信號調理專題知識講座

信號調理專題知識講座信號調理專題知識講座第1頁信號調理目標是便于信號傳輸與處理。

1.傳感器輸出電信號很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、統(tǒng)計或分析儀器中去，需要深入放大，有還要進行阻抗變換。

2.有些傳感器輸出是電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提升信噪比。3.一些場所，為便于信號遠距離傳輸，需要對傳感器測量信進行調制解調處理。

5.1信號調理目標信號調理專題知識講座第2頁分類放大器直流放大器交流放大器電荷放大器直流電橋特點交流電橋低頻保留,高頻截止高頻保留,低頻截止5.2信號放大信號調理專題知識講座第3頁一.直流放大電路

電壓增益:1)反相放大器

反饋電阻RF值不能太大，不然會產(chǎn)生較大噪聲及漂移，普通為幾十千歐至幾百千歐。R1取值應遠大于信號源Ui內阻。煙霧報警器酒精傳感器二氧化碳傳感器信號調理專題知識講座第4頁2)同相放大器

同相放大器含有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低特點，廣泛用于前置放大級。

同相放大器也是最基礎電路，其閉環(huán)電壓增益Av為:信號調理專題知識講座第5頁二.交流放大電路

R1普通取幾十千歐。耦合電容C1、C3可依據(jù)交流放大器下限頻率fL來確定。

若只需要放大交流信號，可采取圖示集成運放交流電壓同相放大器。其中電容C1、C2及C3為隔直電容。

信號調理專題知識講座第6頁三.直流電橋●平衡條件信號調理專題知識講座第7頁令：信號調理專題知識講座第8頁

四.交流電橋電感電容傳感器傳感器●平衡條件信號調理專題知識講座第9頁

電橋接法：單臂

半橋全橋信號調理專題知識講座第10頁五.電荷放大器F+信號調理專題知識講座第11頁1.目標

處理微弱緩變信號放大以及信號傳輸問題。

5.3調制與解調信號調理專題知識講座第12頁

先將微弱緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交流放大器進行放大，最終再從放大器輸出信號中取出放大了緩變信號。例：交流電橋VinVoR1R3R2R4信號調理專題知識講座第13頁2.調制解調先將微弱緩變信號加載到高頻交流信號中去,然后利用交流放大器進行放大,最終再從放大器輸出信號中取出放大了緩變信號.緩變信號高頻交流信號放大后交流信號放大后緩變信號調制放大解調信號調理專題知識講座第14頁調制式直流放大器調制器交流放大器K解調器直流電源振蕩器振蕩器:向調制器和解調器提供一高頻等幅振蕩信號(即載波)調制器:將輸入緩變信號加載到載波上信號調理專題知識講座第15頁調制式直流放大器調制器交流放大器K解調器直流電源振蕩器振蕩器:向調制器和解調器提供一高頻等幅振蕩信號(即載波)調制器:將輸入緩變信號加載到載波上解調器:從放大后已調波信號中取出緩變信號信號調理專題知識講座第16頁3.調制類型

利用調制信號能夠控制載波幅度、頻率和相位,分別稱為調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM).已調波分別稱為調幅波、調頻波和調相波.

對不一樣調制類型,都有對應調制方法和解調方法.載波被調信號調幅波調頻波信號調理專題知識講座第17頁4.幅度調制與解調1)調幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號改變而改變．緩變信號調制高頻信號放大放大高頻信號解調放大緩變信號信號調理專題知識講座第18頁

例:電橋調幅電路信號調理專題知識講座第19頁2)調幅波解調

對無極性改變調制信號,采取普通整流檢波方法.二極管檢波低通濾波信號調理專題知識講座第20頁

對有極性改變調制信號,采取直流偏置方法,或相敏檢波技術.直流偏置方法:

對信號x(t)進行偏置，即疊加一個直流分量D，使偏置后信號都含有正電壓。

經(jīng)過普通整流檢波和濾波之后再減去疊加直流分量信號調理專題知識講座第21頁相敏檢波技術信號調理專題知識講座第22頁1.u2與u0同相時:1)同為正半周時:信號調理專題知識講座第23頁1.u2與u0同相時:1)同為正半周時:信號調理專題知識講座第24頁1.u2與u0同相時:1)同為負半周時:信號調理專題知識講座第25頁2.u2與u0反相時:信號調理專題知識講座第26頁

相敏檢波器既能反應輸入電壓幅值,

又能反應輸入電壓極性信號調理專題知識講座第27頁波形以下:u信號調理專題知識講座第28頁幅度調制與解調過程（波形分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)濾波器x(t)信號調理專題知識講座第29頁幅度調制與解調過程（數(shù)學分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)信號調理專題知識講座第30頁5.頻率調制

調頻是利用信號x(t)幅值調制載波頻率，或者說，調頻波是一個隨信號x(t)電壓幅值而改變疏密度不一樣等幅波.信號調理專題知識講座第31頁調頻常見方法有:諧振參數(shù)調頻,壓控調頻1)諧振調頻與鑒頻

利用傳感器本身C或L改變直接作為自激震蕩器諧振回路一個調諧參數(shù),使震蕩頻率按被測信號改變.諧振調頻信號調理專題知識講座第32頁各級波形:信號調理專題知識講座第33頁鑒頻T1T2T3T4F信號調理專題知識講座第34頁諧振鑒頻器鑒頻:uf---調頻波信號調理專題知識講座第35頁2)壓控振蕩器調頻信號調理專題知識講座第36頁優(yōu)點：抗干擾能力強。

調頻波通常要求很寬頻帶，甚至為調幅所要求帶寬20倍；調頻系統(tǒng)較之調幅系統(tǒng)復雜，因為頻率調制是一個非線性調制。

因為調頻信號所攜帶信息包含在頻率改變之中，并非振幅之中，而干擾波干擾作用則主要表現(xiàn)在振幅之中．

缺點：占頻帶寬度大，復雜信號調理專題知識講座第37頁5.3調制與解調案例：旋轉機械扭距測量信號調理專題知識講座第38頁

濾波器是一個選頻裝置，能夠使信號中特定頻率成份經(jīng)過，而極大地衰減其它頻率成份．5.4信號濾波信號調理專題知識講座第39頁1濾波器分類（依據(jù)濾波器選頻作用分）

低通高通信號調理專題知識講座第40頁帶通帶阻信號調理專題知識講座第41頁2濾波器串/并聯(lián)

低通濾波器和高通濾波器是濾波器兩種最基礎形式，其它濾波器都能夠分解為這兩種類型濾波器。帶阻濾波器信號調理專題知識講座第42頁3理想濾波器

理想濾波器是指能使通帶內信號幅值和相位都不失真，阻帶內頻率成份都衰減為零濾波器。fcH(f)fφ(f)信號調理專題知識講座第43頁理想濾波器物理不可實現(xiàn)

理想濾波器在時域內脈沖響應函數(shù)h（t）為sinc函數(shù)。脈沖響應波形沿橫坐標左、右無限延伸。

給理想濾波器一個脈沖激勵，在t=0時刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應了。故物理不可實現(xiàn)。fcH(f)信號調理專題知識講座第44頁4實際濾波器

理想濾波器是不存在，實際濾波器幅頻特征中通帶和阻帶間沒有嚴格界限,，存在過渡帶。

0fA信號調理專題知識講座第45頁1)截止頻率fc：0.707A0所對應頻率．

2)紋波幅度d：繞幅頻特征均值A0波動值3)帶寬B和品質因數(shù)Q：上下兩截止頻率之間頻率范圍稱為帶寬。中心頻率和帶寬之比稱為品質因數(shù)。0ffc1fc2A00.707A0dBQ=W0

/B信號調理專題知識講座第46頁4)倍頻程選擇性W

指在上截止頻率fc2與2fc2之間幅頻特征衰減值，即頻率改變一個倍頻程時衰減量。

倍頻程衰減量以dB/oct表示（Octave，倍頻程）。衰減越快（即W值越大），濾波器選擇性越好。信號調理專題知識講座第47頁5.RC無源濾波器

在測試系統(tǒng)中，常見RC濾波器。因為這一領域中信號頻率相對來說不高。而RC濾波器電路簡單，抗干擾強，有很好低頻性能，而且選取標準阻容元件。

1)一階RC低通濾波器

信號調理專題知識講座第48頁信號調理專題知識講座第49頁2)一階RC高通濾波器

信號調理專題知識講座第50頁3)RC帶通濾波器

能夠看作為低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)

信號調理專題知識講座第51頁6.RC有源濾波器

僅由RC組成濾波器因為是低階系統(tǒng),過渡帶衰減遲緩,所以選擇性差.將幾個一階濾波器串聯(lián)起來能夠提升階次,但級間耦合負載效應會使信號逐層減弱.

RC有源濾波器是用RC無源網(wǎng)絡和運算放大器等有源器件結合在一起組成.

其特點是:1)能夠放大信號;2)含有高輸入阻抗運放能夠進行級間隔離,消除或減小負載效應影響,從而能夠多級串聯(lián)組成高階濾波器,顯著提升濾波器選擇性.信號調理專題知識講座第52頁1)RC有源低通濾波器RfR1RCuxuy+--形式一:將RC低通網(wǎng)絡直接接到運放輸入端組成有源低通濾波器:信號調理專題知識講座第53頁1)RC有源低通濾波器形式二:將RC高通網(wǎng)絡接入運放負反饋通道而形成RC有源低通濾波器:RfR1uxuy+--信號調理專題知識講座第54頁2)RC有源高階濾波器

為了改進濾波器選擇性,增大通頻帶以外信號衰減量,應提升濾波器階次.RfR2uy+--C2R1uxC1信號調理專題知識講座第55頁2)RC有源高階濾波器改進型濾波器:RfR2uy+--C2R1uxC1信號調理專題知識講座第56頁2.2信號時域波形分析

6濾波器應用超門限報警

案例：旅游索道鋼纜檢測信號調理專題知識講座第57頁5.3信號濾波

由案例提煉經(jīng)典試驗：鋼管無損探傷濾除信號中零漂和低頻晃動，便于門限報警信號調理專題知識講座第58頁5.3信號濾波

案例：機床軸心軌跡濾波處理

信號調理專題知識講座第59頁5.3信號濾波

案例：機床軸心軌跡濾波處理濾除信號中高頻噪聲，方便于觀察軸心運動規(guī)律

信號調理專題知識講座第60頁5.5模擬－數(shù)字轉換原理圖5-38模擬-數(shù)字轉換過程A/D轉換器數(shù)字信號處理器D/A轉換器DnxDny模擬信號模擬信號X(t)y(t)模擬量轉換成為數(shù)字量---A/D轉換數(shù)字量轉換成為模擬量---D/A轉換信號調理專題知識講座第61頁1.A/D轉換過程:采樣—量化—編碼一.模-數(shù)轉換基礎過程信號調理專題知識講座第62頁采樣過程:采樣命令x(t)KC--+x(nTs)信號調理專題知識講座第63頁2.D/A轉換過程:解碼—低通濾波信號調理專題知識講座第64頁二.常見A/D轉換器原理1.計數(shù)式A/D轉換器加減計數(shù)器D/A比較器數(shù)字量輸出CP模擬量輸入uxuB信號調理專題知識講座第65頁2.逐位迫近式A/