模擬信號(hào)處理

第四章模擬信號(hào)處理4.1變換及調(diào)理的目的4.2電橋

4.3信號(hào)的調(diào)制解調(diào)4.4信號(hào)的濾波器▼▼▼▼本章學(xué)習(xí)要求：工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)4.1變換與調(diào)理的目的

便于信號(hào)的傳輸與處理。

1.傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。

3.某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。

▲2.有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。4.1電橋

電橋a、c兩端接電源Ui，稱(chēng)供橋端；b、d兩端接輸出電壓Uo，稱(chēng)輸出端。將電阻R(應(yīng)變片)、電感L、電容C等電參數(shù)變?yōu)殡妷害或電流ΔI信號(hào)后輸出的一種測(cè)量電路。

電橋根據(jù)橋臂阻抗性質(zhì)的不同為:電阻電橋電容電橋電感電橋根據(jù)供橋電源分為:直流電橋:采用直流電源——只用于測(cè)量電阻R的變化交流電橋：采用交流電源——測(cè)量電阻R

、電容C、電感L的變化1.電橋的分類(lèi)2.直流電橋四個(gè)橋臂由電阻R1、R2、R3和R4組成。采用直流電源的電橋稱(chēng)為直流電橋直流電橋VR1R2R3R4平衡條件R1·R3=R2·R4

直流電橋電橋的輸出：平衡的條件：VR1R2R3R4推導(dǎo)溫敏電阻直流電橋R1＋ΔR

U0＋ΔUΔUR1VR2R3R4R1·R3=R2·R4

平衡的條件：電橋的輸出：這時(shí)，電橋平衡嗎？＋ΔR為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，R2=R3=R4=R0，而

R1=R0+ΔR直流電橋R0＋ΔR

U0＋ΔUΔU電橋的靈敏度定義為單片單臂半橋R1R3R2R4

雙臂半橋R1R3R2R4

全橋R1R3R2R4

半橋、單臂輸出全橋、四臂輸出半橋、雙臂輸出四片兩片單臂半橋R1R3R2R4

雙臂半橋R1R3R2R4

全橋R1R3R2R4

半橋、單臂輸出全橋、四臂輸出半橋、雙臂輸出統(tǒng)一表示：推導(dǎo)推導(dǎo)常用調(diào)平衡電橋測(cè)量的誤差非線性誤差溫度誤差直流電源的電壓穩(wěn)定性造成的誤差半橋、單臂輸出：半橋、雙臂輸出：全橋、四臂輸出：直流電橋平衡條件3.交流電橋交流電橋而其中，Z1、Z2、Z3、Z4為阻抗的模，而φ1、φ2、φ3、φ4為阻抗角，是各橋臂電流與電壓之間的相位差。Z1Z3ej(φ1+φ3)=Z2Z4ej(φ2+φ4)

(*)平衡條件電容電橋電容電橋平衡條件：電感電橋電感電橋平衡條件：~推導(dǎo)推導(dǎo)▲聲音信號(hào)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔接收調(diào)制Modulation解調(diào)Demodulation4.3調(diào)制與解調(diào)聲音拘信號(hào)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔利用簽緩變偉信號(hào)蟻控制雄高頻裹信號(hào)冷的某裕個(gè)參雕數(shù)(幅值奏、頻宣率或裝相位)變化矛的過(guò)桂程。調(diào)制Modulation已調(diào)孟波1）實(shí)漿現(xiàn)緩錦變信臉號(hào)的層傳輸脂，特妻別是瓦遠(yuǎn)距罷離傳郵輸2）提錫高信拜號(hào)傳患輸中旦的抗胞干擾哭能力脅和信腎噪比1.調(diào)制僑的目篩的→音奔頻信今號(hào)2.調(diào)制窄的種健類(lèi)調(diào)制胳信號(hào)載波扒信號(hào)a)幅值賢調(diào)制(簡(jiǎn)稱(chēng)花調(diào)幅樣，AM，Am好pl補(bǔ)it勻ud腸e很Mo湊du擋la艙ti限on籠)b)頻率宋調(diào)制(簡(jiǎn)稱(chēng)燙調(diào)頻農(nóng)，F(xiàn)M，F(xiàn)r格eq舊ue坡nc勻y辱Mo坡du掌la單ti紀(jì)on跑)c)相位煤調(diào)制(簡(jiǎn)稱(chēng)樂(lè)調(diào)相慣，PM，Ph溪as亮e次Mo億du濾la鏡ti勝on)緩變延信號(hào)x(t)高頻儉簡(jiǎn)諧振信號(hào)3.幅值梨調(diào)制投（調(diào)瞞幅）斧及其轉(zhuǎn)解調(diào)調(diào)幅鬼是將速一個(gè)高頻健簡(jiǎn)諧太信號(hào)y(t)（載漲波信子號(hào)）籃與緩變凈信號(hào)（調(diào)暖制信陸號(hào)）x(t)相乘，使遭載波慌信號(hào)y(t)的幅值隨緩變信號(hào)x(t)的幅致值變照化而革變化緩過(guò)程斃。幅為值調(diào)旁制后必的信可號(hào)稱(chēng)除為調(diào)幅佛波。調(diào)制粘信號(hào)載波陡信號(hào)調(diào)幅琴波(1掠).調(diào)幅拜的時(shí)壁域表御達(dá)假設(shè)始調(diào)制餐信號(hào)x(t)的最脫高頻征率成死分為昏，慣載波抬信號(hào)(2稼).調(diào)幅將的頻幼域表宇達(dá)如果則，則劈燕有調(diào)告幅波艷：調(diào)制綠信號(hào)載波囑信號(hào)調(diào)幅食波?時(shí)域頻域音頻探信號(hào)廣播快電臺(tái)帳的發(fā)腐射塔調(diào)幅AM調(diào)幅豬波載波做信號(hào)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔對(duì)已應(yīng)調(diào)波刑進(jìn)行鑒別以恢善復(fù)緩斯變信逮號(hào)的謊過(guò)程牛。調(diào)幅閉波恢復(fù)臨所需刻要的吉緩變?yōu)跣盘?hào)(3翁).幅值站解調(diào)為的目俘的接收解調(diào)De液mo注du荒la腹ti邪on(4辱).同步斃解調(diào)同步日解調(diào)(a飼)調(diào)幅隔波頻捐譜(b旬)載波促信號(hào)稼頻譜(c巴)同步坑解調(diào)貞后頻扮譜(d籌)調(diào)制賤信號(hào)多頻譜x(t)>渠0時(shí)(0司~t1)，ym(t)與y(t)同相稠，檢掏波器蠢輸出uf(t)>爪0x(t)<喪0時(shí)(t1~t2)，ym(t)與y(t)反相球，檢齊波器隨輸出uf(t)<瓣01122(5給).相敏萌檢波旁解調(diào)推導(dǎo)相敏批檢波尤器33t1t1132213t1t2t2t2解調(diào)音頻汗信號(hào)(6糧).電阻交流壓電橋的幅刷值調(diào)溉制不同鴨接法提的電保橋可逆表示衣為當(dāng)ΔR丈/R0=R(t)，Ui=E0co宣s2下πf0t時(shí)U0=KR(t節(jié))E0co她s2憤πf0t交流姓電橋的輸健出電貿(mào)壓U0隨R(糠t)的變仆化而案變化賴(lài)，即U0的幅多值受R(習(xí)t)的控輔制，栽其頻鋪率為老輸入襖電壓拆信號(hào)Ui的頻刻率，騰即2πf0x(t)c財(cái)os卻2π撥?ot??[X(?)*δ(名?-朗?o)+X(?)*δ(蠅?+水?o)]=較?[歐X(烏?-碑?o)+X(靈?+胳?o)]全橋蔽、四員臂輸掙出R(t)E0co勤s2糕πf0t當(dāng)ΔR完/R0=R(t)，Ui=E0co巖s2代πf0t時(shí)U0=KR(t質(zhì))E0co固s2忙πf0tUi=E0co晨s2顏πf0t實(shí)際漢上載波侍信號(hào)R(蜓t)，即季電橋墾的輸聲入ΔR民/R0，實(shí)念際上徐是調(diào)制信信號(hào)R(詳t)對(duì)載柱波信斥號(hào)E0co阿s2帝πf0t進(jìn)行壤了幅器值調(diào)排制U0實(shí)際環(huán)上是調(diào)幅友信號(hào)交流剩電橋是一青個(gè)調(diào)工幅器碑。調(diào)幅物器實(shí)葉際上召是一姐個(gè)乘鄭法器.x(桌t)菌co誕s2件π?ot?背?[X(銳?)*δ(霸?-稅?o)+X(圍?)*δ(粒?+嚇?o)]=津?[邁X(美?-因?o)+X(桐?+夕?o)]同步軍調(diào)制凝與解北調(diào)實(shí)嚷驗(yàn)上述純調(diào)制榮方法移，將興信號(hào)x(芽t)直接鳥(niǎo)與載談波y(錘t)相乘妻．這掀種調(diào)申幅波劉具有傭極性與變化同，解搞調(diào)時(shí)廉必須圖再乘慘與y(護(hù)t)相位室相同的y’代(t)方能午復(fù)原紅出原甩信號(hào)五，故尼稱(chēng)同稈步解集調(diào)．抑制閱調(diào)幅報(bào)：調(diào)幅理波具宇有極坡性變打化，燈在信棗號(hào)過(guò)才零線炒時(shí)，通幅值猴發(fā)生挑由正儉到負(fù)將（由擔(dān)負(fù)到紅正）就的突案然變野化，悅相位脊也發(fā)協(xié)生18殿0°的變燈化。非抑逗制調(diào)獅幅：若對(duì)梯信號(hào)x(蔬t)進(jìn)行巡壽偏置云，疊垃加一逐個(gè)直散流分晚量D，熟使鉤偏置害后的痕信號(hào)瞎都具軍有正永電壓華。5.哭3調(diào)制豪與解斤調(diào)調(diào)幅5.提3調(diào)制鐵與解晝調(diào)解調(diào)二極終管檢惱波低通尸濾波5.注3調(diào)制餅與解延調(diào)調(diào)幅斥波的朱波形宜失真a）過(guò)調(diào)嶼失真殲：對(duì)漆于非那抑制什調(diào)幅棕，要倍求其攪直流沒(méi)偏置鑰必須私足夠政大，激否則x(藥t)的相圣位將杰發(fā)生18游0。5.服3調(diào)制殃與解錦調(diào)b)重疊截失真掃：調(diào)英幅波雪是由蚊一對(duì)活每邊巨為fm的雙召邊帶圣信號(hào)兇組成扇．當(dāng)摔載波毀頻率fz較低摧時(shí)，漢正頻戒端的鳳下邊鵝帶將陸與負(fù)是頻端裝的下屬邊帶膠相重扯疊．威要求:fz＞fm例4-扛1：動(dòng)態(tài)抱應(yīng)變鐮儀4.頻率隙調(diào)制筆與解獅調(diào)調(diào)頻騾是利蚊用信恢號(hào)x(t)的幅浮值調(diào)萍制載波的頻率，或本者說(shuō)剩，調(diào)或頻波迎是一島種隨陷信號(hào)x(襖t)的電貞壓幅往值而鑒變化貧的疏折密度扭不同炮的等匯幅波.x(t)Ac雨os越(2專(zhuān)πf0t+Φ)調(diào)頻蘆原理x(t)=X0co辛s2笛π?mt調(diào)制拜信號(hào)載波雀信號(hào)y(t)=Y0co更s(市2π她?0t+兼φ0),摟?0??m?(t)=罪?0+kfX0co途s2競(jìng)π?mt調(diào)頻互時(shí)Y0和φ0不變?0→?(t)kf為比肺例常纏數(shù),kf>0低頻媽信號(hào)嗓電壓祝為正暖值時(shí)站調(diào)頻趁波的壁頻率右升高窩，負(fù)泄值時(shí)句則降蘇低。瘦低頻稱(chēng)信號(hào)憂電壓析為零碼時(shí)，獻(xiàn)調(diào)頻始波的堵頻率鴿就等奴于高戒頻信壘號(hào)的承頻率檔。諧振白電路電抗穿到電室壓的母轉(zhuǎn)化諧振論電路把電連容、擠電感瓶等電參午量的除變化轉(zhuǎn)為電壓廣變化的電大路高頻廢振蕩噸器諧振野電路蒙的頻踩率：諧振資電路艇作調(diào)櫻頻器調(diào)頻奧及解辨調(diào)電滿路鑒頻侮器調(diào)頻勢(shì)波－>調(diào)頻驗(yàn)調(diào)幅導(dǎo)波－>幅值恨檢波鑒頻籮器致電壓曾－頻若率特俗性曲研線亞諧林振區(qū)等幅永調(diào)頻晴波的島頻率叔等于好回路億諧振渠頻率而，線印圈中倚的耦傻合電季流最述大▲(a墊)低通民濾波王器(L嶄ow用p獲as固s虜fi其lt置er葬)(b排)高通周濾波中器(H擇ig棒h浸pa剃ss離f萌il撞te診r)(c)帶通濾波器(bandpassfilter)

(d示)帶阻訊濾波爹器(b屯an懶d加st處op城f抄il將te殺r)6.畝3濾波伯器濾波隨器是筆一種或選頻思裝置儲(chǔ)，可破以使細(xì)信號(hào)苦中特恒定頻步率成允分通莊過(guò)，氏而極纖大地家衰減衫其他檢頻率僵成分貸．1.濾波趁器分今類(lèi)(根據(jù)宋濾波礎(chǔ)器的劃選頻零作用血分)?2稱(chēng)為低通脾濾波喬器的上截中止頻濟(jì)率?1、?2分別沾稱(chēng)為帶通蕉濾波慚器的下、徒上截煮止頻壇率通帶通帶通帶通帶通帶阻帶阻帶阻帶阻帶阻帶理想濾波勇器?1稱(chēng)為高通遵濾波道器的下截罷止頻拔率(c)帶通濾波器(bandpassfilter)

(d拜)帶阻勉濾波倒器(b懶an秧d之st閑op蹈f有il恨te敗r)通帶通帶阻帶通帶阻帶阻帶理想臥濾波梨器是扛指能頁(yè)使通帶內(nèi)信項(xiàng)號(hào)的幅值和相位都不失朝真，阻帶內(nèi)的紗頻率遵成分術(shù)都衰減炊為零的濾湯波器蛙。2.理想喚濾波授器H(2清π?)=A(2偉π?)ejφ籌(2偶π?)A(2敞π?)=A0=c婚on跟stφ(2茂π?)=緞-2奏π?t0物理沫不可達(dá)實(shí)現(xiàn)理想觀濾波死器在狐時(shí)域竭內(nèi)的寧脈沖僑響應(yīng)布函數(shù)h(t)為si嗽nc函數(shù)。脈秋沖響辜應(yīng)的濃波形雜沿橫著坐標(biāo)鉤左、本右無(wú)為限延對(duì)伸。給理逃想濾朝波器膽一個(gè)必脈沖鉛激勵(lì)棋，從層圖中坡可以縣看出陡，在t=蝕0時(shí)刻慢單位銜脈沖耕輸入條濾波鈴器之檔前，樂(lè)即在t＜0時(shí)，帝濾波廈器就燒已經(jīng)惰有響繡應(yīng)了燭。h(t)δ(t青)-3排dB在實(shí)稼際濾夏波器焰的幅盲頻特征性圖場(chǎng)中通避帶和絹?zhàn)鑾Цg應(yīng)證沒(méi)有芳嚴(yán)格午的界緞限，理存在繳一個(gè)過(guò)渡茅帶。3.實(shí)際村濾波載器1)截止銹頻率:幅頻辮特性沾值等讀于所對(duì)裁應(yīng)的蠟頻率2)帶寬B：上豈下兩壁截頻捧間的礎(chǔ)頻率范圍跡稱(chēng)為燈帶寬3)紋波狗幅度d：波護(hù)動(dòng)幅叢度d與幅線頻特禍性平數(shù)均值A(chǔ)0相比轟應(yīng)小癢于-3帥dB。恒帶嗓寬濾咬波器B=腦fc2-fc1恒帶轎寬比蘋(píng)濾波啄器B=槳fc1（2n文-1布)5)品質(zhì)炎因數(shù)Q:中心森頻率級(jí)和帶刑寬之稼比稱(chēng)錘為品色質(zhì)因史數(shù)6)倍頻廳程選熄擇性W:指在賴(lài)上截遺止頻暮率fc2與2fc2之間形、下四截止泄頻率fc1與fc1/2之間列幅頻姓特性斑的衰鴉減值膀，即繭頻率量變化庭一個(gè)頂倍頻患程時(shí)強(qiáng)的衰集減量枯。4)中心塘頻率f0:7)濾波筑器因亞素λ:濾波蚊器選諷擇性4.準(zhǔn)RC無(wú)源潤(rùn)濾波動(dòng)器在測(cè)沙試系雀統(tǒng)中克，常曲用RC濾波板器。因盒為這枕一領(lǐng)佩域中托信號(hào)程頻率饞相對(duì)映來(lái)說(shuō)亡不高溪。而RC濾波誤器電路菌簡(jiǎn)單緒，抗街干擾枯強(qiáng)，雪有較舍好的倉(cāng)低頻兔性能，并逆且選柴用標(biāo)準(zhǔn)作阻容秒元件。1)一階RC低通飾濾波鋤器令τ=RC，稱(chēng)浩為時(shí)霧間常批數(shù)傅立呈葉變序換，塞頻響漏函數(shù)營(yíng)：當(dāng)??鹿1/衫2πRC時(shí)，φ(碧?)貓-?相頻即特性筒近似紀(jì)于一畝條通勿過(guò)原融點(diǎn)的庫(kù)直線當(dāng)?=眾1/回2πRC時(shí)，，?c2=1床/2鄙πRC上截連止頻寨率:|H(拉jω)|奧=樂(lè)A(因?)宗≈1，A(動(dòng)?)揉=1庸/令RC=τ代入銀，作艱傅立馬葉變棕?fù)Q，廁得頻啊響函叨數(shù)當(dāng)?=季1/兵2π路τ，即?=起1/待2πRC時(shí)，當(dāng)??爬1/爐2πRC時(shí)，下截本止頻障率：?c1=1惑/2固πRCA(曬?)肥=1泥/A(艦?)材≈1，φ(傳?)=宿02)一階RC高通掏濾波巾器3)一階RC帶通促濾波垂器可以某看成紛是低竄通和話高通稈兩個(gè)樹(shù)濾波言器串蟲(chóng)聯(lián)而嗓成。高通低通頻響鵲函數(shù)幅頻界特性汗和相觀頻特見(jiàn)性?c2=1乞/2念πτ2=1不/2串πR2C2上截舞止頻掛率:下截傻止頻要率：?c1=1愛(ài)/2牌πτ1=1芽/2從πR1C1一階RC帶通爹濾波紹器5.恒帶值寬、顛恒帶設(shè)寬比罵濾波委器實(shí)際拔濾波賄器頻寫(xiě)率通葛帶通加常是此可調(diào)授的，膏根據(jù)推實(shí)際掙濾波蠢器中心嘆頻率f0與帶寬B之間限的數(shù)泊值關(guān)黨系，宇可以侮分為撒兩種向。2)恒寬比帶通濾波器

1)恒帶憐寬帶僻通濾爪波器品質(zhì)跟因素Q相同Q值（恒寬至比），儲(chǔ)中心槳頻率?n越大肢，刊帶寬B越大恒寬比帶通濾波器

n為倍槐頻程滿數(shù)若n=1為倍蒼頻程問(wèn)濾波憐器；推導(dǎo)?c2=2n?c1?n2=2n?n1帶寬吃越窄毯，分到辨力騙越高應(yīng)。低頻愚分辨紙力較榆高，高頻癥分辨杏力較竄低.信號(hào)判通帶閑越寬毛，需弱要的喇恒帶修寬濾落波器應(yīng)越多。恒帶爸寬濾就波器險(xiǎn)：帶宇寬為20修Hz例6-聾2：設(shè)有司一信交號(hào)是撇由幅蠢值相姓同而殘頻率令分別緒為?=鏈94痛0H需z和?=頑10僅60束Hz的兩葬正弦偽信號(hào)駝合成妙，其斜頻譜悅?cè)鐖D踩所示(a)實(shí)際信號(hào)(b)用?倍頻程濾波器分析結(jié)果(c捏)用1/意10倍頻余程濾古波器緩分析多結(jié)果(d帽)用恒術(shù)帶寬敏濾波摩器分框析結(jié)摘果案例羨：機(jī)詳床軸卻心軌瞇跡的薄濾波酬處理

6.濾波翅器的諸應(yīng)用案例恐：機(jī)天床軸弓心軌玩跡的桂濾波觀處理濾除抓信號(hào)道中的屠高頻被噪聲賞，以鄉(xiāng)豐便于茂觀察洋軸心訓(xùn)運(yùn)動(dòng)孩規(guī)律

超門(mén)限報(bào)警

案例乎：旅游估索道瓶鋼纜廈檢測(cè)4.近3信號(hào)首的濾辣波由案星例提漠煉的綱典型槽實(shí)驗(yàn)設(shè)：鋼管捕無(wú)損隱探傷濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門(mén)限報(bào)警直流胞電橋當(dāng)電闖橋輸連出端卷接入犁儀表扒或放膀大器饑時(shí)，斯電橋穴輸出材端可買(mǎi)視為聾開(kāi)路警狀態(tài)碰，電榨流輸蔽出為卷零。此時(shí)軍，橋妖路電冬流為什：a、b之間婆電位街差為燦：a、d之間護(hù)電位白差為剖：電橋擦輸出晨電壓驗(yàn)為：+－返回平衡旺條件兩片半橋廉、雙虹臂輸粒出當(dāng)R1→R1±ΔR1，R2→R2ΔR2時(shí)，由于些，R1=R2=R3=R4=R0，ΔR=ΔR1=ΔR2，所墾以返回半臂錦、雙挽臂平餃衡條規(guī)件四片全橋卵、四邀臂輸饒出當(dāng)R1→R1±ΔR1，R2→R2ΔR2，由于帖，R1=R2=R3=R4=R0，ΔR=ΔR1=ΔR2，所蠅以R3→R3±ΔR3，R4→R2ΔR4時(shí)電橋觸的靈富敏度撒定義膜為返回全橋贏、四政臂平桑衡條漢件