第四章、信號的調理與記錄機械測試技術基礎本章學習要求：1.了解模擬信號放大電路原理2.了解信號調制解調原理3.了解信號濾波器工作原理信號調理的的目的是便于信號的傳輸與處理。

4.1信號調理的目的

第四章、信號的調理與記錄1.傳感器輸出的電信號很微弱，大多數不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換。

2.有些傳感器輸出的是電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。3.某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信進行調制解調處理。

4.2信號放大電路

第四章、信號的調理與記錄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1直流放大電路

4.2信號放大電路

反饋電阻RF值不能太大，否則會產生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1的取值應遠大于信號源Ui的內阻。煙霧報警器酒精傳感器二氧化碳傳感器2)同相放大器

4.2信號放大電路

同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大級。

同相放大器也是最基本的電路，其閉環電壓增益Av為:2交流放大電路

4.2信號放大電路

R1一般取幾十千歐。耦合電容C1、C3可根據交流放大器的下限頻率fL來確定。

若只需要放大交流信號，可采用圖示的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。

3直流電橋4.2信號放大電路

●平衡條件VER1R3R2R44.2信號放大電路

令：4.2信號放大電路

4交流電橋電感電容傳感器傳感器●平衡條件4.2信號放大電路

電橋的接法：單臂

半橋全橋5電荷放大器4.2信號放大電路

F+第四章、信號的調理與記錄4.3調制與解調1目的解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。

4.3調制與解調

先將微弱的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，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。例：交流電橋VinVoR1R3R2R44.3調制與解調2種類調制信號x(t)0t載波信號z(t)0t4.3調制與解調a)幅度調制(AM)b)頻率調制(FM)c)相位調制(PM)4.3調制與解調3幅度調制

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的變化而變化．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4.3調制與解調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)乘法器濾波器z(t)x(t)4.3調制與解調幅度調制與解調過程（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)4.3調制與解調幅度調制與解調過程（數學分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)4.3調制與解調實驗：同步調制與解調實驗

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

4.3調制與解調非抑制調幅若對信號x(t)進行偏置，疊加一個直流分量D，使偏置后的信號都具有正電壓。4.3調制與解調調幅4.3調制與解調解調二極管檢波低通濾波4.3調制與解調調幅波的波形失真a）過調失真：對于非抑制調幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發生180。4.3調制與解調b)重疊失真：調幅波是由一對每邊為fm的雙邊帶信號組成．當載波頻率fz較低時，正頻端的下邊帶將與負頻端的下邊帶相重疊．要求:

fz＞fm

4.3調制與解調動手做：用個人測試實驗室中數字信號發生器、波形運算器等軟件芯片，設計一個非抑制調幅與解調系統。4.3調制與解調4頻率調制

調頻是利用信號x(t)的幅值調制載波的頻率，或者說，調頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.4.3調制與解調4.3調制與解調鑒頻：T1T2T3T4F4.3調制與解調優點：抗干擾能力強。調頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調幅所要求帶寬的20倍；調頻系統較之調幅系統復雜，因為頻率調制足一種非線性調制。因為調頻信號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在振幅之中．

缺點：占頻帶寬度大，復雜4.3調制與解調案例：旋轉機械扭距測量4.3調制與解調案例：鐵路機車調度信號檢測調制頻率8.5Hz，綠燈調制頻率23.5Hz，紅燈4.4濾波器

第四章、信號的調理與記錄濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分．4.4濾波器1濾波器分類（根據濾波器的選頻作用分）

低通高通4.4濾波器帶通帶阻2濾波器的串/并聯

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。4.4濾波器

3理想濾波器

理想濾波器是指能使通帶內信號的幅值和相位都不失真，阻帶內的頻率成分都衰減為零的濾波器。4.4濾波器

fcH(f)fQ(f)理想濾波器的物理不可實現

理想濾波器在時域內的脈沖響應函數h（t）為sinc函數。脈沖響應的波形沿橫坐標左、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，濾波器就已經有響應了。故物理不可實現。4.4濾波器

fcH(f)4實際濾波器

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

4.4濾波器

0fA4.4濾波器

0ffc1fc2A00.707A01)截止頻率fc：0.707A0所對應的頻率．

d2)紋波幅度d：繞幅頻特性均值A0波動值3)帶寬B和品質因數Q：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因。BQ=W0/B4)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，即頻率變化一個倍頻程時的衰減量。

4.4濾波器

倍頻程衰減量以dB/oct表示（Octave，倍頻程）。衰減越快（即W值越大），濾波器的選擇性越好。5恒帶寬、恒帶寬比濾波器

實際濾波器頻率通帶通常是可調的，根據實際濾波器中心頻率與帶寬之問的數值關系，可以分為兩種。4.4濾波器

2)恒帶寬比帶通濾波器

1)恒帶寬帶通濾波器

4.4濾波器

1/3倍頻程濾波器6RC無源濾波器

在測試系統中，常用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，有較好的低頻性能，并且選用標準阻容元件。

1)一階RC低通濾波器

4.4濾波器

4.4濾波器

2)一階RC高通濾波器

4.4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

4.4濾波器

產品4.4濾波器

LineDa:LTC1564MAXIM:MAX74xx4.4濾波器

4.4濾波器7濾波器的應用超門限報警

案例：旅游索道鋼纜檢測4.4濾波器

由案例提煉的典型實驗：鋼管無損探傷濾除信號中的零漂和低頻晃動，便于門限報警4.4濾波器

案例：機床軸心軌跡的濾波處理

4.4濾波器

案例：機床軸心軌跡的濾波處理濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運動規律

4.4濾波器

動手做：調節計算機mp3播放器等軟件中的聲音