工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)：第六章 測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)

第六章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)本章學(xué)習(xí)要求：1.了解模擬信號(hào)放大電路原理2.了解信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理3.了解信號(hào)濾波器工作原理信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。

6.1信號(hào)調(diào)理的目的

第六章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)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。

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。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。

6.2信號(hào)放大

第六章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)信號(hào)放大目的幅度增加(1)抗干擾;(2)阻抗匹配2分類放大器直流放大器交流放大器電荷放大器

時(shí)間域頻率域幅度增大低頻保留,高頻截止幅度增大高頻保留,低頻截止

電荷增大△ZV

1目的電橋2直流放大電路

1)反相放大器

6.2信號(hào)放大電路

反饋電阻RF值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源Ui的內(nèi)阻。反相放大器是最基本的電路，其閉環(huán)電壓增益Av為:煙霧報(bào)警器酒精傳感器二氧化碳傳感器2)同相放大器

6.2信號(hào)放大電路

同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。

同相放大器也是最基本的電路，其閉環(huán)電壓增益Av為:3交流放大電路

6.2信號(hào)放大電路

若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交流電壓同相放大器。其中電容C1、C2及C3為隔直電容。

R1一般取幾十千歐。耦合電容C1、C3可根據(jù)交流放大器的下限頻率fL來(lái)確定。

4電荷放大器6.2信號(hào)放大電路

F+5電橋6.2信號(hào)放大電路

1）直流電橋●平衡條件dV6.2信號(hào)放大電路

2）交流電橋●平衡條件~6.3調(diào)制與解調(diào)第六章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)1目的解決微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)的傳輸問(wèn)題。

先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信號(hào)中去，然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最后再?gòu)姆糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。6.3調(diào)制與解調(diào)2種類調(diào)制信號(hào)x(t)載波信號(hào)a)幅度凋制(AM)b)頻率調(diào)制(FM)c)相位調(diào)制(PM)6.3調(diào)制與解調(diào)3幅度調(diào)制

調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)試信號(hào)相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化．6.3調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（波形與頻譜分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)6.3調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（數(shù)學(xué)描述）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)6.3調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)：同步調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

上述調(diào)制方法，將信號(hào)x(t)直接與載波z(t)相乘．這種調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)時(shí)必須再乘與z(t)相位相同的z’(t)方能復(fù)原出原信號(hào)，故稱同步解調(diào)．

6.3調(diào)制與解調(diào)非抑制調(diào)幅若對(duì)信號(hào)x(t)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量D，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓

,6.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的波形失真a）過(guò)調(diào)失真：對(duì)于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發(fā)生180。b)重疊失真：調(diào)幅波是由一對(duì)每邊為fm的雙邊帶信號(hào)組成．當(dāng)載波頻率fz較低時(shí)，正頻端的下邊帶將與負(fù)頻端的下邊帶相重疊．要求:

fz＞fm

實(shí)驗(yàn)6.3調(diào)制與解調(diào)動(dòng)手做：用個(gè)人測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、波形運(yùn)算器等軟件芯片，設(shè)計(jì)一個(gè)非抑制調(diào)幅與解調(diào)系統(tǒng)。6.3調(diào)制與解調(diào)4頻率調(diào)制

調(diào)頻是利用信號(hào)x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說(shuō)，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.6.3調(diào)制與解調(diào)優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。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要表現(xiàn)在振幅之中．

缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的20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)制足一種非線性調(diào)制。6.3信號(hào)的濾波

第六章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分．1濾波器分類（根據(jù)濾波器的選頻作用分）

低通高通帶通帶阻實(shí)驗(yàn)2濾波器的串/并聯(lián)

低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器。6.3信號(hào)的濾波

3理想濾波器

理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號(hào)的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器。6.3信號(hào)的濾波

物理不可實(shí)現(xiàn)

理想濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t）為sinc函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無(wú)限延伸。波形給理想濾波器一個(gè)脈沖激勵(lì)，從圖中可以看出，在t=0時(shí)刻單位脈沖輸入濾波器之前，即在t＜0時(shí)，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。故物理不可實(shí)現(xiàn)。6.3信號(hào)的濾波

4實(shí)際濾波器

理想濾波器是不存在的，在實(shí)際濾波器的幅頻特性圖中通帶和阻帶間應(yīng)沒(méi)有嚴(yán)格的界限,，存在一個(gè)過(guò)渡帶。

1)紋波幅度d：波動(dòng)幅度d與幅頻特性平均值A(chǔ)0相比應(yīng)小于-3dB。2)截止頻率fc:幅頻特性值等于0.707A0所對(duì)應(yīng)的頻率．

3)帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q:上下兩截頻間的頻率范圍稱為帶寬中心頻率和帶寬之比稱為品質(zhì)因數(shù)

4)倍頻程選擇性W:指在上截止頻率fc2與2fc2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。

6.3信號(hào)的濾波

5RC無(wú)源濾波器

在測(cè)試系統(tǒng)中，常用RC濾波器。因?yàn)檫@一領(lǐng)域中信號(hào)頻率相對(duì)來(lái)說(shuō)不高。而RC濾波器電路簡(jiǎn)單，抗干擾強(qiáng)，有較好的低頻性能，并且選用標(biāo)準(zhǔn)阻容元件。

1)一階RC低通濾波器

6.3信號(hào)的濾波

2)一階RC高通濾波器

3)RC帶通濾波器可以看作為低通濾波器和高通濾波器的串聯(lián)6.3信號(hào)的濾波

5恒帶寬、恒帶寬比濾波器

實(shí)際濾波器頻率通帶通常是可調(diào)的，根據(jù)實(shí)際濾波器中心頻率與帶寬之問(wèn)的數(shù)值關(guān)系，可以分為兩種。6.3信號(hào)的濾波

2)恒帶寬帶通濾波器

1)恒帶寬帶通濾波器

6.3信號(hào)的濾波

1/3倍頻程濾波器6.2信號(hào)的時(shí)域波形分析

6濾波器的應(yīng)用超門(mén)限報(bào)警

案例：旅游索道鋼纜檢測(cè)6.3信號(hào)的濾波

由案例提煉的典型實(shí)驗(yàn)：鋼管無(wú)損探傷濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門(mén)限報(bào)警實(shí)驗(yàn)6.3信號(hào)的濾波

案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理

6.3信號(hào)的濾波

案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理濾除信號(hào)中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)

6.3信號(hào)的濾波

動(dòng)手做：調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)mp3播放器等軟件中的聲音均衡器，試驗(yàn)其對(duì)音樂(lè)信號(hào)的濾波情況。6.3信號(hào)的濾波