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信号的调理与显示记录PPT课件

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第三章测试信号调理电路PPT课件

第三章测试信号调理电路PPT课件
图4-5 相敏检波解调工作原理
(a)相敏检波器 (b)，(c)ui 、ux 的极性相同 (d)，(e) ui 、ux 的极性相反
+ U+
的为反相输入端(输出电压的
相位与该输入电压的相位相反)
当集成运放工作在线性放大区时的条件是：
(1) U U (2) I I 0
注：(1)即:同相输入端与反相输入端的电位 相等，但不是短路。我们把满足这个条件称为 "虚短"
(2)即:理想运放的输入电阻为∞,因此集 成运放输入端不取电流。
第五章 信号调理,处理与记录
被测量经传感器转换为电量后，最终要送到 处理或显示设备以便输出测试结果。然而有些传 感器输出的电量可能过于微弱，且变化缓慢不易 传输及无法驱动处理和显示设备；有些传感器输 出的电量特别容易受到外界的干扰，为了能有效 的解决这这些问题，需对传感器输出的信号进行 技术处理即调理，以及将被测量不失真地传给处 理器或显示设备。
将式(4-2)代入(4-1)得：
F[x(t)z(t)] 0.5X ( f ) ( f f0 ) 0.5X ( f ) ( f f0 )
(4-3)
图4-2是式(4-3)的图形表示，调制信号x(t)与载波z(t)的乘积在频域上相
当于将x(t)在原点处的频谱图形移至载波频率处，但幅值减小了一半。调幅
第一节 电桥
电桥电路的作用就是 将传感器转换元件输 出的电参量的变化转 换成电压量的变化
直流电桥
交流电桥
B
A
R4
D
C RL
R3
E
1.直流电桥的平衡条件及测量连接方式
若在输出端B,D两点之间的负载为无穷大，即接 入的仪表或放大器的输入阻抗较大时。可以视为 开路，这时有电桥的电流为：

【学习】第五章信号调理电路

【学习】第五章信号调理电路

一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
整理课件
33
整理课件
34
§2 调频与解调
（1）调频
调频（频率调制）是利用信号电 压的幅值控制一个振荡器，振荡 器输出的是等幅波，但其振荡频 率偏移量和信号电压成正比。
当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率（载波频 率）；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调 频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。
-fm
fm
－f0
f0
时域分析
频域分析
由脉冲函数的卷积性质知：一个函数与单位脉冲函数卷积的结
果，就是将其以坐标原点为中心的频谱平移到该脉冲函数处。
即调制后的结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至
载波频率 f 0 处，幅值减半。
整理课件
24
从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原 信号中的最高频率 f m 才能使已调波仍 保持原信号的频谱图形，不致重叠。
整理课件
27
g(t)1 2x(t)1 2x(t)co4sf0t
据傅里叶变换性质可得：
G (f) 1 2X (f) 1 4X (f 2 f0 ) 1 4X (f 2 f0 )
若用一个低通滤波器滤去中心
频率为 2 f 0 的高频成分，那
么将可以复现原信号的频谱 （幅值减小为一半），若用放 大处理来补偿幅值减小，可得 到原调制信号。

信号处理精品PPT课件

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第11章 信号处理
11.1 波形调理
波形调理主要用于对信号进行数字滤波和加窗处理。波形调理VI节点位于 “函数选板”→“信号处理”→“波形调理”子选板中，
波形调理子选板
11.1.1 数字FIR滤波器
数字FIR滤波器可以对单波形和多波形进行滤波。如果对多波形进行滤波， 则VI将对每一个波形进行相同的滤波。信号输入端和FIR滤波器规范输入端 的数据类型决定了使用哪一个VI多态实例。
Express VI用于通过滤波器和窗对信号进行处理。在“函数选板 ”→“Express”→“信号分析”子选板中也包含该VI。
滤波器
配置滤波器窗口
11.1.5 课堂练习——对正弦信号进行仿真滤波
演示滤波器Express VI的使用。
前面板
滤波器的配置
程序框图
11.2 波形测量
使用波形测量选板中的VI进行最基本的时域和频域测量，例如直流，平均值， 单频频率/幅值/相位测量，谐波失真测量、信噪比及FFT测量等。波形测量VI在 “函数选板”→“信号处理”→“波形测量”子选板中
幅值和电平测量Express VI
配置幅值和电平测量
11.3 信号处理
使用信号运算选板中的VI进行信号的运算处理。信号运算VI在“函数选 板”→“信号处理”→“信号运算”子选板中。
信号运算选板上的VI节点的端口定义都比较简单，因此使用方法也比较简 单，下面只对该选板中包含的两个Express VI 进行介绍。
11.5 滤波器
使用滤波器VI进行IIR、FIR和非线性滤波。滤 波器选板上的VI可以返回一个通用LabVIEW错误 代码或一个特定的信号处理代码。滤波器VI在“ 函数选板”→“信号处理”→“滤波器”子选板 中。
11.6 谱分析

传感器与信号调理电路完整 ppt课件

传感器与信号调理电路完整 ppt课件
连续增大ui的幅值，记录出现饱 和现象时输入、输出信号的峰峰 值。
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
03.09.2020
西安交通大学工程训练中心
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传感器与信号调理电路完整
03.09.2020
西安交通大学工程训练中心
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+-0.3
Vi
线性放大区
V+
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
V oA V i A (V +-V -)
反向截止
E“放大”的含义
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
03.09.2020
西安交通大学工程训练中心
10
传感器与信号调理电路完整
6

chapter4 信号调理和记录new

chapter4 信号调理和记录new

Z1 Z 3 Z 2 Z 4
把各阻抗代入平衡条件式，得：
Z 01 Z 03 e
j ( 1 3 )
Z 02 Z 04 e
j ( 2 4 )
若此式成立，必须同时满足下列两等式：
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Z 01 Z 03 Z 02 Z 04 1 3 2 4
一、 直流电桥
a
●平衡条件
R1
R1R3 R2 R4
b
R4 E
d
V
R3
c
R2
R1 R3 R2 R4 V E ( R1 R2 )(R3 R4 )
不平衡条件
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如果电桥的4个电阻中任一个或者多个 电阻阻值发生变化，将打破平衡条件，使得 输出电压发生变化。 测量电桥正是利用这一特点。
相对臂阻抗模之积相等 相对臂阻抗角之和相等
为满足上述条件，交流电桥各臂可有不同的组合。常用 的电容、电感电桥，其相邻两臂接入电阻
（例如 Z R , Z R
02 2 03
3
2 3 0
）
而另外两个桥臂接入相同性质的阻抗，例如都是电容或 者都是电感，保持 1 4 。
兰州理工大学机电工程学院
兰州理工大学机电工程学院
第四章 信号的调理与记录
本章学习要求：
1.电桥原理与应用 2.信号调制解调原理
3.信号滤波器工作原理
4.模拟信号放大电路原理 5.信号的记录
兰州理工大学机电工程学院
概述
第一节、电桥 第二节、调制与解调
第三节、滤波器
第四节、信号放大
第五节、测试信号的显示与记录
兰州理工大学机电工程学院

第5章信号调理电路PPT课件

第5章信号调理电路PPT课件

2020/11/7
18
5.2.5 程控增益放大电路
是通过数字逻辑电路或计算机编程来改变增益的方法，也称为 可编程增益放大电路，简称PGA 结构形式多种多样，分为单运放、多运放、仪表放大器和单片 集成程控增益放大电路 多路模拟开关
2020/11/7
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A2A1A0为地址选择端，COM为公共端， GND为接地端，当A2A1A0 ＝000时，开关 S0闭合，通道I0与公共端COM接通，其他 开关断开；当 A2A1A0 ＝001时，开关S1闭 合，通道I1与公共端COM接通，其他开关 断开；…，依此类推。当禁止端EN=0时， 通道I0～I7均不通。
• 测量精度高，其精度取决于电位器的精度。
• 输出与供桥电源电压无关，可避免由于电源
电压的不稳定而带来的干扰。
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5.1.3 交流电桥
交流电桥平衡条件：
即： 幅值平衡
相角平衡
平衡条件 (R3j 1C3)R2(R4j1C4)R1
即 R3R2 R4R1
R2 R1 C3 C4
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信号调理电路
Signal Conditioning Circuit
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1
信号调理电路
电桥 信号的放大电路 信号的转换电路 滤波电路 调制与解调
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2
5.1 电 桥
测量电桥有以下几个特点： (1)能把电阻、电容、电感等电抗参数的变化，变换成 电压或电流的变化，便于信号的放大和处理。 (2)能测量出微弱的阻抗变化量。 (3)可以通过采用对称差动式传感器结构组成差动半桥 或全桥来实现非线性误差的补偿，并提高电桥输出的 灵敏度。

测试技术第4章


U ad I 2 R4
输出电压：
R1 R1 R3 R2 R4 R4 U y U ab U ad U U R R 0 R R 0 ( R R )(R R ) U 0 2 3 4 1 2 3 4 1
直流电桥

直流电桥的平衡条件： R1 R3 R2 R4 常用的电桥连接形式：
t 0 kx t
此时调频信号可表示 x f (t ) A cos 0t k x(t )dt 0
图4-10
调制信号加偏置的调幅波 b）偏置电压不够大
a）偏置电压足够大
相敏检波
为了使信号具有判别信号相位和选频的能力， 需采用相敏检波电路。 要实现正确的解调必须要求参考信号的幅值 远大于调幅信号的幅值，使开关器件的通断 完全由参考信号决定。其中x(t)为原信号； y(t)为载波，xm(t)为调幅波。电路设计使变 压器B二次边的输出电压大于A二次边的输出 电压，即满足参考信号的幅值大于调幅信号 的幅值。



当被控制的量为高频振荡信号的频率时，称为调频(FM)； 已调制信号为调频波； 当被控制的量为高频振荡信号的相位时，称为调相(PM)； 已调制信号为调相波； 调制与解调的应用： 应用分析：传感器输出的低频微弱信号需要放大。直流放 大，存在零漂和级间耦合，容易失真；交流放大，抗零漂， 故一般先将低频信号调制为高频信号，再交流放大，最后 解调。
2、整流检波和相敏检波 调幅波解调（检波）： 从已调制信号中检出调制信号的过程。 有三种方法：同步解调、包络检波、相敏检波。 同步解调：已调制信号Xm(t)与载波y(t)再次相乘， 经低通滤波器，检出调制信号。 整流检波（包络检波）： 幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值 变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一 致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。 这种方法称为整流检波或包络检波。

第二章_信号分析与处理基础 共101页PPT资料


如下周期方波的时域描述：
x(t)
A
x ( t ) x ( t nT 0 )


x
(t)


A

A
0 t T0 2
T0 t 0
T0


2
应用傅里叶级数展开：
x (t) 4 A (s0 it n 1 3 s3 in 0 t 1 5 s5 in 0 t ...)式中：
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傅立叶级数的三角函数形式还可以改写成：

xta0 (anco n0 stb nsin n0t) n 1

x(t) a0 An cos(n0t n ) n1
周期信号是由一个或几个、乃至无穷多 个不同频率的谐波叠加而成的。式中第 一项a0为周期信号中的常值或直流分量， 从第二项依次向下分别称为信号的基波 或一次谐波、二次谐波、三次谐
3）从信号的能量上 --能量信号与功率信号。
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1） 确定性信号和随机信号 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。 不能用数学关系式描述的信号称为随机信号。
随机信号
6
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a) （确定性信号）周期信号：经一定时间间隔可重复出现的
信号 b)
x ( t ) = x ( t + nT0 ) (n =1，2，3….)
0

2 T0
将上式改写为：
x(t)4A( 1sint) n1n
式中：
n0
以 为独立变量，得到该周期方波的频域描述。
n1,3,5,...
13
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第五章信号调理电路及指示记录装置


2)交流电桥
当电桥的四个桥臂有电容或电感时，必须采用交流电桥，
供桥电源为交流电压。采用复数表示，交流电桥的平衡条
件为：
Z1Z3 Z 2 Z 4
用复数表示：
Z1 Z1e j1 Z2 Z2e j2 Z3 Z3e j3 Z4 Z4e j4
纯电阻时，电压与电流同相位；电感阻抗时，阻抗角大 于0，电压相位超前电流；电容阻抗时，阻抗角小于0，电 压相位滞后电流。
2. 频率调制与解调
调频就是用调制信号(缓变的被测信号)去控 制载波信号的频率，使其随调制信号的变化而 变化。
经过调频的被测信号寄存在频率中，不易衰 落，也不易混乱和失真，使得信号的抗干扰能 力得到很大的提高；
同时，调频信号还便于远距离传输和采用数 字技术。由于调频信号的这些优点使得调频和 解调技术在测试技术中得到了广泛应用。
③ 相敏检波解调
相敏检波解调方法能够使已调幅的信号在幅值和极性上
完整地恢复成原调制信号。
相敏滤波器输 出波形的包络线即 是所需要的信号, 应在输出端再接一 个适当频带的低通 滤波器，即可得到 与原信号波形一致， 但已经放大了的信 号，达到解调的目 的。
4) 幅值调制与解调的应用 工程技术上的典型应用：常用Y6D型动态应变仪。
1) 调频基本原理
调频就是利用信号电压的幅值控制一个振荡器产生的信号 频率。振荡器输出的是等幅波，其振荡频率变化值和信号电 压成正比。信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率； 信号电压为正值时，调频波的频率升高，负值时则降低。所 以调频波是随时间变化的疏密不等的等幅波。
x(t) X0 cos 2fmt
3)幅值调制的解调 从调幅波中将恢复原测量信号，常用的解调方法
有同步解调、整流检波解调和相敏检波解调。

4 测试信号调理电路与显示解析PPT课件

1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显 示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要 进行阻抗变换。
2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉 噪声，提高信噪比。
3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测 量信进行调制解调处理。
第一节 电桥
1）直流电桥 ●平衡条件
第四章 测试信号调理电路与显示记录
要点提示： 1.了解电桥与信号放大电路的作用与形式； 2.掌握调制与解调的概念、调幅与相敏检波原理。 3. 了解滤波器数学模型和技术参数，根据测量要求，会选 用滤波器类型和参数。 4. 掌握双踪示波器的工作原理，了解磁带记录仪。
概述
信号调理的目的：信号调理的目的是便于信号的传输与 处理。
Fc——载波的频率
当
时，调制信号可以变化为：
它包含哪三个分量？
调幅与解调
f0=250Hz,fN=25Hz
调幅与解调
f0=50Hz,fN=50Hz
调幅与解调
f0=30Hz,fN=50Hz
调幅与解调波形与频谱分析
设调制信号为x(t)，载波信号为z(t)= 已调信号为 两边作FT
时移特性 记作：
查傅立叶积分表：
滤波器 上述调制方法，将信号x(t)直接与载波z(t)相乘．这
种调幅波具有极性变化，解调时必须再乘与z(t)相位 x(t) 相同的z’(t) 方能复原出原信号，故称同步解调．
■ 包络检波
包络检波通过整流、滤波两个环节，将调幅波中 的包络线（与原信号波形一致）还原出来，即得到了 原信号的波形。
● 整流——将双边变化的调幅信号整理成单边变化 的调幅信号； ● 滤波——滤除单边变化调幅信号中的高频成分。
ey
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.
5
被测量经传感器之后的输出信号一般具有以下特点：
信号比较微弱； 为非电压信号； 携带噪声信号等。
因此，还需进一步调理、放大、滤波等加工处理。
本章主要讨论信号调理和转换中的常用环节：
电桥； 调制与解调； 滤波；
.
6
第四章 信号调理
4.2 信号放大
1 目的
信号放大目的
幅度增加
(1)抗干扰; (2)阻抗匹配
R1=R2=R0,R3=R4=R0‘,又若R0=R0’,则
R
Uy
4R0
2RU0
若ΔR<<R0,则
U
y
R 4 R0
U0
.
17
（2）半桥双臂连接形式：工作时有两个桥臂电阻值随被测 量而变化，即： R1＋ΔR1， R2 ＋ΔR2，则由式（4-1） 可 证 明 ， 当 R1=R2=R0 ， ΔR1 ＝ － ΔR2 ＝ ΔR ， R3=R4=R0 ，则电桥输出
.
1
主要内容
4.1 信号调理的目的 4.2 信号放大 4.3 调制与解调 4.4 滤波 4.5 信号显示与记录
.
2
本章学习重点
测试信号调理的作用和意义； 电桥作用原理及其在信号调理中的
作用；
信号调制与解调的原理及其相关电
路；
基本类型的滤波器的工作原理、相
关电路及其应用；
.
3
4.1 信号调理的目的
传感器输出的电信号，大多数不能直接输送
到显示、记录或分析仪器中去。其主要原因是大 多数传感器输出的电信号很微弱，需要进一步放 大，有的还要进行阻抗变换；有些传感器输出的 是电参量，要转换为电能量；输出信号中混杂有 干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比；若测试 工作仅对部分频段的信号感兴趣，则有必要从输 出信号中分离出所需的频率成分；因此，传感器 的输出信号要经过适当的调理，使之与后续测试 环节相适应。常用的信号调理环节有：电桥、放 大器、滤波器、调制器与解调器等。
根据输出测量方式的不同： 不平衡电桥 平衡电桥
.
8
第四章 信号调理
一．直流电桥：
R1
R3
EVR4源自R2基本结构：电阻
R1,R2,R3,R4作为四个 桥臂，在a、c两端接入 直流电源ue，在b、d两
端输出电压uo。
工作原理：利用四个
桥臂中的一个或数个的 阻值变化而引起电桥输 出电压的变化 。
.
9
.
13
结论：
➢ 电桥输出电压和各桥臂电阻变化量的代数和成正比，所以电桥 输出电压可以反映被测量引起的电阻值的变化量。如果桥臂电 阻变化由电阻应变片阻值的变化产生，则电桥的输出电压和应 变成线性关系：
➢ 如果相邻桥臂的应变极性一致，即同时为 拉应变或压应变，则输出电压为两者之差； 若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电 压为两者之和。若相对两桥臂应变的极性 一致，输出电压为两者之和；反之为两者 之差——电桥和差特性(加减特性)。
讨论： 若电桥中任一个或数个电阻发生变化，电桥输出电压变
化。测量电桥就是基于上述原理工作。
.
11
2. 直流电桥的输出特性
考虑右图所示直流电桥
的输出特性，分析输出电 压和各桥臂应变之间的定 量关系。
UBD
UBA
UDA
U0R1 R1 R2
U0R4 R3 R4
R1
R1R3 R2
R2R4
R3 R4
U0
.
12
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。
1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能 直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需 要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。
2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰 噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。或者提取 感兴趣的频率成分。
.
4
3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
设电桥四臂阻值相等R1=R２=R３=R４=R，且增量分别为ΔR1、 ΔR３、ΔR２ 、ΔR４，则电桥的输出为：
U 0(2R R ( R R 1 1 R R 2 2 )( 2 R R 3 R 3 R 4) R 4) 当 Ri R 时可以得到：
组桥时，应变片的灵敏系数K必须一致，上式又可写成
1. 直流电桥平衡条件：
I1
u0 ; R1 R2
I2
u0 R3 R4
U ab
I1R1
R1 R1 R2
u0
U ad
I2R4
R4 R3 R4
u0
uy
U db
U ab
U
ad
( R1 R1 R2
R
3
R4
R
4
)u
0
(
R1
R1
R3 R2
)(
R2 R3
R4 R
4
)
u
0
.
10
平衡条件：对臂电阻乘积相等。即：R1R3=R2R4
.
19
定义电桥的灵敏度为 S Uo R R
则有：
单臂电桥灵敏度
Uo； 4
半桥灵敏度
Uo； 2
全桥灵敏度
U
。
o
结论：电桥接法不同，
灵敏度不同，
全桥接法可以获得最大
灵敏度。
.
20
.
21
4. 温度补偿问题
例2 半桥测量时进行温度补 偿——桥路补偿法
悬臂梁应变仪结构
.
15
3. 直流电桥的连接形式
半桥单臂 半桥双臂 全桥
uo
uo
uo
ue
ue
ue
.
16
（1）半桥单臂连接形式：工作时仅有一个桥臂电阻值随 被测量而变化，设该电阻为R1，变化量为ΔR，则由式 （4-1）可得：
UyR1R 1R 2 RRR3R 4R4U0
设相邻桥臂的阻值相等，亦即：
2 分类
直流放大器
时间域
频率域
幅度增大 低频保留,高频截止
放大器
交流放大器 电荷放大器
幅度增大 高频保留,低频截止 电荷增大
.
7
4.2.1 电 桥
定义：电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换为电压或电流 输出的一种测量电路。
特点：桥式电路简单可靠，精度和灵敏度很高，应用广泛。 分类：
根据其所采用的激励电源类型： 直流电桥 交流电桥
.
14
➢ 供桥电压越高，输出电压越大，所以提高供桥电压可以提高电 桥的灵敏度。但是当供桥电压增大时，通过应变片的电流也较 大，易引起蠕变和零漂。
➢ 增大电阻应变片的灵敏度可以提高电桥的输出电压。
和差特性应用实例： 悬臂梁作敏感元件测力：为提高灵敏度，常在梁的上， 下表面各贴一片应变片，并将上述两应变片接入电桥 的相邻两桥臂。
R U y 2R0 U 0
.
18
（3）全桥连接法：四个桥臂的阻值均随被测量而变化，即：
R 1 R 1 ,R 2 R 2 ,R 3 R 3 ,R 4 R 4
当R1=R2=R3=R4=R0,且ΔR1=－ΔR2=ΔR3=－ΔR4=ΔR， 输出为：
R U y R0 U 0
结论：电桥的输出电压与激励电压成正比，但比例系数 不同。