現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)

第6章現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)2021/10/10星期日1現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)定義是:指采用先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、建模與推理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)用常規(guī)儀表、方法和手段無(wú)法直接獲取的對(duì)待測(cè)參數(shù)的檢測(cè)。特點(diǎn)：從待測(cè)參數(shù)的性質(zhì)看，主要用于非常見(jiàn)的參數(shù)的測(cè)量。從應(yīng)用的領(lǐng)域（對(duì)象）看，主要用于復(fù)雜設(shè)備（對(duì)象）、復(fù)雜過(guò)程的影響性能質(zhì)量等方面的綜合性參數(shù)的測(cè)量，如高速運(yùn)動(dòng)機(jī)械的故障分析、油品質(zhì)量的檢測(cè)等。從使用的技術(shù)或方法看，主要利用了新型的傳感技術(shù)或傳感器。2021/10/10星期日2Contents傳感器的補(bǔ)償與標(biāo)定6.1檢測(cè)信號(hào)的調(diào)理電路6.2抗干擾技術(shù)6.3傳感檢測(cè)新技術(shù)6.42021/10/10星期日3圖6.1實(shí)際傳感器的幾種典型輸入—輸出特性曲線(xiàn)6.1傳感器的補(bǔ)償與標(biāo)定6.1.1傳感器的補(bǔ)償傳感器使用中的一個(gè)問(wèn)題就是線(xiàn)性化及其補(bǔ)償。線(xiàn)性化及補(bǔ)償就是在使用傳感器進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí),對(duì)傳感器的輸入-輸出特性進(jìn)行補(bǔ)償，也稱(chēng)線(xiàn)性化處理。

典型的輸入-輸出特性曲線(xiàn)圖6.1為幾種典型的輸入-輸出特性曲線(xiàn)2021/10/10星期日46.1.1傳感器的補(bǔ)償電橋電路傳感器的補(bǔ)償圖6.3使用了反饋式線(xiàn)性補(bǔ)償方法，可從圖6.2a可知電橋輸入電壓為：圖6.2電橋電路a）電橋有一個(gè)橋臂電路b）電橋有兩個(gè)橋臂電路圖6.3利用反饋技術(shù)影響傳感器電橋輸入電壓的原理電路圖(6-1)

式中，X為傳感器電阻的變化量。放大器的輸出電壓為：

(6-2)(6-6)再由得：則可消除非線(xiàn)性誤差。2021/10/10星期日56.1.2傳感器的標(biāo)定6.1.2傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定，是指在明確輸入和輸出關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)傳感器進(jìn)行刻度。如溫度傳感器的標(biāo)定。 晶體管溫度傳感器的輸出具有好的線(xiàn)性關(guān)系，原則上只要做兩點(diǎn)定標(biāo)即可。晶體管溫度傳感器具有非線(xiàn)性，要進(jìn)行線(xiàn)性化補(bǔ)償。經(jīng)常選用的定標(biāo)溫度有水冰點(diǎn)0℃（273。15K）、沸點(diǎn)100℃（373。15K）和室溫（300K）。

2021/10/10星期日66.2檢測(cè)信號(hào)的調(diào)理電路6.2.1測(cè)量電橋按照電橋所采用的電源不同可分為： 直流電橋和交流電橋按照輸出測(cè)量方式不同可分為： 不平衡電橋和平衡電橋2021/10/10星期日76.2.1測(cè)量電橋直流電橋（1）電橋的工作原理 圖6.4是直流電橋的基本形式。、、、稱(chēng)為橋臂電阻，為供橋直流電壓源。當(dāng)電橋輸出端、接入輸入阻抗較大的儀表或放大器時(shí)，可視為開(kāi)路，此時(shí)橋路電流：

a、b之間與a、d之間的電位差： 輸出電壓：

圖6.4直流電橋

(6-7)

(6-8)

(6-9)

(6-10)

(6-11)2021/10/10星期日86.2.1測(cè)量電橋 滿(mǎn)足 直流電橋的平衡。 當(dāng)橋臂電阻（如電阻應(yīng)變片）產(chǎn)生變化時(shí)，輸出電壓： 當(dāng)時(shí)稱(chēng)為全等臂電橋。此時(shí)式（6-13）可寫(xiě)成： 一般情況下 ，忽略分母中的項(xiàng)，則：

(6-12)(6-13)(6-14)(6-15)2021/10/10星期日96.2.1測(cè)量電橋 電橋在初始時(shí)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)各橋臂電阻發(fā)生不同程度的微小變化時(shí)，電橋失去平衡，此時(shí)輸出電壓： 為電橋輸出電壓與各橋臂電阻變化量的一般關(guān)系式。由于，忽略分母中的項(xiàng)和分子中的高次項(xiàng)，對(duì)于最常用的全等臂電橋，可寫(xiě)為：(6-16)(6-17)2021/10/10星期日106.2.1測(cè)量電橋（2）直流電橋主要的特點(diǎn)： 所需的高穩(wěn)定度直流電源較易獲得；電橋輸出是直流量，可以用直流儀表測(cè)量，精度較高；對(duì)傳感器至測(cè)量?jī)x表的連接導(dǎo)線(xiàn)要求較低；電橋的預(yù)調(diào)平衡電路簡(jiǎn)單，僅需對(duì)純電阻加以調(diào)整即可。但直流放大器比較復(fù)雜，易受零漂和接地電位的影響。（3）電橋的連接方式 電橋分為單臂電橋、差動(dòng)半橋和差動(dòng)全橋三種連接方式，如圖6-5所示。2021/10/10星期日116.2.1測(cè)量電橋圖6.5直流電橋的連接方式a)單臂電橋b)差動(dòng)電橋c)差動(dòng)全橋2021/10/10星期日126.2.1測(cè)量電橋單臂電橋：如圖6.5a所示，當(dāng)時(shí)，電橋輸出電壓：差動(dòng)半橋：如圖6.5b所示，當(dāng)、且，電橋輸出電壓：差動(dòng)全橋：如圖6.5c所示當(dāng)、、、，且，電橋輸出電壓： 定義電橋的靈敏度為電橋的輸出電壓與電橋一個(gè)橋臂的電阻變化率之比值，即(6-18)(6-19)(6-20)(6-21)2021/10/10星期日13圖6.7電橋連接方式圖6.6用補(bǔ)償塊實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償a)試件b)補(bǔ)償塊6.2.1測(cè)量電橋（4）電橋的加減特性與應(yīng)用

例6-1橋路溫度補(bǔ)償。圖6.6采用兩片相同的應(yīng)變片和

。貼在試件的測(cè)點(diǎn)上和補(bǔ)償塊上。和處于相同溫度場(chǎng)中，并按圖6.7接入電橋的相鄰臂上。當(dāng)試件受力且環(huán)境溫度變化時(shí)，應(yīng)變片的電阻變化率：

2021/10/10星期日146.2.1測(cè)量電橋 應(yīng)變片(為溫度補(bǔ)償片)只有受溫度變化引起的電阻變化率因?yàn)?由式(6-17)可知

結(jié)果消除了溫度的影響，減少了測(cè)量誤差。這種橋路補(bǔ)償法在常溫測(cè)量中經(jīng)常采用。2021/10/10星期日15例6-2利用加減特性提高半橋測(cè)量的靈敏度。測(cè)量如圖6.8所示的純彎試件時(shí)，應(yīng)變片和分別貼于試件上下兩表面，并按圖6.7所示電橋接線(xiàn)。彎矩作用下：

和由溫度引起的電阻變化率相同由式(6-17)可得圖6.8半橋測(cè)量6.2.1測(cè)量電橋2021/10/10星期日166.2.1測(cè)量電橋例6-3圖6.9a對(duì)例6-2改進(jìn)，應(yīng)變片和貼在上表面，和貼在對(duì)稱(chēng)于中性層的下表面，并按圖6.9b組成全等臂電橋。 試件受彎矩作用并考慮環(huán)境溫度變化，則各橋臂的電阻變化率代入式(6-17)得不僅實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，而且電橋的輸出為單臂電橋測(cè)量時(shí)的4倍，大大提高了測(cè)量的靈敏度。圖6.9全橋測(cè)量a)應(yīng)變片粘貼位置b)電橋連接方式2021/10/10星期日176.2.1測(cè)量電橋2.交流電橋交流電橋電路如圖6.10所示，其激勵(lì)電壓采用交流方式。橋臂的阻抗、電流和電壓都用復(fù)數(shù)表示，則交流電橋平衡時(shí)必須滿(mǎn)足 復(fù)阻抗中包含有幅度及相位信息:

得:

則:

式(6-24)表明，交流電橋平衡必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：相對(duì)兩臂阻抗之模的乘積應(yīng)相等，并且它們的阻抗角之和也必須相等，前者稱(chēng)為交流電橋模的平衡條件，后者稱(chēng)為相位平衡條件。圖6.10交流電橋(6-22)(6-23)(6-24)2021/10/10星期日18圖6.11電容電橋6.2.1測(cè)量電橋圖6.11是一種常用電容電橋，、是電容介質(zhì)的等效電阻，由式(6-24)得電橋平衡條件為：

(6-25)(6-26)圖6-12是一種常用電感電橋，、為電感線(xiàn)圈的等效電阻，由式(6-24)可得平衡條件為：圖6.12電感電橋(6-27)(6-28)2021/10/10星期日196.2.1測(cè)量電橋圖6.13電阻交流電橋的分布電容對(duì)于純電阻交流電橋，即使各橋臂均為電阻，但由于導(dǎo)線(xiàn)間存在分布電容，相當(dāng)于每個(gè)橋臂上都并聯(lián)了一個(gè)電容（如圖6.13），因此，除了電阻平衡外，還須考慮電容平衡。

圖6.14是一種用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀中的具有電阻和電容預(yù)調(diào)平衡的純電阻電橋。圖6.14具有電阻電容平衡的交流電阻電橋2021/10/10星期日206.2.1測(cè)量電橋3.感應(yīng)耦合臂電橋 帶感應(yīng)耦合臂的電橋是將感應(yīng)耦合的兩個(gè)繞組作為橋臂而組成電橋，一般有圖6-15中a、b兩種形式。

圖6.15帶感應(yīng)耦合臂的電橋a)變壓器電橋b)差動(dòng)變壓器式電橋2021/10/10星期日216.2.2檢測(cè)信號(hào)的放大與變換6.2.2檢測(cè)信號(hào)的放大與變換比例放大器

反相比例放大器電路如圖6.16a所示。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概念，反相放大器的放大倍數(shù)為 當(dāng)為反相跟隨器。

反相比例放大器存在的問(wèn)題是輸入電阻較低，，通常只有幾千歐。采用圖6.16b的電路，即同相比例放大器，可以得到較高的輸入電阻。其放大倍數(shù)為圖6.16運(yùn)算放大器a)反相比例放大器b)同相比例放大器(6-29)(6-30)2021/10/10星期日226.2.2檢測(cè)信號(hào)的放大與變換儀表放大器

儀表放大器，又稱(chēng)測(cè)量放大器，則是專(zhuān)對(duì)于輸出阻抗大、共模電壓高的輸入信號(hào)而設(shè)計(jì)的高輸入阻抗和共模抑制比的差動(dòng)放大器。 典型的三運(yùn)放儀表放大器電路如圖6.17所示。

圖6.17典型的三運(yùn)放儀表放大器電路2021/10/10星期日23根據(jù)運(yùn)算放大器的特點(diǎn)和基本分析方法，在圖6.17中，有若、、則是用于調(diào)節(jié)放大器放大倍數(shù)的外接電阻。6.2.2檢測(cè)信號(hào)的放大與變換(6-31)(6-32)(6-33)(6-34)2021/10/10星期日246.2.2檢測(cè)信號(hào)的放大與變換電壓／電流變換器

1.0～10mA電壓/電流變換電路 電壓/電流變換電路的作用是將電壓信號(hào)變換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)。變換電路如圖6.18所示。 若運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益和輸入阻抗足夠大，則會(huì)有 因此輸出電流Ic與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)。圖6.180～10mA電壓/電流轉(zhuǎn)換電路

(6-35)2021/10/10星期日25圖6.194mA～20mA電壓/電流變換電路特性

圖6.204mA～20mA電壓/電流變換電路

6.2.2檢測(cè)信號(hào)的放大與變換4mA～20mA電壓/電流變換電路

2021/10/10星期日266.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)

調(diào)制是指利用被測(cè)緩變信號(hào)來(lái)控制或改變高頻振蕩波的某個(gè)參數(shù)（幅值、頻率或相位），使其按被測(cè)信號(hào)的規(guī)律變化，以利于信號(hào)的放大與傳輸。若控制量是高頻振蕩波的幅值，則稱(chēng)為調(diào)幅（AM）；若控制量是高頻振蕩波的頻率或相位，則稱(chēng)為調(diào)頻（FM）或調(diào)相（PM）。 一般把控制高頻振蕩波的緩變信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制波；載送緩變信號(hào)的高頻振蕩波稱(chēng)為載波；經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻振蕩波稱(chēng)為已調(diào)波，根據(jù)調(diào)制原理不同，分別稱(chēng)為調(diào)幅波、調(diào)頻波，如圖6.21所示。

解調(diào)則是對(duì)已調(diào)波進(jìn)行鑒別以恢復(fù)緩變的測(cè)量信號(hào)（調(diào)制波）。

圖6.21載波、調(diào)制波及已調(diào)波

6.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)2021/10/10星期日276.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅及其解調(diào)原理

從調(diào)幅原理(圖6.22)看，載波頻率必須高于原信號(hào)中的最高頻率才能使已調(diào)波仍保持原信號(hào)的頻譜，不致混疊。欲減小放大電路可能引起的失真，信號(hào)的頻寬（）相對(duì)中心頻率（載波頻率）應(yīng)越小越好。工程應(yīng)用中，載波頻率至少應(yīng)數(shù)倍甚至數(shù)十倍于被測(cè)信號(hào)的最高頻率。但是載波頻率的提高也受到放大電路截止頻率的限制。圖6.22調(diào)幅過(guò)程a)時(shí)域b)頻域2021/10/10星期日286.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的解調(diào)如圖6.23所示，將調(diào)制波再次與原載波信號(hào)相乘，用低通濾波器濾去高頻成分，就可以復(fù)現(xiàn)原信號(hào)的頻譜。從時(shí)域看：圖6.23同步解調(diào)(6-39)2021/10/10星期日296.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)(2)包絡(luò)檢波

包絡(luò)檢波在時(shí)域內(nèi)的流程如圖6.24所示。若把調(diào)制信號(hào)進(jìn)行偏置，疊加一直流分量，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓，然后再與高頻載波相乘得到調(diào)幅波，其包絡(luò)線(xiàn)具有調(diào)制波的形狀。調(diào)幅波經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波（整流、濾波）就可以恢復(fù)偏置后的信號(hào)，最后再將所加直流分量去掉，就可以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。圖6.24包絡(luò)檢波解調(diào)2021/10/10星期日306.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)(3)相敏檢波 相敏檢波是為了從調(diào)制后的電信號(hào)中辨識(shí)原信號(hào)的極性變化。

相敏檢波常用的有半波相敏檢波和全波相敏檢波。圖6.25所示為一開(kāi)關(guān)式全波相敏檢波電路。圖6.25全撥開(kāi)關(guān)式相敏檢波a)電路圖b)波形圖2021/10/10星期日316.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 圖6.26為動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，是電橋調(diào)幅與相敏檢波的典型實(shí)例。圖6.26動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖2021/10/10星期日326.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻及其解調(diào) 定義：調(diào)頻是利用信號(hào)電壓的幅值控制一個(gè)振蕩器的振蕩頻率，而輸出是等幅波。 調(diào)頻常用的方案是基于壓控振蕩器（VCO）原理。圖6.27是一種簡(jiǎn)單的壓控振蕩器原理圖。

圖6.27采用乘法器的壓控振蕩器2021/10/10星期日336.2.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 圖6.28為另一種簡(jiǎn)單的鑒頻電路，即變壓器耦合的諧振回路鑒頻，把頻率變化轉(zhuǎn)換為電壓幅值的變化。該變換通常分兩步完成：第一步先將等幅的調(diào)頻波轉(zhuǎn)換為幅值隨頻率變化的調(diào)頻調(diào)幅波；第二步檢測(cè)幅值的變化，得到原調(diào)制信號(hào)。

圖6.28利用諧振振幅進(jìn)行鑒頻a)鑒頻器b)頻率電壓特性曲線(xiàn)2021/10/10星期日346.2.4信號(hào)的濾波6.2.4信號(hào)的濾波1.概述一般將濾波器分4類(lèi)，即低通、高通、帶通和帶阻濾波器。圖6.29為4種濾波器的幅頻特性。是通帶截止頻率。

圖6.29四類(lèi)濾波器的幅頻特性a)低通濾波器b)高通濾波器c)帶通濾波器d)帶阻濾波器2021/10/10星期日356.2.4信號(hào)的濾波

2.理想濾波器 圖6.30為理想低通濾波器的幅頻及相頻特性曲線(xiàn)，其頻率特性為 理想低通濾波器的相頻特性的直線(xiàn)斜率。無(wú)相位滯后，，則

若 如圖6.30b所示平移了。圖6.30理想低通濾波器a)理想低通濾波器的幅、相頻特性b)理想低通濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)(6-46)(6-47)(6-48)2021/10/10星期日366.2.4信號(hào)的濾波若濾波器的輸入為單位階躍信號(hào)則濾波器的輸出是脈沖響應(yīng)函數(shù)和輸入的卷積，即曲線(xiàn)如圖6.31所示。(6-49)(6-50)圖6.31理想低通濾波器對(duì)單位階躍的響應(yīng)a)無(wú)相移滯后b)有相角滯后2021/10/10星期日376.2.4信號(hào)的濾波3.實(shí)際濾波器實(shí)際濾波的基本參數(shù) 圖6.32表示理想帶通（虛線(xiàn)）與實(shí)際帶通（粗實(shí)線(xiàn)）濾波器的幅頻特性。 1)波紋幅度：實(shí)際濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性不像理想濾波器那樣平直，可能呈波紋變化，其波動(dòng)的幅度稱(chēng)為波紋幅度。一般要求：

圖6.32理想帶通與實(shí)際帶通濾波器的幅頻特性(6-53)2)截止頻率：為保證通帶內(nèi)的信號(hào)幅值不會(huì)產(chǎn)生較明顯的衰減，一般規(guī)定幅頻特性值等于時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率、稱(chēng)為濾波器的上、下截止頻率。基幅值衰減量不會(huì)超過(guò)-3dB。2021/10/10星期日386.2.4信號(hào)的濾波

3)帶寬和品質(zhì)因數(shù)：上下截止頻率之間的頻率范圍稱(chēng)為濾波器帶寬，或-3dB帶寬，單位為Hz。帶寬決定著濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力——頻率分辨力。 濾波器的品質(zhì)因數(shù)是中心頻率和帶寬的比值。中心頻率的定義是上下截止頻率的幾何平均值，即

品質(zhì)因數(shù)也用來(lái)衡量濾波器分離相鄰頻率成分的能力。值越大，濾波器的分辨力越高。(6-54)(6-55)2021/10/10星期日396.2.4信號(hào)的濾波4)倍頻程選擇性：所謂倍頻程選擇性，是指在上截止頻率與之間，或者在下截止頻率與之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一倍頻程的衰減量，以dB表示，即(6-56)(6-57)倍頻程選擇性倍頻程選擇性或5)濾波器因數(shù)(或矩形系數(shù))：濾波器選擇性的另一種表示方法是用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬與-3dB帶寬的比值，即理想濾波器，常用濾波器的。(6-58)2021/10/10星期日406.2.4信號(hào)的濾波(2)RC濾波器：在測(cè)試系統(tǒng)中，常用濾波器。其電路簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻特性。根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)，可分為無(wú)源濾波器和有源濾波器兩類(lèi)。1)RC無(wú)源濾波器

一階RC低通濾波器：低通濾波器的典型電路及其幅頻、相頻特性如圖6.33所示，這是一個(gè)典型的一階系統(tǒng)。輸入和輸出電壓分別為和，電路時(shí)間常數(shù)。其頻率特性和幅頻特性分別為圖6.33一階低通濾波器及其幅頻、相頻特性(6-59)(6-60)2021/10/10星期日416.2.4信號(hào)的濾波分析系統(tǒng)可知：，則當(dāng)，則即當(dāng)，則(6-61)(6-62)b.一階RC高通濾波器：高通濾波器的典型電路及其幅頻、相頻特性如圖6.34所示。(6-63)(6-64)圖6.34一階高通濾波器及其幅頻、相頻特性當(dāng)2021/10/10星期日426.2.4信號(hào)的濾波由圖6.34可見(jiàn)：2)RC有源濾波器：把無(wú)源濾波器串聯(lián)，也可以提高階次，但受級(jí)間耦合的影響，效果是互相削弱的，且信號(hào)的幅值也逐級(jí)減弱。為了克服這些缺點(diǎn)，常采用有源濾波器。，則幅頻特性接近于1，相移處于零。當(dāng)，則，即濾波器的-3dB截止頻率為，則RC高通濾波器的輸出與輸入的微分成正比，起著微分器的作用。(6-65)當(dāng)當(dāng)2021/10/10星期日436.2.4信號(hào)的濾波RC有源低通濾波器：圖6.35a是將簡(jiǎn)單一階低通濾波網(wǎng)絡(luò)接到運(yùn)算放大器的輸入端，運(yùn)算放大器起隔離負(fù)載影響、提高增益和提高帶負(fù)載能力的作用。其截止頻率，放大倍數(shù)。圖6.35b則把高通網(wǎng)絡(luò)作為運(yùn)算放大器的負(fù)反饋，獲得低通濾波器，其截止頻率為，直流放大倍數(shù)。圖6.35一階有源低通濾波器a)濾波網(wǎng)絡(luò)接至放大器的輸入端b)濾波網(wǎng)絡(luò)作負(fù)反饋

圖6.36是二階低通濾波器。圖6.36b由于有多路負(fù)反饋，比圖6.36a濾波器的特性更好。圖6.36二階有源低通濾波器a)兩個(gè)一階低通的簡(jiǎn)單組合b)采用多路負(fù)反饋2021/10/10星期日44RC有源帶通濾波器：圖6.37a的帶通濾波器中的運(yùn)算放大器只起級(jí)間隔離和提高帶負(fù)載能力的作用。這種濾波器的值很低。圖6.37b是常用的多路負(fù)反饋二階帶通濾波器。適當(dāng)調(diào)整電路中元件的參數(shù)，可獲得較大的值。

6.2.4信號(hào)的濾波圖6.37有源帶通濾波器a)低、高通網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單組合b)采用多路負(fù)反饋(3)恒帶寬濾波器：在所有頻段都具有同樣良好的頻率分辨力。圖6.38中濾波器的特性都畫(huà)成理想的，且可見(jiàn)由于恒帶寬濾波器的帶寬為一定值，因此在高頻段的頻率分辨力可以達(dá)到很高。圖6.38理想恒帶寬比和恒帶寬濾波器的特性對(duì)照a)低、高通網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單組合b)采用多路負(fù)反饋2021/10/10星期日456.2.4信號(hào)的濾波(4)數(shù)字濾波器： 數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有精度高（與系統(tǒng)的字長(zhǎng)有關(guān)）、穩(wěn)定性好（僅有0、1兩種電平狀態(tài)）、靈活性強(qiáng)和可預(yù)見(jiàn)性、不要求阻抗匹配以及可實(shí)現(xiàn)模擬濾波器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊濾波功能等優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)字濾波器總體上可分為兩大類(lèi)：

1)經(jīng)典濾波器，即一般的濾波器，特點(diǎn)是如果輸入信號(hào)中有用的頻率成分和希望濾除的頻率成分各占不同的頻帶，則通過(guò)一個(gè)選頻合適的濾波器即可達(dá)到濾波目的。 2)現(xiàn)代濾波器，當(dāng)噪聲與有用信號(hào)的頻帶重疊時(shí)，使用經(jīng)典濾波器不可能達(dá)到有效抑制噪聲的目的時(shí)采用的，如維納濾波器、卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器等。這些濾波器從傳統(tǒng)的概念出發(fā)，對(duì)要提取的有用信號(hào)從時(shí)域上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在統(tǒng)計(jì)指標(biāo)最優(yōu)的意義下，估計(jì)出最優(yōu)逼近的有用信號(hào)，衰減噪聲。

2021/10/10星期日466.3抗干擾技術(shù)6.3.1干擾類(lèi)型1.機(jī)械干擾是由于機(jī)械的振動(dòng)或沖擊，使傳感器系統(tǒng)的敏感和轉(zhuǎn)換元件發(fā)生振動(dòng)、變形，使連接導(dǎo)線(xiàn)發(fā)生位移等，這些都將影響傳感器電路的正常工作。2.熱干擾設(shè)備和元器件在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量所引起的溫度波動(dòng)以及環(huán)境溫度變化等會(huì)引起傳感器電路的元器件參數(shù)發(fā)生變化，從而影響傳感器電路的正常工作。3.光干擾半導(dǎo)體元器件在光線(xiàn)的作用下會(huì)激發(fā)出電子—空穴對(duì)，使半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生電勢(shì)或引起電阻值的變化，從而影響傳感器電路的正常工作。4.溫度的干擾環(huán)境濕度的增大會(huì)使絕緣電阻下降、漏電流增加，這樣電路的參數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，從而影響了傳感器電路的正常工作。5.塵埃干擾環(huán)境灰塵的加重，也會(huì)造成漏電流增加，電路的參數(shù)發(fā)生改變，同樣影響傳感器電路的正常工作。2021/10/10星期日476.3.1干擾類(lèi)型6.化學(xué)干擾化學(xué)物品中的酸、堿及腐蝕性氣體等通過(guò)腐蝕作用損壞元器件，造成傳感器電路不能正常工作。7.射線(xiàn)輻射干擾射線(xiàn)會(huì)使氣體電離、半導(dǎo)體激發(fā)出電子——空穴時(shí)，金屬逸出電子等，從而使傳感器系統(tǒng)的正常工作受到影響。8.電和磁的干擾電和磁可以通過(guò)路和場(chǎng)兩個(gè)路徑對(duì)傳感器系統(tǒng)形成干擾，這種干擾是最普遍和嚴(yán)重的干擾。

電磁干擾的具體分類(lèi)如下：從噪聲產(chǎn)生的來(lái)源分類(lèi)1)固有噪聲源人為噪聲源自然噪聲源和放電噪聲2021/10/10星期日486.3.1干擾類(lèi)型從干擾的表現(xiàn)形式分類(lèi) 1)規(guī)則干擾

2)不規(guī)則干擾3)隨機(jī)干擾從干擾出現(xiàn)的區(qū)域分類(lèi)內(nèi)部干擾外部干擾從干擾對(duì)電路作用的形式分類(lèi)差模干擾共模干擾2021/10/10星期日496.3.2抑制干擾的基本方法6.3.2抑制干擾的基本方法屏蔽技術(shù)人們將防止靜電的或電磁的相互感應(yīng)所采用的各項(xiàng)的措施稱(chēng)為“屏蔽”。屏蔽的目的為了割斷“場(chǎng)”的耦合，也就是說(shuō)，屏蔽主要是抑止各種場(chǎng)的干擾。

屏蔽分類(lèi)：靜電屏蔽電磁屏蔽 低頻磁屏蔽驅(qū)動(dòng)屏蔽 如圖6.39所示驅(qū)動(dòng)屏蔽就是用 被屏蔽導(dǎo)體的電位，通過(guò)電壓 跟隨器來(lái)驅(qū)動(dòng)屏蔽層導(dǎo)體的電 位，其原理。

圖6.39驅(qū)動(dòng)屏蔽2021/10/10星期日506.3.2抑制干擾的基本方法接地技術(shù) 接地將電網(wǎng)的零線(xiàn)和各種電器設(shè)備的外殼通過(guò)接地導(dǎo)線(xiàn)與大地相連，使之與地等電位，以保證人身和設(shè)備的安全。保護(hù)接地線(xiàn)信號(hào)接地線(xiàn)可分為：1)模擬信號(hào)地，是模擬信號(hào)的零信號(hào)電位公共線(xiàn)；2)數(shù)字信號(hào)地，是數(shù)字信號(hào)的零電平的公共線(xiàn)。為了避免這兩類(lèi)的信號(hào)地之間的相互干擾，二者一定分開(kāi)設(shè)置。信號(hào)源地線(xiàn)負(fù)載地線(xiàn)2021/10/10星期日516.3.2抑制干擾的基本方法浮置

屏蔽接地的目的不讓干擾電流經(jīng)信號(hào)線(xiàn)，而是讓干擾電流流經(jīng)屏蔽層到大地。浮置與屏蔽接地的作用相反，加大了系統(tǒng)的信號(hào)放大器公共線(xiàn)與大地（或外殼）之間的阻抗，因此浮置能大大減小共模干擾電流。如圖6.40所示為浮置的橋式傳感器測(cè)量系統(tǒng)。圖6.40浮置的橋式傳感器測(cè)量系統(tǒng)2021/10/10星期日526.3.2抑制干擾的基本方法濾波器濾波器是抑止噪聲干擾的最有效的手段之一，特別是對(duì)抑制導(dǎo)線(xiàn)傳導(dǎo)線(xiàn)傳導(dǎo)耦合到電路中的噪聲干擾，它是一種被廣泛采用的技術(shù)手段。(1)交流電流進(jìn)線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)濾波器 圖6.41對(duì)抑止中波段的高頻噪聲干擾很有效。

圖6.41高頻干擾電壓對(duì)稱(chēng)濾波器a)線(xiàn)間電壓濾波器b)線(xiàn)間電壓和對(duì)地電壓濾波器c)簡(jiǎn)化的線(xiàn)間電壓和對(duì)地電壓濾波器2021/10/10星期日536.3.2抑制干擾的基本方法圖6.42對(duì)抑止因電源波形失真而含有較多高頻諧波的干擾很有效的。

(2)直流電源輸出的濾波器，如圖6.43所示。(3)去耦濾波器 為了避免通過(guò)電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間互相干擾，如圖6.44所示。

圖6.42低頻干擾電壓濾波器圖6.43高、低頻干擾電壓濾波器圖6.44電源去耦濾波器2021/10/10星期日546.3.2抑制干擾的基本方法光電耦合 光電耦合器對(duì)切斷地環(huán)路電流干擾是十分有效的。其原理如圖6.45所示。圖6.45用于斷開(kāi)地環(huán)路的光電耦合器2021/10/10星期日55圖6.46虛擬儀器(VI)的構(gòu)造金字塔

6.4傳感檢測(cè)新技術(shù)6.4.1虛擬儀器技術(shù) 定義：虛擬儀器