Measurement信號(hào)調(diào)理pych5english課件

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1Chapter5Modulation,ProcessandRecordofsignal第五章信號(hào)調(diào)理、處理和記錄§5-1BridgeCircuit§5-1電橋

§5-2Modulationanddemodulation §5-2

調(diào)制與解調(diào)

§5-3Filter

§5-3濾波器

§5-4IndicationandRecordEquipmentsofSignal§5-4信號(hào)的指示和記錄裝置Return

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2§5-1Bridgecircuit

電橋Itisameasurementcircuitwhichconvertsvariationsofresistance,inductance,capacitance,andsoonintovariationofvoltageorelectricityasoutput.將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測(cè)量電路。Itisclassifiedintobridgecircuitofdirectcurrentandbridgecircuitofalternatingcurrentaccordingtocharactersofdrivingvoltage.Itisalsoclassifiedintobridgecircuitofimbalanceandbridgecircuitofbalance.按照激勵(lì)電壓的性質(zhì)，分為直流電橋和交流電橋；按照輸出方式，分為不平衡橋式電路和平衡橋式電路。Bridgecircuit電橋:Classification:分類:單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

31、bridgecircuitofdirectcurrent直流電橋Bridgecirciut電橋(2/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

5Diagramofconnectionwaysofbridgecircuitofdirectcurrent直流電橋的聯(lián)接方式圖

a)half-bridgesinglearm半橋單臂

b)half-bridgedoublearms

半橋雙臂

c)fullbridge

全橋

Atbeginning,bridgecircuitisatbalancestate.whenresistanceofeacharmproducededasmallchange,bridgecircuitlosesitsbalance.itsoutputis:如電橋開始處于平衡狀態(tài),當(dāng)各橋臂電阻發(fā)生微小變化時(shí)電橋失去平衡,其輸出為:(3)Sensitivityofbridgecircuit電橋的靈敏度Bridgecirciut電橋(4/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

6Generally,R<<R.Besidesbridgecircuitisatbalancestateatbeginning.Thatis:

一般R很小,即R<<R,又電橋開始時(shí)平衡,即So:所以Bridgecirciut電橋(5/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

7Inactualuse,resistanceofeacharmofbridgecircuitisadoptedthesameinordertosimplifydesignofbridgecircuitandobtainthelargestsensitivityofbridgecircuit.實(shí)際使用中，為了簡(jiǎn)化橋路設(shè)計(jì)，同時(shí)也為了得到電橋的最大靈敏度，往往取橋臂電阻相等，即

Halfbridgesinglearm:半橋單臂接法:

Halfbridgedoublearms:半橋雙臂接法:

Fullbridge:全橋接法:Bridgecirciut電橋(6/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

9(4)Sum-differencecharacteristicofbridgecircuit電橋的和差特性iouRRRRRRRRRRRRu)()(4433221122121D-D+D-D+=Forbridgeinwhichresistanceofeacharmisequal.對(duì)全等臂橋:Sou0canbesimplifiedas:所以:u0可以簡(jiǎn)化為:Bridgecirciut電橋(8/23)cdbR3±?R3aR1±?R1uouiI1I2▽±R4R4▽±R2R2單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

10Whenthereareresistanceincrementsintwooppositearms,outputofbridgecircuitreflectstheresultofsumofthetworesistanceincrementinthetwooppositearms.電橋相對(duì)橋臂有電阻增量時(shí),電橋輸出反映兩橋臂電阻增量相加的結(jié)果;Whenthereareresistanceincrementsintwoconsecutivearms,outputofbridgecircuitreflectstheresultofdifferenceofthetworesistanceincrementinthetwoconsecutivearms.電橋相鄰橋臂有電阻增量時(shí),電橋輸出反映兩橋臂電阻增量相減的結(jié)果Bridgecirciut電橋(9/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

11Example:例:Asshowinfollowingfigure.Acantilever['k?ntili:v?]beamsuffersaforceF.PleaseconsiderinfluenceoftemperatureandfindF.Drawadiagramtoshowthefixedpositionsofstraingaugesandconnectionwayofbridgecircuit.如圖所示懸臂梁受力F作用,要求出F,并且要考慮溫度的影響.試畫出應(yīng)變片的粘貼位置與電橋的連接方式圖。Bridgecirciut電橋(10/23)F單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

13Key:forceFmakescantileverbeamproducebendingdeformationonly,temperaturemakesthecantileverbeamproducetensile拉伸['tensail]

deformation.解:力F使懸臂梁產(chǎn)生純彎曲變形;溫度使梁產(chǎn)生拉伸變形Bridgecirciut電橋(12/23)FUndertheroleofforceF:

R1→R1+ΔR1;R2→R2-ΔR2;And:|ΔR1|=|ΔR2|;Undertheroleoftemperature:

R1→R1+ΔR’1;

R2→R2+ΔR2’;|ΔR’1|=|ΔR2’|;單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

14Accordingtosum-differencecharacteristicofbridgecircuit

根據(jù)電橋和差特性:Bridgecirciut電橋(13/23)R1R3R2R4eyexFR1R2R1單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

15Ifsensitivityisnotlargeenough,howtosolvetheproblem?

如果上述測(cè)試靈敏度不夠,怎么辦?Choose4straingaugesinstead.Fullbridge.改成4片,全橋.Bridgecirciut電橋(14/23)R1R3R2R4eyexFR1,3R2,4R1R3單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

17HowtofindmagnitudeofFfromvariationofresistancemeasured?

測(cè)出的是電阻變化,怎么得到想求的力F?strain應(yīng)變Sensitivityofstraingauge應(yīng)變片靈敏度Accordingtooperationprincipleofresistancestraingauges:根據(jù)電阻應(yīng)變片的工作原理:Alsoknownfrommechanicsofmaterials:又根據(jù)材料力學(xué):Bridgecirciut電橋(16/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

18ForceFcanbefindfromformulasabove.

力F為:Bridgecirciut電橋(17/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

192.Bridgecircuitofalternatingcurrent交流電橋

Atsituationthatinputvoltageandresistancearealreadlyknown,bridgecircuitcanmeasurevariationofresistancebyvariationofoutputvoltage.Wheninputelectricalsourceisalternatingcurrent,equationaboveisstilltenable.在已知輸入電壓及電阻的情況下，電橋可以通過輸出電壓的變化測(cè)出電阻的變化值。當(dāng)輸入電源為交流電源時(shí)，上述等式仍舊成立。Whencapacitanceandinductancearewrittenasvectorforms,equationofbalanceconditionofbridgecircuitcanberewrittenas:把電容、電感寫成矢量形式時(shí)，電橋平衡條件式可改寫為：Writtenascomplexexponentialform:寫成復(fù)指數(shù)形式

Balanceconditionsofbridgecircuit電橋平衡條件為(1)Balanceconditionsofbridgecircuit電橋平衡條件Bridgecirciut電橋(18/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

21Diagramofbridgecircuitofalternatingcurrent交流電橋圖1)balanceconditionsofbridgecircuitofcapacitance電容電橋的平衡條件

Bridgecirciut電橋(20/23)cdbR3aR1uouiI1I2R4R2C1C2bridgecircuitofcapacitance電容電橋

cdbR3aR1uouiI1I2R4R2L1L2b)bridgecircuitofinductance電感電橋

Realpartsandimaginarypartsareequalrespectively.由實(shí)部虛部分別相等得到。單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

222)Balanceconditionsofbridgecircuitofinductance電感電橋的平衡條件

Bridgecirciut電橋(21/23)cdbR3aR1uouiI1I2R4R2L1L2b)bridgecircuitofinductance電感電橋

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233)bridgecircuitofalternatingcurrentwithresistanceandcapacitancebalances.具有電阻、電容平衡的交流電橋

Adjustresistancebalance調(diào)電阻平衡Adjustcapacitancebalance調(diào)電容平衡Bridgecirciut電橋(22/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

25§5.2modulationanddemodulation調(diào)制與解調(diào)

Electricalsignalsoutputfromtransducersaregenerallylowfrequencycomponents(fromdirectcurrenttotensKHz).Whensignalsundertestareweak,inordertorealizesignalstransmissionespeciallyforlongdistance,directcurrentamplificationormodulationanddemodulationmaybeadopted.傳感器輸出的電信號(hào)一般為較低頻率分量（在直流至幾十千赫茲之間），當(dāng)被測(cè)信號(hào)比較弱時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸尤其是遠(yuǎn)距離傳輸，可以采用直流放大或調(diào)制與解調(diào)。Signalssuffereasilydisturbancesfrompowerfrequencyandothersignalswhilebeingtransmitted.Ifdirectcurrentamplificationisused,effectivemeasurestorestrain抑制influencesofdisturbancesignalsmustbeadopted.信號(hào)傳輸過程中容易受到工頻及其他信號(hào)的干擾，若采用直流放大則在傳輸過程中必須采用有效措施抑制干擾信號(hào)的影響。Actually,signalsareprocessedfromlowfrequencydomaintohighonebymodulationfirstlyandalternatingcurrentamplificationsecondly.Itcanalsoimproveanti-interference抗干擾abilityofcircuitandsignaltonoiseratioofsignals.實(shí)際中往往采用更有效的先調(diào)制而后交流放大，將信號(hào)從低頻區(qū)推移到高頻區(qū)，也可以提高電路的抗干擾能力和信號(hào)的信噪比。單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

26Modulationmeansaprocessthatsomeparametersofasignalarechangedundercontrolofothersignal.Aheadsignaliscalledcarrier,behindsignaliscalledmodulatingsignal.調(diào)制就是使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一個(gè)信號(hào)的控制下而發(fā)生變化的過程。前一信號(hào)稱為載波，后一信號(hào)（控制信號(hào)）稱為調(diào)制信號(hào)。Correspondingthreefactorsofsignal:magnitude,frequencyandphase.Modulationisclassifiedintomagnitudemodulation,frequencymodulationandphasemodulationaccordingtoprocessthatparameters(magnitude,frequency,phase)ofcarrierarechangedwithmodulatingsignal.Signalmodulatediscalledmagnitudemodulationwave,frequencymodulationwaveorphasemodulationwave.對(duì)應(yīng)于信號(hào)的三要素：幅值、頻率和相位，根據(jù)載波的幅值、頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)而變化的過程，調(diào)制可以分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。其波形分別稱為調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)相波。modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)

(2/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

27CarriermodulatingsignalMMwaveFMwave載波、調(diào)制信號(hào)及調(diào)幅、調(diào)頻波圖a)Carrier

載波信號(hào)

b)modulatingsignal調(diào)制信號(hào)

c)MMwave調(diào)幅波形

d)

FMwave調(diào)頻波形modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(3/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

29So:則Besides:而modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(5/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

30Processofmagnitudemodulationissimilartothatoffrequencyspectrummoved.調(diào)幅過程相當(dāng)于“頻譜”搬移過程。Purposeofmagnitudemodulationistomakeamplificationandtransmissionofslowlychangingsignalseasily.調(diào)幅的目的是為了便于緩變信號(hào)的放大和傳送.Forexample,intelephonecableandtelevisioncable,becausedifferentsignalsismodulatedtodifferentfrequencydomain,multichannelsignalscanbetransmittedinaconductingwire.如在電話電纜、有線電視電纜中，由于不同的信號(hào)被調(diào)制到不同的頻段，因此，在一根導(dǎo)線中可以傳輸多路信號(hào)。Inordertoreducedistortionscausedbyamplificationcircuit,thesmallersignalbandcomparedtocentralfrequency(carrierfrequency)is,thebetter.Actually,carrierfrequencyoftenisseveraleventenstimesthatofmodulatingsignal.為了減小放大電路可能引起的失真，信號(hào)的頻寬相對(duì)于中心頻率（載波頻率）應(yīng)越小越好，實(shí)際載波頻率常至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍于調(diào)制信號(hào)頻率。modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(6/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

31(2)Demodulationofmagnitudemodulationsignal幅值調(diào)制信號(hào)的解調(diào)

synchronizationdemodulation同步解調(diào)

Purposeofdemodulationistorestoremodulatedsignal.解調(diào)的目的是為了恢復(fù)被調(diào)制的信號(hào)。Magnitudemodulationwave調(diào)幅波.Carrier載波.MMWandcarriermultiplyintimedomainandconvoluteinfrequencydomain.調(diào)幅波與載波時(shí)域乘積,頻域卷積.modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(7/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

32Attimedomain:從時(shí)域看：

2)Rectificationdetectingdemodulation整流檢波解調(diào)

Offsetmodulatedsignalabovezero.Rectifymagnitudemodulationwave(half-waveorfull-waverectification),filterwaveandeliminatedirectcurrentoffset.Originalsignalisrestored.對(duì)已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行偏置，使其大于零。將該調(diào)幅波進(jìn)行整流（半波或全波）、濾波并消除直流偏置即可恢復(fù)原信號(hào)。modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(8/26)整流檢波解調(diào)a)b)c)d)e)f)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

33modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(9/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

343)Phasesensitivedetectingdemodulation相敏檢波解調(diào)

Phasesensitivedetectingisalsocalledphasesensitiverectification整流.Itscharacteristicsisthatoutputofphasesensitivedetectingdemodulationreflectsvoltagepolarity

[p?u'l?riti]ofmodulatingsignalaswellasvoltagemagnitudeofmodulatingsignal.相敏檢波又稱相敏整流。其特點(diǎn)是相敏檢波的解調(diào)輸出既能反映調(diào)制信號(hào)電壓的幅值，又能反映調(diào)制信號(hào)電壓的極性。

modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(10/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

35modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(11/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

36SecondaryvoltageoftransformerBisrequiredlargerthanthatoftransformerAindesigningaphasesensitivedetector.相敏檢波器設(shè)計(jì)時(shí)要求B的二次邊的輸出大于A的二次邊輸出。回路i1起點(diǎn)回路i2起點(diǎn)++Voltage:fromminustopositiveisminus.Load:Fromuppertolowerispositive.電壓:從負(fù)正,為(-)負(fù);負(fù)載從上下為(+)正modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(12/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

37Knownfromtwofiguresabove,nomatterwhetherornotmodulatedsignalispositive,outputwaveofphasesensitivedetectorispositive.Theoutputhasthesamepolaritywiththatofmodulatingsignal.Thecircuitissimilartofull-waverectificationofxm(t)atrange0~a.Frequencyafterdemodulationistwiceasthatoforiginalmodulatingsignal.由上兩圖知，x(t)>0時(shí)，無論調(diào)制波是否為正，相敏檢波器的輸出波形均為正，即保持與調(diào)制信號(hào)極性相同。這種電路相當(dāng)于在0~a段對(duì)xm(t)全波整流，解調(diào)后的頻率比原調(diào)制波高一倍。modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(13/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

38modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(14/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

39Knownfromtwofiguresabove,whenx(t)<0,nomatterwhatpolaritymodulatedsignalis,outputwaveofphasesensitivedetectorkeptthesamewithx(t)isminus.Meanwhile,circuitissimilartoreversingxm(t)’sphaseafterfull-waverectification.Frequencyafterdemodulationistwiceofthatoforiginalmodulatingsingal.由上兩圖知，x(t)<0時(shí)，不管已調(diào)制波極性如何，相敏檢波器的輸出波形均為負(fù)，保持與x(t)一致。同時(shí)，電路在a~b段相當(dāng)于對(duì)xm(t)全波整流后反相，解調(diào)后的頻率為原調(diào)制波的二倍。modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(15/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

404)applicationofmagnitudemodulation-dynamicresistancestraininstrument調(diào)幅應(yīng)用——?jiǎng)討B(tài)電阻應(yīng)變儀

modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(16/26)Bridge電橋Amplifier放大器DetectingLowpassfilter低通濾波Recorder顯示記錄Carrieroscillator載波振蕩器x(t)X(t)0t0ty(t)Blockdiagramofdynamicresistancestraininstrument動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖Straingauge電阻應(yīng)變片0tX’m(t)0tX’(t)0tXm(t)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

412、Frequencymodulationanditsdemodulation調(diào)頻及其解調(diào)

(1)

Principle原理

Frequencymodulationmeansaprocessthatcarrierfrequencyiscontroledbymodulatingsignal.Frequencymodulationwaveisapersistentwave.Variationoffrequencyisdirectlyproportionaltomagnitudeofmodulatingsignal.利用調(diào)制信號(hào)的幅值控制載波信號(hào)頻率的過程。調(diào)頻波是等幅波，但頻率的變化量與調(diào)制信號(hào)幅值成正比。

Instantaneousfrequencyoffrequencymodulationwaveisgivenbyfollowingequation:調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率可表示為：f=f0+f=f0+Kx(t)Where,f0:carrierfrequency,alsocalledcentralfrequency.f0為載波頻率，也稱中心頻率。f:frequencyoffset,directlyproportionaltomagnitudeofmodulatingx(t).f:為頻率偏移，與調(diào)制信號(hào)x(t)幅值成正比。

modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(17/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

42Diagramofrelationshipbetweenfrequencymodulationwaveandmagnitudeofmodulatingsignal調(diào)頻波與調(diào)制信號(hào)幅值的關(guān)系圖

modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(18/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

43Modulatingsignal:設(shè)調(diào)制信號(hào)

Carriersignal:載波信號(hào)為

Whenmodulatingfrequency,carriermagnitudeandinitialphaseareinvariable.Instantaneousfrequencyf(t)isvariedlinearlyaroundf0whenmodulatingsignalchanges.調(diào)頻時(shí)載波的幅度和初始相位角不變，瞬時(shí)頻率f(t)圍繞著f0隨調(diào)制信號(hào)電壓作線性的變化：Knownfromequationabove,frequencyoffsetisdirectlyproportionaltomagnitudeofmodulatingsignalandisnotrelatedtofrequencyofmodulatingsignal.Thisisoneofbasiccharactersoffrequencymodulationwave.由上式可見，頻率偏移與調(diào)制信號(hào)的幅值成正比，與調(diào)制信號(hào)的頻率無關(guān)，這是調(diào)頻波的基本特征之一。

modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(19/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

44Therearemanymethodstorealizemodulationanddemodulation.Inmeasurementsystem,reactanceelementsarecomposedastuningoscillator.Reactanceelementsareusedastransducers’parameterstosensevariationofquantityundertestandbecomemodulatingsignal.Oscillatingsignalofoscillatorisusedascarrier.Whenmodulatingsignalisinput,oscillatoroutputisfrequencymodulationwavemodulated.Ifresonancecircuitofoscillatoriscomposedbycapacitanceandinductancewhichareinparellelconnection.Resonancefrequencyofcircuitisasfollow:實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)頻和解調(diào)的方法甚多。在測(cè)量系統(tǒng)中，常利用電抗元件組成調(diào)諧振蕩器，以電抗元件（電感或電容）作為傳感器參量，以它感受被測(cè)量的變化，作為調(diào)制信號(hào)輸入，振蕩器原有的信號(hào)振蕩信號(hào)作為載波。當(dāng)有調(diào)制信號(hào)輸入時(shí)，振蕩器輸出的即為被調(diào)制了的調(diào)頻波。當(dāng)電容C和電感L并聯(lián)組成振蕩器的諧振回路時(shí)，電路的諧振頻率將為：

modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(20/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

45Withoutsignalinput,x(t)=0,resonancefrequencyofcircuitisgivenby:無信號(hào)輸入時(shí),x(t)=0,諧振電路的諧振頻率為:Withsignalinput,x(t)≠0,resonancefrequencyofcircuitisgivenby:有信號(hào)輸入時(shí),x(t)≠0,諧振電路的諧振頻率為:modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(21/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

46Tocalculatedifferentialofaboveequation,absolutevariationofresonancefrequencycanbefoundasfollowing:對(duì)上式求微分得諧振頻率的絕對(duì)變換量:Nearcarrierfrequencyf0thereisC1=C0,So:在載波頻率f0附近有C1=C0,所以modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(22/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

47Expressionofresonancefrequencyisasfollow:諧振頻率的表達(dá)式為DenoteitbyKf用Kf表示modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(23/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

48Withoutinputsignal,outputvoltageofresonancecircuitis:無信號(hào)時(shí),諧振電路的輸出電壓:Withinputsignal,outputvoltageofresonancecircuitis:有信號(hào)時(shí),諧振電路的輸出電壓:Frequencyismodulatedbyx(t).頻率受x(t)的調(diào)制modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(24/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

49(2)Demodulationoffrequencymodulationwave調(diào)頻波的解調(diào)Frequencymodulationwavereflectsmagnitudevariationofsignalundertestbyfrequencyvariationofsinewave.調(diào)頻波是以正弦波頻率的變化來反映被測(cè)信號(hào)的幅值變化。Demodulationoffrequencymodulationwave:Firstlyconvertfrequencymodulationwaveintofrequencymodulationsandmagnitudemodulationwave.Secondlyprocessmagnitudedetecting.調(diào)頻波的解調(diào)是先將調(diào)頻波變換成調(diào)頻調(diào)幅波，然后進(jìn)行幅值檢波。Demodulationoffrequencymodulationwaveisfinishedbyfrequencydetector.Frequencydetectorisusuallycomposedoflineartransformcircuitandmagnitudedetectingcircuitshownasfollowingfigure.調(diào)頻波的解調(diào)由鑒頻器完成。鑒頻器通常由線性變換電路與幅值檢波電路組成，如圖所示。modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(25/26)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

50a)frequencydetector鑒頻器

frequency-voltagecharacteristiccurve頻率-電壓特性曲線modulationanddemodulation

調(diào)制與解調(diào)(26/26)ufC1L1L2C2CRu0ua頻率電壓線性變換部分幅值檢波ua0ω

nωωω0t?ωtua0uat0單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

51§

5.3Filter濾波器

Filterisafrequencyselectinginstrument.Itonlypermitssignalswithcertainbandpassmeanwhileattenuatesextremelyotherfrequencycomponents.濾波器是一種選頻裝置，它只允許一定頻帶范圍的信號(hào)通過，同時(shí)極大地衰減其它頻率成分。Selectingfunctionoffilterplaysrolesofeliminatingnoiseanddisturbancesignalsinmeasurementtechnology.Itisappliedwidelyinautomatictest,automaticcontrol,signalprocessingandsoon.濾波器的這種篩選功能在測(cè)試技術(shù)中可以起到消除噪聲、干擾信號(hào)等作用，在自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、信號(hào)處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

521、Classificationoffilter濾波器的分類Lowpassfilter:passband0~f2.低通濾波器：通頻帶0~f2。Highpassfilter:passbandf1~.高通濾波器：通頻帶f1~Bandpassfilter:passbandf1~f2.帶通濾波器：通頻帶f1~f2Bandstopfilter:passband0~f3andf4~.帶阻濾波器：通頻帶0~f3與f4~（stopband:阻帶：f3~f4）(1)

classifiedaccordingtoselectingcharactersoffilter根據(jù)濾波器的選頻特性分類Itexiststransitionbandbetweenpassbandandstopband.Signalsinthetransitionbandareattenuatedinvariousdegree.通（頻）帶與阻帶之間存在過渡帶.在此頻帶內(nèi)信號(hào)受到不同程度的衰減Magnitudecharacteristicofhighpassfilter=1-Magnitudecharacteristicoflowpassfilter高通濾波器幅頻特性=1-低通濾波器幅頻特性Bandstopfilteriscomposedofhighpassfilterandlowpassfilter帶阻濾波器是高通和低通的組合Filter濾波器(2/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

53(2)Classifiedbyelementstypeoffilter根據(jù)濾波器的元件類型分類RC、LC、crystalresonanceandswitchingcapacityfilter.RC、LC、晶體諧振及開關(guān)電容濾波器。(3)Classifiedbycircuitcharacteroffilter根據(jù)濾波器的電路性質(zhì)分類Activefilter,passivefilter有源、無源濾波器。(4)Classifiedbysignalcharacteroffilter根據(jù)濾波器的信號(hào)性質(zhì)分類Analogfilter,digitalfilter模擬、數(shù)字濾波器。Filter濾波器(3/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

542.Idealfilter理想濾波器

(1)Modelofidealfilteranditspulseresponse理想濾波器模型及脈沖響應(yīng)

Filterwhichhasnotransitionbandandsatisfiestestingconditionswithoutdistortionsinpassbandiscalledidealfilter.Frequencyresponsefunctionofidealfilterisasfollow:無過渡帶且在通頻帶內(nèi)滿足不失真測(cè)試條件的濾波器稱為理想濾波器。理想濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為：Pulseresponsefunctionissincfunction.Ifnophaselag(t0=0)理想濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)為sinc函數(shù)，若無相角滯后（t0=0）：Filter濾波器(4/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

55Anyexistingsystemdoesn’thavetheabilityofpredictingfuture.任何現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都不可能具有這種預(yù)知未來的能力Beforeinput(t)coming,filterhasunexpectedlyoutputcorrepondingtotheinput.在輸入(t)到來以前,濾波器竟有與輸入相對(duì)應(yīng)的輸出Ideallowpassfilterdoesnotexist.理想低通濾波器是不存在的.Idealhighpass,bandpass,bandstopfilterdonotexist.理想高通、帶通、帶阻濾波器也是不存在的Filter濾波器(5/23)ffc0-fcф(f)2πt0A00ffc-fc|H(f)|

frequencycharacteristicofideallowpassfilter理想低通濾波器頻率特性t01/2fc1/fc-1/2fc-1/fc2A0fch(t)tt00h(t)b)pulseresponsefunctionofideallowpassfilter理想低通濾波器脈沖響應(yīng)函數(shù)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

56(2)stepresponseofidealfilter理想濾波器的階躍響應(yīng)1)unitstepinput單位階躍輸入

2)stepresponseoffilter濾波器的階躍響應(yīng)：

Filter濾波器(6/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

57Itisthetimetakenforoutputupbuildingfrom0(pointa)toduestablevalueA0(pointb)withoutconsideringripplesinfrontandbehind.若不考慮前、后皺波，輸出從0(a點(diǎn))到應(yīng)有的穩(wěn)定值A(chǔ)0(b點(diǎn))之間的所需建立時(shí)間為：Uppercutofffrequency上截止頻率3)Figureofstepresponsewave階躍響應(yīng)波形圖

4)Responsetime

響應(yīng)時(shí)間Filter濾波器(7/23)Unitstepresponseofideallowpassfilter理想低通濾波器對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)0ttbtaay(t)A00.5A0bnophaselag,timeshiftt0=0無相角滯后,時(shí)移t0=00ty(t)tbt0taaA00.5A0bb)withphaselag,timeshiftt0≠0.有相角滯后,時(shí)移t0≠0單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

58Oritisthetimetakenforoutputupbuildingfrom0.1~0.9ofitssteadyresponsevalue.Then:如果按穩(wěn)態(tài)響應(yīng)值的0.1~0.9作為計(jì)算建立時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，則：

Thewiderfilterpassbandis,theshorterupbuildingtimewillbe,thefasterresponsespeedwillbe.Itsphysicalmeaningis:濾波器通頻帶越寬（fc越高），建立時(shí)間越短，響應(yīng)速度越快。其物理意義是：Suddenchangepointofinput(interrupttedpoint)mustincludesabundanthighfrequencycomponents.輸入信號(hào)突變處（間斷點(diǎn)）必然含有豐富的高頻分量。Lowpassfilterblocksandattenuateshighfrequencycomponents.Soitmakesoutputwavesmooth.低通濾波器阻衰了高頻分量，結(jié)果將輸出波形“圓滑”。Thewiderbandis,thelesshighfrequencycomponentswillbeblockedandattenuated,themoreandrapidelyitwillmakesignalspass.Soupbuildingtimeisshort.Whereasupbuildingtimeislong.通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號(hào)能更多更快地通過，故建立時(shí)間短，反之建立時(shí)間長。Filter濾波器(8/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

59UpbuildingtimeoflowpassfiltertowardstepresponseTeisinverselyproportionaltobandB.Thatis:低通濾波器對(duì)階躍響應(yīng)的建立時(shí)間Te與帶寬B成反比，即： BTe=constant常數(shù)Thatconclusionisalltrueforhighpass,bandpassandbandstopfilters.該結(jié)論對(duì)高通、帶通及帶阻濾波器均成立。Bandoffilterexpressesitsfrequencyresolution.Themorenarrowbandis,thehigherresolutionwillbe.Obviously,highresolutionandresponsespeedareconflicting.Ifdrawingaverynarrowbandfrequencycomponentbyfiltering(suchasspectrumanalysis),enoughtimemustbetaken.濾波器帶寬表示其頻率分辨力，通帶越窄，分辨力越高，顯然，高分辨力與響應(yīng)速度是互相矛盾的。如果要用濾波的方法從信號(hào)中提取某一很窄的頻率成分（如作譜分析），必須有足夠的時(shí)間。5)Relationshipbetweenhighresolutionandresponsespeed高分辨力與響應(yīng)速度的關(guān)系:Filter濾波器(9/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

603、Actualfilter實(shí)際濾波器

Basicparametersofactualfilter實(shí)際濾波器的基本參數(shù)

Magnitudecharacteristicdiagramofidealbandpassfilter(dashed)andactualbandpassfilter(realline)理想帶通濾波器（虛線）與實(shí)際帶通濾波器（實(shí)線）的幅頻特性圖Ripplemagnituded紋波幅度dCutofffrequencyfc:截止頻率fc:thefrequencyfcisthatitscorrespondingmadnitudecharacteristicequalsA0/√2幅頻特性等于A0/√2所對(duì)應(yīng)的頻率Filter濾波器(10/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

61Frequencyrangebetweenupperandlowercutofffrequencyiscalledbandwidthoffilteror-3dBbandwidth.BandwidthBdecidesfrequencyresolution.Theratioofcentralfrequencyf0(f0=√fc1fc2.geometricalaverageoffc1fc2)tobandwidthBiscalledqualityfactoroffilter.iff0isdefined,thelargerqualityfactoris,thehigherresolutionoffilterwillbe.

上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬或-3dB帶寬。帶寬B決定頻率分辨力。將中心頻率f0（f0=√fc1fc2，幾何平均）與帶寬B之比稱為濾波器的品質(zhì)因素。f0確定，品質(zhì)因素Q越大，濾波器分辨力越高。Or或

Itmeansattenuationquantityofmagnitudecharacteristicbetweenuppercutofffrequencyfc2anddoublefc2orbetweenlowercutofffrequencyfc1andhalfoffc1.Itistheattenuationquantitywhichcorrespondingvariationoffrequencyisaoctave.指在上截止頻率fc2與2fc2之間，或者在下截止頻率fc1與fc1/2之間幅頻特性的衰減量，即頻率變化一個(gè)倍頻程的衰減量。BandwidthBandqualityfactorQ帶寬B和品質(zhì)因素QOctaveselectivityW

倍頻程選擇性WFilter濾波器(11/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

62OctaveselectivityisdenotedbydB/dec.Sometimestenfoldoctaveselectivityisalsoadopted.Octaveselectivityindicatesslopedegreeofmagnitudecharacteristiccurveintransitionbandoffilter.Itdecidesattenuatingabilityoffiltertofrequencycomponentsoutsidebandwidth.Obviously,thelargerWis,thebetterselectivityoffilterwillbe.倍頻程選擇性用dB/oct表示。有時(shí)也采用10倍頻程選擇性dB/dec。倍頻程選擇性表明濾波器過渡帶內(nèi)幅頻曲線的傾斜程度，它決定了濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰減的能力。顯然W越大，濾波器選擇性越好。Foridealfilter,=1,usually=1~5.Stopbandattenuationofsomefilterscouldn’treach-60dBbecausebeinginfluencedbydevices(forexample,capacitanceleaksresistance),ratioofbandwidthcorrepondingto-40dBor-30dBtothatof-3dBofmagnitudecharacteristicoffiltercanbeusedtoshowit.理想濾波器=1，通常=1~5。有些濾波器因器件影響（如電容漏阻），阻帶衰減達(dá)不到-60dB，可用-40dB或-30dB帶寬與-3dB帶寬的比值表示。Filterfactor(rectanglecoefficient)

濾波器因數(shù)（矩形系數(shù)）Itisaanotherwaytodenoteselectivityoffilter.Ratioofbandwidthcorrepondingto-60dBtothatof-3dBofmagnitudecharacteristicoffilterisusedtoshowit.濾波器選擇性的另一種表示法。用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬與-3dB帶寬的比值表示。Filter濾波器(12/23)單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

63(2)basicparametersofRCtuningfilterRC調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù)

1)

lowpassfilteroffirstorderRCcircuit一階RC低通濾波器

Itisapproxiamatelyundistortedtransmissionatlowfrequencydomain.Itisapproxiamatelyaintegraphathighfrequencydomain.Attenuationratioathighfrequencydomainis-20dB/dec（-6dB/oct).低頻段近于不失真?zhèn)鬏?。高頻段近于積分器。高頻衰減率-20dB/dec（-6dB/oct）Filter濾波器(13/23)CRuyuxf1/2πτ1A(f)0f-450-9000φ(f)1/2πτRClowpassfilter

RC低通濾波器單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)

642)highpassfilteroffirstorderRCcircuit

一階RC高通濾波器