的幅頻特性，故可以用低通濾波器做負(fù)反饋回路而獲得。器的幅頻特性，故可以用低通濾波器做負(fù)反饋回路而獲得。帶阻濾波器是低通和高通的組合，而帶通濾波器則可以是以帶阻做負(fù)帶阻濾波器是低通和高通的組合，而帶通濾波器則可以是以帶阻做負(fù)反饋而獲得。反饋而獲得。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄464-3 4-3 濾波器濾波器 濾波器的串濾波器的串/ /并聯(lián)并聯(lián) 帶阻濾波器帶阻濾波器 d

34、ate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄474-3 4-3 濾波器濾波器 根據(jù)構(gòu)成濾波器的元件類型：根據(jù)構(gòu)成濾波器的元件類型： 可分為可分為rcrc、lclc或晶體諧振濾波器或晶體諧振濾波器；根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)：根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)： 可分為可分為有源濾波器有源濾波器（運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)）和（運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)）和無源濾波無源濾波器器（rlcrlc組合配置）；組合配置）；根據(jù)濾波器所處理的信號(hào)性質(zhì)：根據(jù)濾波器所處理的信號(hào)性質(zhì)： 可分為可分為模擬濾波器模擬濾波器與與數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器等等。等等。本節(jié)所述內(nèi)容是屬于模擬濾波器范圍。本節(jié)所述

35、內(nèi)容是屬于模擬濾波器范圍。2.其他分類方法其他分類方法date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄484-3 4-3 濾波器濾波器 二、理想濾波器二、理想濾波器 低通濾波器為例 根據(jù)線性系統(tǒng)的不失真?zhèn)鬏敆l件，理想測(cè)量根據(jù)線性系統(tǒng)的不失真?zhèn)鬏敆l件，理想測(cè)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)應(yīng)是：系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)應(yīng)是：020( )jfth fa e若濾波器的頻率響應(yīng)若濾波器的頻率響應(yīng)h(f)h(f)滿足下列條件：滿足下列條件：020|( )0jf tca effh f其它則稱為則稱為理想濾波器理想濾波器。如無相角滯后，即如無相角滯后，即t t0 0=0=0，

36、則時(shí)域脈沖響應(yīng)函數(shù)：則時(shí)域脈沖響應(yīng)函數(shù)：tftfafthccc2)2sin(2)(不失真條件不失真條件date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄494-3 4-3 濾波器濾波器4 date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄504-3 4-3 濾波器濾波器 說明：說明： 1.在輸入在輸入(t)到來之前，即到來之前，即t0，濾波器就有了與輸入相，濾波器就有了與輸入相對(duì)應(yīng)的輸出。違背因果關(guān)系，任何現(xiàn)實(shí)的濾波器不可能有對(duì)應(yīng)的輸出。違背因果關(guān)系，任何現(xiàn)實(shí)的濾波器不可能有這種預(yù)知未來的能力，所以

37、理想低通濾波器是不可能存在這種預(yù)知未來的能力，所以理想低通濾波器是不可能存在的。的。 2. 理想的高通、帶通、帶阻濾波器都是不存在的。實(shí)際理想的高通、帶通、帶阻濾波器都是不存在的。實(shí)際濾波器的頻域圖形不可能出現(xiàn)直角銳變，也不會(huì)在有限頻濾波器的頻域圖形不可能出現(xiàn)直角銳變，也不會(huì)在有限頻率上完全截止。率上完全截止。 3. 實(shí)際濾波器的頻域圖形將延伸到實(shí)際濾波器的頻域圖形將延伸到|f|。 4. 一個(gè)濾波器對(duì)信號(hào)中通帶以外的頻率成分只能極大地一個(gè)濾波器對(duì)信號(hào)中通帶以外的頻率成分只能極大地衰減，卻不能完全阻止。衰減，卻不能完全阻止。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富

38、海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄514-3 4-3 濾波器濾波器 三、實(shí)際濾波器的特征參數(shù)三、實(shí)際濾波器的特征參數(shù) 以帶通濾波器為例以帶通濾波器為例 理想濾波器是不存在的，實(shí)際濾波器幅頻特理想濾波器是不存在的，實(shí)際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒有嚴(yán)格界限，存在性中通帶和阻帶間沒有嚴(yán)格界限，存在過渡帶過渡帶。 0fadate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄524-3 4-3 濾波器濾波器 0ffc1fc2a00.707a01)1)截止頻率截止頻率fcfc：0.707a0.707a0 0所對(duì)應(yīng)的頻率所對(duì)應(yīng)的頻率fc1fc1和和fc2,fc2, （

39、-3db-3db或半功率點(diǎn)）?；虬牍β庶c(diǎn)）。22)2)紋波幅度紋波幅度：通帶中：通帶中繞繞幅頻特性均值幅頻特性均值a a0 0波動(dòng)值波動(dòng)值。 越小越好。越小越好。bq=f0 / bdate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄534-3 4-3 濾波器濾波器 5)5)濾波器因數(shù)（矩形系數(shù)）濾波器因數(shù)（矩形系數(shù)） 定義為濾波器幅頻特性的定義為濾波器幅頻特性的-60db-60db帶寬與帶寬與-3db-3db帶寬的比，即：帶寬的比，即： 理想濾波器理想濾波器=1=1，對(duì)于普通使用的濾波器一般為，對(duì)于普通使用的濾波器一般為1-51-5。603dbdb

40、bb3)3)帶寬帶寬b b：上下兩截頻間的頻率范圍稱為帶寬上下兩截頻間的頻率范圍稱為帶寬b=fc2-fc1b=fc2-fc1。 -3db -3db帶寬，帶寬，hzhz。帶寬表示濾波器的分辨能力，。帶寬表示濾波器的分辨能力， 即濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力。即濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力。4)4)品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)q q： 對(duì)帶通濾波器，中心頻率對(duì)帶通濾波器，中心頻率f0f0和帶寬和帶寬b b之比稱為品質(zhì)因數(shù)之比稱為品質(zhì)因數(shù)q q 。 q q越大，越大，則相對(duì)帶寬越小，濾波器的選擇性越好。則相對(duì)帶寬越小，濾波器的選擇性越好。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第

41、三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄544-3 4-3 濾波器濾波器 6)6)倍頻程選擇性倍頻程選擇性w w 從阻帶到通帶或從通帶到阻帶，實(shí)際濾波器有一個(gè)過從阻帶到通帶或從通帶到阻帶，實(shí)際濾波器有一個(gè)過渡帶，過渡帶的曲線傾斜度代表著幅頻特性衰減程度，通渡帶，過渡帶的曲線傾斜度代表著幅頻特性衰減程度，通常用倍頻程選擇性來表征。常用倍頻程選擇性來表征。 倍頻程衰減量以倍頻程衰減量以db/octdb/oct表示（表示（octave，倍頻程）。，倍頻程）。 衰減越快（即衰減越快（即w w值越大），濾波器的選擇性越好。值越大），濾波器的選擇性越好。22(2)20lg()ccafwa f 11(/2)20

42、lg()cca fwa f 倍頻程選擇性指在上截止頻率倍頻程選擇性指在上截止頻率fc2fc2與與2fc22fc2之間幅頻特性之間幅頻特性的衰減值，或下截止頻率的衰減值，或下截止頻率fc1fc1與與fc1/2fc1/2之間幅頻特性的衰減之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)的衰減量。值，即頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)的衰減量。 date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄554-3 4-3 濾波器濾波器 1.1.一階一階rcrc低通濾波器低通濾波器xyyuudtdurc拉氏變換，得傳遞函數(shù)拉氏變換，得傳遞函數(shù)11)()()(ssusushxy

43、當(dāng)當(dāng)f1/2rcf1/2rcf1/2rc時(shí)，時(shí)，rcrc起積分器作起積分器作用，對(duì)高頻成分衰用，對(duì)高頻成分衰減為減為-20db/10-20db/10倍頻倍頻（-6db/-6db/倍頻程）。倍頻程）。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄574-3 4-3 濾波器濾波器 2.rc2.rc高通濾波器高通濾波器xyyudturcu1微分方程：傳遞函數(shù)：1)(sssh頻率響應(yīng)函數(shù)：jjh1)(幅頻特性：2)(1)(a或2)2(12)(fffa相頻特性：1)(arctg或farctgf21)(date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技

44、術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄584-3 4-3 濾波器濾波器4 21)(fa濾波器的-3db截止頻率為rcfc211 a(f)=1; (f)0。即當(dāng)f相當(dāng)大時(shí)，幅頻特性接近于1，相移趨于零，此時(shí)rc高通濾波器可視為不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。21f當(dāng) 時(shí)，rc高通濾波器的輸出與輸入的微分成正比，起著微分器的作用。12fdate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄594-3 4-3 濾波器濾波器 3.rc3.rc帶通濾波器帶通濾波器 帶通濾波器可以看成是低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成。一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為一階高通濾波器的傳遞函數(shù)為

45、則串聯(lián)后傳遞函數(shù)為h(s)=h1(s)h2(s)11)(11ssh1)(222sssh幅頻特性為：相頻特性為：12( )( )( )a fa f af12( )( )( )fffdate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄604-3 4-3 濾波器濾波器4 低通濾波器和高通濾波器的串聯(lián)低通濾波器和高通濾波器的串聯(lián) date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄614-3 4-3 濾波器濾波器 串聯(lián)所得的帶通濾波器以原高通的截止頻率為下截止頻率串聯(lián)所得的帶通濾波器以原低通的截止頻率為上截止頻

46、率1112cf2221cf分別調(diào)節(jié)高、低通環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)(1及2)，就可得到不同的上、下截止頻率和帶寬的帶通濾波器。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄624-3 4-3 濾波器濾波器 4.4.濾波器的實(shí)際使用濾波器的實(shí)際使用一階一階rcrc濾波器在過渡帶內(nèi)衰減速率非常慢，通帶和阻帶之間沒有陡濾波器在過渡帶內(nèi)衰減速率非常慢，通帶和阻帶之間沒有陡峭的界限，因此性能較差，常使用更復(fù)雜的濾波器。峭的界限，因此性能較差，常使用更復(fù)雜的濾波器。通過采用多個(gè)通過采用多個(gè)rcrc環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié)或lclc環(huán)節(jié)串聯(lián)的方式，可以使濾波器的性能得到環(huán)節(jié)串聯(lián)的

47、方式，可以使濾波器的性能得到顯著提高，使過渡帶曲線的陡峭度得到改善。顯著提高，使過渡帶曲線的陡峭度得到改善。注意多級(jí)串聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)消除級(jí)間的相互影響，因?yàn)楹笠患?jí)成為前注意多級(jí)串聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)消除級(jí)間的相互影響，因?yàn)楹笠患?jí)成為前一級(jí)的一級(jí)的“負(fù)載負(fù)載”，而前一級(jí)又是后一級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻。因此多個(gè)簡單濾，而前一級(jí)又是后一級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻。因此多個(gè)簡單濾波器的級(jí)聯(lián)能改善濾波器的過渡帶性能，卻又不可避免地帶來負(fù)載效波器的級(jí)聯(lián)能改善濾波器的過渡帶性能，卻又不可避免地帶來負(fù)載效應(yīng)和相移增大等問題，采用應(yīng)和相移增大等問題，采用有源濾波器有源濾波器解決。解決。實(shí)際上兩級(jí)間常用實(shí)際上兩級(jí)間常用射極輸出器或者用運(yùn)算放大

48、器射極輸出器或者用運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離。所以實(shí)進(jìn)行隔離。所以實(shí)際的帶通濾波器常常是有源的。際的帶通濾波器常常是有源的。電容和電感一起使用的濾波器較一階電容和電感一起使用的濾波器較一階rcrc濾波器有較為陡峭的邊緣，濾波器有較為陡峭的邊緣，可構(gòu)成可構(gòu)成lclc低通、高通和帶通濾波器，有低通、高通和帶通濾波器，有l(wèi) l型、型、t t型和型和型的濾波器。型的濾波器。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄634-3 4-3 濾波器濾波器4 產(chǎn)品產(chǎn)品lineda: ltc1564maxim: max74xxdate: 2021/3/19 星期五機(jī)

49、械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄644-3 4-3 濾波器濾波器五、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用五、帶通濾波器在信號(hào)頻率分析中的應(yīng)用 頻率分析儀為了對(duì)信號(hào)做頻譜分析，或者摘取信號(hào)中某些特殊頻率成分，為了對(duì)信號(hào)做頻譜分析，或者摘取信號(hào)中某些特殊頻率成分，可將信號(hào)通過放大倍數(shù)相同而中心頻率各個(gè)不同的多個(gè)帶通濾波可將信號(hào)通過放大倍數(shù)相同而中心頻率各個(gè)不同的多個(gè)帶通濾波器，各個(gè)濾波器的輸出主要反映信號(hào)中在該通帶頻率范圍內(nèi)的量器，各個(gè)濾波器的輸出主要反映信號(hào)中在該通帶頻率范圍內(nèi)的量值。值。可以有兩種做法：可以有兩種做法：多路濾波器并聯(lián)式和中心頻率可調(diào)式多路濾波器并聯(lián)式和中心

50、頻率可調(diào)式多路濾波器并聯(lián)式多路濾波器并聯(lián)式使用一組各自中心頻率固定的，但又按一定規(guī)使用一組各自中心頻率固定的，但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。把該濾波器組并聯(lián)在信號(hào)源上，各濾波器的輸律相隔的濾波器組。把該濾波器組并聯(lián)在信號(hào)源上，各濾波器的輸出同時(shí)顯示或記錄，這樣就能瞬時(shí)獲得信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)。這就成為出同時(shí)顯示或記錄，這樣就能瞬時(shí)獲得信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)。這就成為“實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”的譜分析。的譜分析。中心頻率可調(diào)式中心頻率可調(diào)式使帶通濾波器的中心頻率是可調(diào)的，通過改變使帶通濾波器的中心頻率是可調(diào)的，通過改變r(jià)crc調(diào)諧參數(shù)而使其中心頻率調(diào)諧參數(shù)而使其中心頻率跟隨跟隨所需要量測(cè)的信號(hào)頻段。其可調(diào)范圍所需要量測(cè)的信

51、號(hào)頻段。其可調(diào)范圍一般是有限的。一般是有限的。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄654-3 4-3 濾波器濾波器 對(duì)用于譜分析的濾波器組，各濾波器的通帶應(yīng)該相互連接，覆蓋整對(duì)用于譜分析的濾波器組，各濾波器的通帶應(yīng)該相互連接，覆蓋整個(gè)感興趣的頻率范圍，這樣才不致使信號(hào)中的頻率成分個(gè)感興趣的頻率范圍，這樣才不致使信號(hào)中的頻率成分“丟失丟失”。通常的做法是前一個(gè)濾波器的通常的做法是前一個(gè)濾波器的-3db-3db上截止頻率上截止頻率( (高端高端) )就是后一個(gè)濾就是后一個(gè)濾波器的波器的-3db-3db下截止頻率下截止頻率( (低端低端)

52、 )。這樣濾波器組將覆蓋整個(gè)頻率范圍。這樣濾波器組將覆蓋整個(gè)頻率范圍。當(dāng)然，濾波器組應(yīng)具有同樣的放大倍數(shù)當(dāng)然，濾波器組應(yīng)具有同樣的放大倍數(shù)( (對(duì)其各個(gè)中心頻率而言對(duì)其各個(gè)中心頻率而言) )。恒帶寬比濾波器恒帶寬比濾波器 濾波器組是一些恒帶寬比的濾波器構(gòu)成的。恒帶寬比是指帶寬濾波器組是一些恒帶寬比的濾波器構(gòu)成的。恒帶寬比是指帶寬和中心頻率之比值為常數(shù)，即濾波器的相對(duì)帶寬是常數(shù)。和中心頻率之比值為常數(shù)，即濾波器的相對(duì)帶寬是常數(shù)。濾波器的中心頻率越高，其帶寬也越大。濾波器的中心頻率越高，其帶寬也越大。1.多路濾波器的并聯(lián)形式多路濾波器的并聯(lián)形式2100ic ic iiibffcffdate: 20

53、21/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄664-3 4-3 濾波器濾波器 恒帶寬比帶通濾波器恒帶寬比帶通濾波器 假設(shè)一個(gè)帶通濾波器的低端截止頻率為假設(shè)一個(gè)帶通濾波器的低端截止頻率為f fc1ic1i，高端截，高端截止頻率為止頻率為f fc2ic2i， f fc2ic2i和和 f fc1ic1i的關(guān)系總是可以用下式表示：的關(guān)系總是可以用下式表示：式中式中n n稱為倍頻程數(shù)。若稱為倍頻程數(shù)。若n=1n=1稱為倍頻程濾波器；若稱為倍頻程濾波器；若n=1/3n=1/3，則稱為，則稱為1/31/3倍頻程濾波器。倍頻程濾波器。212nc ic iffdate: 2

54、021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄674-3 4-3 濾波器濾波器 濾波器關(guān)系式：濾波器關(guān)系式：012ic ic ifff/2202nc iiff/2102nc iiff021ic ic iiifffbq/2/20122nniiibqf若為倍頻程濾波器，若為倍頻程濾波器，n=1n=1，則，則q=1.41q=1.41；若為若為1/31/3倍頻程濾波器，倍頻程濾波器， n=1/3n=1/3，則，則q=4.38q=4.38；若為若為1/51/5倍頻程濾波器，倍頻程濾波器， n=1/5n=1/5，則，則q=7.2q=7.2。00(1)2niiffdat

55、e: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄684-3 4-3 濾波器濾波器 只要選定只要選定n值就可設(shè)計(jì)覆蓋給定頻率范圍的鄰接式濾值就可設(shè)計(jì)覆蓋給定頻率范圍的鄰接式濾波器組。波器組。 例如對(duì)于例如對(duì)于n=1的倍頻程濾波器將是：的倍頻程濾波器將是：中心頻率中心頻率(hz) 16 31.5 63 125 250帶寬帶寬(hz) 11.05 22.09 44.19 88.36 176.75 又例如對(duì)于又例如對(duì)于1/3倍頻程濾波器組將是：倍頻程濾波器組將是：中心頻率中心頻率(hz) 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63帶寬帶寬(hz)

56、 2.9 3.6 4.6 5.7 7.2 9.1 11. 5 14.501.41fbqq4.38q date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄694-3 4-3 濾波器濾波器 n=1n=1的倍頻程濾波器組的倍頻程濾波器組date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄704-3 4-3 濾波器濾波器 恒帶寬濾波器恒帶寬濾波器 恒帶寬比濾波器，其通頻帶在低頻段內(nèi)甚窄，而在高頻段內(nèi)則較恒帶寬比濾波器，其通頻帶在低頻段內(nèi)甚窄，而在高頻段內(nèi)則較寬，因而濾波器組的頻率分辨力在低頻段較好，在高頻段則甚

57、差。為寬，因而濾波器組的頻率分辨力在低頻段較好，在高頻段則甚差。為使濾波器在所有頻段都具有同樣良好的頻率分辨力，可采用恒帶寬的使濾波器在所有頻段都具有同樣良好的頻率分辨力，可采用恒帶寬的濾波器。濾波器。 為提高濾波器的分辨能力，帶寬應(yīng)窄一些，這樣為覆蓋整個(gè)頻率為提高濾波器的分辨能力，帶寬應(yīng)窄一些，這樣為覆蓋整個(gè)頻率范圍所需要的濾波器數(shù)量就很大。恒帶寬濾波器就不宜做成固定中心范圍所需要的濾波器數(shù)量就很大。恒帶寬濾波器就不宜做成固定中心頻率的。頻率的。恒帶寬帶通濾波器恒帶寬帶通濾波器 date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄714-3 4-

58、3 濾波器濾波器 2.2.中心頻率可調(diào)式中心頻率可調(diào)式 恒帶寬濾波器一般不用固定中心頻率與帶寬的并聯(lián)濾波器組實(shí)現(xiàn)，恒帶寬濾波器一般不用固定中心頻率與帶寬的并聯(lián)濾波器組實(shí)現(xiàn)，而是通過而是通過中心頻率可調(diào)的掃描式帶通濾波器中心頻率可調(diào)的掃描式帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。掃描式頻率分析儀掃描式頻率分析儀采用一個(gè)中心頻率可調(diào)的帶通濾波器，通過改采用一個(gè)中心頻率可調(diào)的帶通濾波器，通過改變中心頻率使該濾波器的通帶跟隨所要分析的信號(hào)頻率范圍要求來變中心頻率使該濾波器的通帶跟隨所要分析的信號(hào)頻率范圍要求來變化。變化。調(diào)節(jié)方式可以是手動(dòng)或外信號(hào)調(diào)節(jié)，如用于調(diào)節(jié)中心頻率的信號(hào)調(diào)節(jié)方式可以是手動(dòng)或外信號(hào)調(diào)節(jié)，如用于調(diào)

59、節(jié)中心頻率的信號(hào)可由一個(gè)鋸齒波發(fā)生器來產(chǎn)生，用一個(gè)線性升高的電壓來控制中心可由一個(gè)鋸齒波發(fā)生器來產(chǎn)生，用一個(gè)線性升高的電壓來控制中心頻率的連續(xù)變化。頻率的連續(xù)變化。由于在調(diào)節(jié)中心頻率過程中總希望不改變或不影響濾波器的增益由于在調(diào)節(jié)中心頻率過程中總希望不改變或不影響濾波器的增益及及q q因子等參數(shù)，因此中心頻率的調(diào)節(jié)范圍是有限的。因子等參數(shù)，因此中心頻率的調(diào)節(jié)范圍是有限的。date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄724-3 4-3 濾波器濾波器4 濾波器的應(yīng)用濾波器的應(yīng)用超門限報(bào)警超門限報(bào)警 案例：案例：旅游索道鋼纜檢測(cè)旅游索道鋼纜檢測(cè)d

60、ate: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄734-3 4-3 濾波器濾波器4 由案例提煉的典型實(shí)驗(yàn)：由案例提煉的典型實(shí)驗(yàn)：鋼管無損探傷鋼管無損探傷濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門限報(bào)警濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門限報(bào)警date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄744-3 4-3 濾波器濾波器4 案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理 date: 2021/3/19 星期五機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）段富海-第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄754-3 4-3 濾波器濾波