測(cè)試技術(shù)第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄)

1、測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄4.0 變換及調(diào)理的目的變換及調(diào)理的目的 4.1 電橋電橋 4.2 信號(hào)的調(diào)制解調(diào)信號(hào)的調(diào)制解調(diào) 4.3 信號(hào)的濾波器信號(hào)的濾波器 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 4.0 變換與調(diào)理的目的變換與調(diào)理的目的便于信號(hào)的傳輸與處理。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)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)行中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要

2、進(jìn)行阻抗變換。阻抗變換。 2.有些傳感器輸出的電信號(hào)中混雜有干有些傳感器輸出的電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。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，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。需要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 將電阻將電阻R(應(yīng)變片應(yīng)變片)、電感、電感L、電容、電容C等電參數(shù)變?yōu)殡妷旱入妳?shù)變?yōu)殡妷篣 或電流或電流I 信號(hào)后輸出的一種測(cè)量電路。信號(hào)后輸出的一種測(cè)量電路。 a 、c兩端接電源兩端接電源Ui，稱，稱供橋端供橋端；b、d

3、兩端接輸出電壓兩端接輸出電壓Uo，稱，稱輸出輸出端端。4.1 電電 橋橋電橋電橋測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 根據(jù)橋臂阻抗性質(zhì)的不同為根據(jù)橋臂阻抗性質(zhì)的不同為 : 電阻電橋電阻電橋 電容電橋電容電橋 電感電橋電感電橋根據(jù)供橋電源分為根據(jù)供橋電源分為 : 直流電橋直流電橋: 采用直流電源采用直流電源只用于只用于測(cè)量電阻測(cè)量電阻R的變化的變化 交流電橋：交流電橋：采用交流電源采用交流電源測(cè)量電阻測(cè)量電阻R 、電容、電容C 、電感電感L的變化的變化電橋電橋1. 電橋的分類電橋的分類測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 直流電橋直

4、流電橋VR1R3R2R42. 直流電橋直流電橋 采用采用直流電源直流電源的電橋稱為直流電橋的電橋稱為直流電橋 四個(gè)橋臂由電阻四個(gè)橋臂由電阻R1、R2、R3和和R4組成。組成。測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 電橋的輸出：電橋的輸出：平衡的條件：平衡的條件：R1R3 = R2R414123413241234()()oiiRRUURRRRR RR RURRRRVR1R3R2R4推導(dǎo)推導(dǎo) 溫敏電阻溫敏電阻直流電橋直流電橋平衡條件平衡條件測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 直流電橋直流電橋R1 R Uo U U VR3R2R4平衡的

5、條件：平衡的條件： R1R3=R2R4電橋的輸出：電橋的輸出：ioURRRRRRRRU)(43214231 這時(shí)，電橋平衡嗎？這時(shí)，電橋平衡嗎？ R1 R測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 半橋單臂連接。半橋單臂連接。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，R2 = R3 = R4 = R0 ，而，而 R1=R0+ RiURRR 240直流電橋直流電橋iioURRRRRRRRRRURRRRRRRRU)()()(0000000043214231 )(400RRRRUi 電橋的靈敏度定義為電橋的靈敏度定義為 00/ RRUSoB 4iU R1 R Uo U U 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)

6、試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 單片單片 單臂單臂半橋半橋R1R3R2R4 雙臂雙臂 半橋半橋R1R3R2R4 全橋全橋R1R3R2R4 半半橋、橋、單單臂臂輸輸出出 全全橋、橋、四四臂臂輸輸出出 半半橋、橋、雙雙臂臂輸輸出出 四片四片 兩片兩片 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 單臂單臂半橋半橋R1R3R2R4 雙臂雙臂 半橋半橋R1R3R2R4 全橋全橋R1R3R2R4 半橋、單臂輸出半橋、單臂輸出 全橋、四臂輸出全橋、四臂輸出 半橋、雙臂輸出半橋、雙臂輸出 ioURRU022iU00/RRUSoioURRU0iU00/RRUSo

7、00/RRUSo4iUioURRU04ioURRKU0 ioKURRUS 00/推導(dǎo)推導(dǎo) 推導(dǎo)推導(dǎo) 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 電橋測(cè)量的和差特性電橋測(cè)量的和差特性溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償 提高輸出提高輸出ioURRRRRRRRU)(414321 直流電橋直流電橋iioURRRRURRRRRRRRRRRRU 4144334422111121iioURRRRURRRRRRRRRRRRU 2322112244333321測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 常用調(diào)平衡常用調(diào)平衡測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信

8、號(hào)調(diào)理與記錄 平衡條件平衡條件3.交流電橋交流電橋交流電橋交流電橋4431ZZZZ 而而 111Z jeZ 222Z jeZ 333Z jeZ 444Z jeZ 其中，其中，Z1、Z2、Z3、Z4為為阻抗的模阻抗的模，而，而 1、 2、 3、 4為為阻抗角阻抗角，是各橋臂電流與電壓之間的相，是各橋臂電流與電壓之間的相位差。位差。 42314231 ZZZZ(*)平衡條件平衡條件)(42)(314231 jjeZZeZZ測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 電容電橋電容電橋電容電橋電容電橋 42134231CRCRRRRR平衡條件：平衡條件：電感電橋電感電橋電感電

9、橋電感電橋 24314231RLRLRRRR平衡條件：平衡條件：推導(dǎo)推導(dǎo) 推導(dǎo)推導(dǎo) 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 帶感應(yīng)耦合臂的電橋帶感應(yīng)耦合臂的電橋?qū)⒏袘?yīng)耦合的兩個(gè)繞組作為橋臂而組成的電橋。a）感應(yīng)耦合繞組W1和W2與阻抗Z3和Z4組成電橋的4個(gè)臂，任一橋臂阻抗有變化時(shí)，電橋有輸出電壓。b）開始W1和W2磁通大小相等方向相反無輸出，當(dāng)鐵心移動(dòng)，電橋失衡，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 聲音信號(hào)聲音信號(hào) 廣播電臺(tái)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔的發(fā)射塔 接收接收調(diào)制調(diào)制 Modulation解調(diào)解調(diào) Demodula

10、tion4.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 聲音信號(hào)聲音信號(hào)廣播電臺(tái)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔的發(fā)射塔 利用緩變信號(hào)控制高頻信號(hào)的某個(gè)參數(shù)利用緩變信號(hào)控制高頻信號(hào)的某個(gè)參數(shù)(幅值、頻率或相位幅值、頻率或相位)變化的過程。變化的過程。 調(diào)制調(diào)制 Modulation已調(diào)波已調(diào)波1）實(shí)現(xiàn)緩變信號(hào)的傳輸，特別是遠(yuǎn)距離傳輸）實(shí)現(xiàn)緩變信號(hào)的傳輸，特別是遠(yuǎn)距離傳輸 2）提高信號(hào)傳輸中的抗干擾能力和信噪比）提高信號(hào)傳輸中的抗干擾能力和信噪比 1.調(diào)制的目的調(diào)制的目的音頻信號(hào)音頻信號(hào)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 2.調(diào)制

11、的種類調(diào)制的種類調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào) 載波信號(hào)載波信號(hào)a) 幅值調(diào)制幅值調(diào)制(簡(jiǎn)稱調(diào)幅，簡(jiǎn)稱調(diào)幅，AM，Amplitude Modulation)b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(簡(jiǎn)稱調(diào)頻，簡(jiǎn)稱調(diào)頻，F(xiàn)M，F(xiàn)requency Modulation)c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(簡(jiǎn)稱調(diào)相，簡(jiǎn)稱調(diào)相，PM，Phase Modulation)緩變信號(hào)緩變信號(hào)x(t)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào) y(t)=A0cos(2p p f0t+f f0)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 3.幅值調(diào)制（調(diào)幅）及其解調(diào)幅值調(diào)制（調(diào)幅）及其解調(diào) 調(diào)幅是將一個(gè)調(diào)幅是將一個(gè)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)y(t)（

12、載波信號(hào)）與（載波信號(hào)）與緩變信緩變信號(hào)號(hào)（調(diào)制信號(hào)）（調(diào)制信號(hào)）x(t)相乘相乘，使載波信號(hào)，使載波信號(hào)y(t)的的幅值幅值隨隨緩變緩變信信號(hào)號(hào)x(t)的幅值變化而變化過程。幅值調(diào)制后的信號(hào)稱為的幅值變化而變化過程。幅值調(diào)制后的信號(hào)稱為調(diào)調(diào)幅波。幅波。測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 tftxtftxAtxm00002cos)()2cos()()(p pf fp p 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)載波信號(hào)調(diào)幅波調(diào)幅波)(txtftfAty00002cos)2cos()(p pf fp p (1).調(diào)幅的時(shí)域表達(dá)調(diào)幅的時(shí)域表達(dá)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章

13、 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 假設(shè)調(diào)制信號(hào)假設(shè)調(diào)制信號(hào)x(t)的最高頻率成分為的最高頻率成分為fm，載波信號(hào)，載波信號(hào)y(t) = cos2p pf0t, f0 fm ，則有調(diào)幅波：，則有調(diào)幅波：(2).調(diào)幅的頻域表達(dá)調(diào)幅的頻域表達(dá)如果如果)()(fXtxtftxtxm02cos)()(p p 則則 )()()()(21)(2cos)()(000fffXfffXfYtftxtxmm p p)(020ffetfj p p)()()()(fYfXtytx )(020ffetfj p p )()(2100ffXffX tfjtfjetxetx0022)()(21p pp p 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基

14、礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)載波信號(hào)調(diào)幅波調(diào)幅波 tftxtxm02cos)()(p p 時(shí)域時(shí)域頻域頻域 )()(21)(00ffXffXfXm 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 音頻信號(hào)音頻信號(hào)廣播電臺(tái)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔的發(fā)射塔 調(diào)幅調(diào)幅 AM調(diào)幅波調(diào)幅波載波信號(hào)載波信號(hào)x(t)0t測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 廣播電臺(tái)廣播電臺(tái)的發(fā)射塔的發(fā)射塔 對(duì)已調(diào)波進(jìn)行對(duì)已調(diào)波進(jìn)行鑒別鑒別以恢以恢復(fù)緩變信號(hào)的過程。復(fù)緩變信號(hào)的過程。 調(diào)幅波調(diào)幅波恢復(fù)所需要的緩變信號(hào)恢復(fù)所需要的緩變信號(hào)

15、(3).幅值解調(diào)的目的幅值解調(diào)的目的接收接收解調(diào)解調(diào) Demodulationx(t)0t測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 (4). 同步解調(diào)同步解調(diào) tf02cosp p )(txm)(21tx tftx02cos)(p p)4cos1(21)(0tftxp p tf02cosp ptftx)2(2cos)(210p p 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 2fm2fm2fm2fm1/42fm1/42fm2fm1/41/22fm2fm2fm同步解調(diào)同步解調(diào)(a)調(diào)幅波頻譜調(diào)幅波頻譜(b)載波信號(hào)頻譜載波信號(hào)頻譜(c)同步解

16、調(diào)后頻譜同步解調(diào)后頻譜Xm( f )0-f0f0Xm(f )*Y(f )0f0-f0低通-fcfc-fmfm2fm1/4測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 解調(diào)解調(diào)音頻信號(hào)音頻信號(hào)x(t)0t測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 (5). 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波目的：為了是的調(diào)制信號(hào)不失真。方法的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確的加減偏置電壓。測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 x(t)0時(shí)時(shí)(0t1)， xm(t)與與y(t)同相，檢波器輸出同相，檢

17、波器輸出uf(t)0 x(t)0時(shí)時(shí)(t1t2)， xm(t)與與y(t)反相，檢波器輸出反相，檢波器輸出uf(t)0時(shí)時(shí)(0t1時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi))，調(diào)幅波，調(diào)幅波xm(t)與載波與載波y(t)在在每一時(shí)刻都同相每一時(shí)刻都同相 1）xm(t)0，y(t) 0 2）xm(t)0，y(t)0，y(t) 0 二極管二極管D3、D4導(dǎo)通導(dǎo)通,在負(fù)載上形成兩個(gè)電流回路在負(fù)載上形成兩個(gè)電流回路 : 回路回路1：3-c-D3-d-2-e-g-f回路回路2：f-g-e-2-d-D4-a-42)(2)()(2txtytumf2)(2)()(1txtytumf總輸出為：總輸出為： )()()()(21txtututu

18、mfff 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 2）xm(t)0，y(t)m (t)= 0+f = 0+ kFM x(t)調(diào)頻時(shí)調(diào)頻時(shí)Y0和和 0不變不變 0(t) kFM為比例常數(shù)為比例常數(shù), kFM 0 低頻信號(hào)電壓為正值時(shí)低頻信號(hào)電壓為正值時(shí)調(diào)頻波的頻率升高，負(fù)值調(diào)頻波的頻率升高，負(fù)值時(shí)則降低。低頻信號(hào)電壓時(shí)則降低。低頻信號(hào)電壓為零時(shí)，調(diào)頻波的頻率就為零時(shí)，調(diào)頻波的頻率就等于高頻信號(hào)的頻率。等于高頻信號(hào)的頻率。 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 諧振電路諧振電路 電抗到電壓的轉(zhuǎn)化電抗到電壓的轉(zhuǎn)化 諧振電路諧振電路 把電容

19、、電感等把電容、電感等電參量的變化電參量的變化轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為電電壓變化壓變化的電路的電路 高高頻頻振振蕩蕩器器 LCfnp p21 諧振電路的頻率：諧振電路的頻率： 諧振電路作調(diào)頻器諧振電路作調(diào)頻器 調(diào)頻及解調(diào)電路調(diào)頻及解調(diào)電路測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 鑒頻器鑒頻器調(diào)頻波調(diào)頻波調(diào)頻調(diào)幅波調(diào)頻調(diào)幅波幅值檢波幅值檢波測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 鑒頻器鑒頻器 電壓頻率特性曲線電壓頻率特性曲線亞諧振亞諧振區(qū)區(qū)等幅調(diào)頻波的頻率等于回路諧振頻等幅調(diào)頻波的頻率等于回路諧振頻率，線圈中的耦合電流最大率，線圈中的耦合電流最大 測(cè)試技

20、術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 (a)低通濾波器低通濾波器 (Low pass filter)(b)高通濾波器高通濾波器 (High pass filter)(c) 帶通濾波器帶通濾波器 (band pass filter) (d) 帶阻濾波器帶阻濾波器 (band stop filter) 6.3 濾波器濾波器 濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定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，而極大地衰減其他頻率成分頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分 1.濾波器分類濾波器分類(根據(jù)濾波器的選頻作用分根據(jù)濾波器的選頻作用分) 2稱為稱為低通濾波器低通

21、濾波器的的上截止頻率上截止頻率 1、2分別稱為分別稱為帶通濾波器帶通濾波器的的下、上截止頻率下、上截止頻率 通帶通帶通帶通帶通帶通帶通帶通帶通帶通帶阻帶阻帶阻帶阻帶阻帶阻帶阻帶阻帶阻帶阻帶理想理想 濾波器濾波器1 1稱為稱為高通濾波器高通濾波器的的下截止頻率下截止頻率 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 (c) 帶通濾波器帶通濾波器 (band pass filter) (d) 帶阻濾波器帶阻濾波器 (band stop filter) 通帶通帶通帶通帶阻帶阻帶通帶通帶阻帶阻帶阻帶阻帶 理想濾波器是指能使理想濾波器是指能使通帶通帶內(nèi)信號(hào)的內(nèi)信號(hào)的幅幅值值和和相

22、位相位都都不失真不失真，阻帶阻帶內(nèi)的頻率成分內(nèi)的頻率成分都都衰減為零衰減為零的濾波器。的濾波器。2.理想濾波器理想濾波器)( fH0)( f0(a)幅頻特性(b)相頻特性Acfcfcfcfff02 tpH(2p )=A(2p) e j(2p)A(2p)=A0=const (2p)=-2pt0 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 物理不可實(shí)現(xiàn)物理不可實(shí)現(xiàn) )( fH0)( f0(a)幅頻特性(b)相頻特性Acfcfcfcfff02 tp)(2)(2sin2)()(0001ttfttffAfHFthcccpp理想濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)理想濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈沖

23、響應(yīng)函數(shù) h(t)為為sinc函數(shù)函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無限延伸。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無限延伸。給理想濾波器一個(gè)脈沖激勵(lì)，從圖中可以看出，在給理想濾波器一個(gè)脈沖激勵(lì)，從圖中可以看出，在t=0時(shí)刻單位時(shí)刻單位脈沖輸入濾波器之前，即在脈沖輸入濾波器之前，即在t0時(shí)，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。時(shí)，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。h(t) (t)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 在實(shí)際濾波器的幅頻特性圖中通帶和阻帶間應(yīng)沒有嚴(yán)格在實(shí)際濾波器的幅頻特性圖中通帶和阻帶間應(yīng)沒有嚴(yán)格的界限，存在一個(gè)的界限，存在一個(gè)過渡帶過渡帶。 3.實(shí)際濾波器實(shí)際濾波器 1) 截止頻率

24、截止頻率: 幅頻特性值等于幅頻特性值等于2/0A所對(duì)應(yīng)的頻率所對(duì)應(yīng)的頻率 2)帶寬帶寬B：上下兩截頻間的頻率：上下兩截頻間的頻率 范圍稱為帶寬范圍稱為帶寬 3)紋波幅度紋波幅度d ：波動(dòng)幅度：波動(dòng)幅度d與幅頻特與幅頻特性平均值性平均值A(chǔ)0相比應(yīng)小于相比應(yīng)小于-3dB。 濾波器帶寬濾波器帶寬B = fc2 - fc1 -3dB測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 5) 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q: 中心頻率和帶中心頻率和帶寬之比稱為品質(zhì)因數(shù)寬之比稱為品質(zhì)因數(shù) 6)倍頻程選擇性倍頻程選擇性W: 指在上截止頻率指在上截止頻率fc2與與 2fc2之間、下截之間、下截止頻率止頻率

25、fc1與與fc1/2之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一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。個(gè)倍頻程時(shí)的衰減量。 4)中心頻率中心頻率f0: 7)濾波器因素濾波器因素l l: 濾波器選擇性，濾波器選擇性， l l=B-60dB/B-3dBBfQn212102ccnccffffff測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 4.RC無源濾波器無源濾波器 在測(cè)試系統(tǒng)中，常用在測(cè)試系統(tǒng)中，常用RC濾波器。因?yàn)檫@一領(lǐng)域中信濾波器。因?yàn)檫@一領(lǐng)域中信號(hào)頻率相對(duì)來說不高。而號(hào)頻率相對(duì)來說不高。而RC濾波器電路簡(jiǎn)單，抗干擾濾波器電路簡(jiǎn)單，抗干擾強(qiáng)，有較好的低頻性能，并

26、且選用標(biāo)準(zhǔn)阻容元件。強(qiáng)，有較好的低頻性能，并且選用標(biāo)準(zhǔn)阻容元件。 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 1) 一階一階RC低通濾波器低通濾波器 xyyuudtduRC 令令t t =RC，稱為時(shí)間常數(shù)，稱為時(shí)間常數(shù) 11)( tt jH2)2(11)(t tp pffA )2arctan()(t tp p ff 傅立葉變換，頻響函數(shù)：傅立葉變換，頻響函數(shù)： 當(dāng)當(dāng)1/2p pRC 時(shí)，起時(shí)，起積分器積分器作用作用測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 xyyudtuRCu 1令令RC=t t 代入，作傅立葉變換，得頻響函數(shù)代入，作傅立

27、葉變換，得頻響函數(shù) 1)( t t t t jjH2)2(12)(t tp pt tp pfffA )2arctan(90)21arctan()(t tp pt tp p fff 當(dāng)當(dāng)=1/2pt pt , 即即 =1/2p pRC 時(shí)，時(shí)，2 當(dāng)當(dāng)1/2p pRC 時(shí)，時(shí)，A() 1， () = 0下截止頻率：下截止頻率： c1=1/2p pRC A() =1/2) 一階一階RC高通濾波器高通濾波器 當(dāng)當(dāng)1/2p pRC 時(shí)，起時(shí)，起微分器微分器作用作用測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 3) 一階一階RC帶通濾波器帶通濾波器 可以看成是低通和高通兩個(gè)濾波器

28、串聯(lián)而成?？梢钥闯墒堑屯ê透咄▋蓚€(gè)濾波器串聯(lián)而成。 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 高通高通低通低通1)()()(111 t t t t jjjH11)(22 t t jjH)()()(21 jHjHjH )()()(21fAfAfA )()()(21fff 頻響函數(shù)頻響函數(shù)幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性 c2=1/2ptpt2=1/(2p p R2C2)上截止頻率上截止頻率: 下截止頻率：下截止頻率： c1=1/2ptpt1=1/(2p p R1C1)一階一階RC帶通濾波器帶通濾波器.測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與

29、記錄 5.恒帶寬、恒帶寬比濾波器恒帶寬、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)際濾波器中中心頻率心頻率f0與與帶寬帶寬B之間的數(shù)值關(guān)系，可以分為兩種。之間的數(shù)值關(guān)系，可以分為兩種。2) 2) 恒寬比帶通濾波器恒寬比帶通濾波器 1) 1) 恒帶寬帶通濾波器恒帶寬帶通濾波器 1200122ccccffffff21ccnfff測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 品質(zhì)因素品質(zhì)因素Q BfQn相同相同Q值（恒寬比），中心頻率值（恒寬比），中心頻率n越大越大 ，帶寬，帶寬B越大越大 恒寬比帶通濾波器恒寬比帶通濾

30、波器 21ccnfff測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 1631.563400020001000500125160008000檢波放大BfQn22221nnn為倍頻程數(shù)為倍頻程數(shù) 若若n=1為倍頻程濾波器；為倍頻程濾波器；21ccnfff推導(dǎo)推導(dǎo) c2=2n c1 n2=2n n1 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 帶寬越窄，分帶寬越窄，分辨力越高。辨力越高。 低頻分辨力較高，低頻分辨力較高， 高頻分辨力較低高頻分辨力較低. .信號(hào)通帶越寬，需要的恒帶寬濾波器越多信號(hào)通帶越寬，需要的恒帶寬濾波器越多。 恒帶寬濾波器：帶寬為

31、恒帶寬濾波器：帶寬為20Hz測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 例例6-2： 設(shè)有一信號(hào)是由幅值相同而頻率分別為設(shè)有一信號(hào)是由幅值相同而頻率分別為=940Hz和和=1060Hz的兩正弦信號(hào)合成，其頻譜如圖所示的兩正弦信號(hào)合成，其頻譜如圖所示 (a)實(shí)際信號(hào) (b)用倍頻程濾波器分析結(jié)果(c)用1/10倍頻程濾波器分析結(jié)果 (d) 用恒帶寬濾波器分析結(jié)果 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理 6.濾波器的應(yīng)用濾波器的應(yīng)用測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄

32、信號(hào)調(diào)理與記錄 案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理案例：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)律測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 鋼管無損探傷鋼管無損探傷實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門限報(bào)警濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門限報(bào)警 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 bdUU 直流電橋直流電橋當(dāng)電橋輸出端接入儀表或放大器時(shí)，電橋輸出端可視為開路狀態(tài)，電流當(dāng)電橋輸出端接入儀表或放大器時(shí)，電橋輸出端可視為開路狀態(tài)，電流輸出為零。輸出為零。 此時(shí)，橋路電

33、流為：此時(shí)，橋路電流為： 211RRUIi 432RRUIi a、b之間電位差為：之間電位差為： iabURRRRIU21111 a、d之間電位差為：之間電位差為： iadURRRRIU43442 電橋輸出電壓為：電橋輸出電壓為： dboUU + )()(dabaUUUU adabUU iURRRRRR 434211iURRRRRRRR)(43214231 平衡條件平衡條件測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 或bdUU 直流電橋直流電橋此時(shí)，橋路電流為：此時(shí)，橋路電流為： b、c之間電位差為：之間電位差為： ibcURRRRIU21221 d、c之間電位差為：

34、之間電位差為： idcURRRRIU43332 電橋輸出電壓為：電橋輸出電壓為： dboUU + )()(cbcdUUUU bcdcUU iURRRRRR 212433iURRRRRRRR)(43214231 返回返回 211RRUIi 432RRUIi 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章第四章 信號(hào)調(diào)理與記錄信號(hào)調(diào)理與記錄 ioURRRRRRRRU)(43214231 11RR3R4R2I22RR1IoUiUabdc兩片兩片 半橋、雙臂輸出半橋、雙臂輸出 當(dāng)當(dāng)R1 R1R1，R2 R2 R2 時(shí)，時(shí)，iioURRRRRRRRRRRRRRRURRRRRRRRRU )()()(432211422114310434221111由于，由于，R1=R2=R3=R4=R0，R=R1=R2，所以，所以 iiiiiioURRURRRURRRRRURRRRRRRURRRRRRRRRRRRRRRURRRRRRRRRU02002020020000000432211422114311434