信号调理和记录

第四章 信号调理与记录电桥 调制与解调 滤波器 信号的放大 测试信号的显示与记录被测信号第四章 信号调理与记录信号 传感器 调理与处理 显示或控 制装置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。

12.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。

2第一节 电桥ΔR、ΔL、ΔC 电桥 U(u)或I(i) 指示仪表或放大器一、直流电桥U o = U ab − U ad• 电桥特点：电路简单， 高精确度和灵敏度。

•电桥分类： − 按激励电压的性质分 ⎧直流电桥 电桥 ⎨ ⎩交流电桥 − 按输出方式分 ⎧不平衡电桥 电桥 ⎨ ⎩平衡电桥3⎛ R1 R4 ⎞ U ab − U ad = R1 I 1 − R4 I 2 = ⎜ ⎜ R + R − R + R ⎟U e ⎟ 2 3 4 ⎠ ⎝ 1 R1 R3 − R2 R4 b = U ( R1 + R2 ) (R3 + R4 ) eR1R2 c Uo R3若使电桥平衡 (U o = 0) 则 R1 R3 = R2 R4a R4I1 I2 d Ue 直流电桥即电桥平衡条件： 相对桥臂电阻乘积相等4（1）单臂电桥接 法Uo =(R1 + R2 ) (R3 + R4 )bRR1 R3 − R2 R4Ue（2）半桥双臂连接Uo =(R1 + R2 ) (R3 + R4 )bRR -Δ R2R1 R3 − R2 R4Ue若R1 = R2 = R3 = R4 = R0Δ1+RRR2 I1 I2 c Uo R3 d Ue 半桥单臂51+Δ则(R + ∆R) ⋅ R0 − R02 U Uo = 0 (2R0 + ∆R) ⋅ 2R0 e=− ∆R Ue 4R0 + 2∆Ra R4a R4I1 I2c Uo R3 dUo =(R0 + ∆R)R0 − (R0 − ∆R)R0 U2R0 × 2R0Uo = ∴ ∆R Ue 2R0eUe半桥双臂6∆R Ue 又∆R << R0 , 所以 Uo ≈ − 4R01（3）全桥接法Uo =R1 R3 − R2 R4 U (R1 + R2 ) (R3 + R4 ) ebR Δ-Δ R21、不平衡直流电桥（1）单臂连接： （2）半桥双臂连接：c UoRUo ≈Uo =∆R Ue 4R0∆R Ue 2R0R1+RaI1 I2-Δ R43+Uo ==(R0 + ∆R) − (R0 − ∆R) (2 R0 )22Ue4 R0 ∆R Ue 2 4 R0d Ue全桥接法7RΔ2（3）全桥接法：Uo =∆R Ue R0R全桥接法灵敏度最大 不平衡电桥缺点：Ue不稳定,环境温度 变化使会使Uo变化，从而产生测量误差 8∴Uo =∆R Ue R02、平衡直流电桥(零位测量法)工作原理： • ∆R = 0(被测量为零）时， 电桥平衡 ⎧G = 0 ⎨ ⎩H = 0R1 R5 R4 R3 H R2 G二、交流电桥 • 交流电桥特点 特点：– 电桥四臂：R、L、C； – 电源：交流电压• 交流电桥平衡条件： Z 1 Z 3 = Z 2 Z 4 平衡条件：• ∆R ↑ ,电桥失衡 ⇒ 电位器 H b ， 电桥平衡 ⎧G = 0 ⎨ ⎩ H ∝ ∆R⎧ Z 1 Z 3 = Z 2 Z 4 (阻抗的模 ⎪ ⇒⎨ ⎪ϕ 1 + ϕ 3 = ϕ 2 + ϕ 4 (阻抗角 ) ⎩)特点：测量精度取决于 H 的精 确度，与 U e 无关。

第四章电桥信号的调理与记录调制与解调 滤波器 信号的放大 测试信号的显示与记录信号调节器一.信号调节器的功能 对传感器输出的原始信号或系统中某一 环节的输出信号进行再加工，以满足下一 环节输入要求的需要。

信号调理原理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。

信号调节器二. 信号调节器的种类1. 参量变换型：常用于参量型传感器，将电参量变换成电压和电流量。

被测量 参量型传感器 ΔR, ΔL, ΔC 电桥、谐振电路 ΔV, ΔI2. 阻抗变换、幅度调节被测量 发电型传感器 ΔU, ΔI 放大、衰减、阻抗匹配、变换 V, I3. 调制、解调被测量 传感器 调制 调制波 解调 放大、传送 输出信号调节器4. 品质调节：线性化处理—扩大测量范围，减少非线性失真； 滤 波—保持有用信号，消除干扰；倍频、细分—提高测量精度； 5. A/D、D/A转换：与计算机相联系。

4.1应变仪电桥的工作原理当传感器把被测量转换为电路或磁路参数的变化后，电桥可 以把这种参数变化转变为电桥输出电压的变化。

电桥按其电 源种类不同可以分为直流电桥和交流电桥。

直流电桥只能用 于测量电阻的变化，而交流电桥可以用于测量电阻、电感和 电容的变化。

当电桥输出端接入的仪表或放大器的输入阻抗足够大 时，可认为其负载阻抗为无穷大。

这时把电桥称为电压 桥； 当其输入阻抗与内电阻匹配时，满足最大功率传输条 件，这时电桥被称为功率桥或电流桥。

• 电阻传感器常用的测量电路为电桥电路. • 根据电源分为直流桥和交流桥. • 按输出信号分电压桥 和功率桥。

直流电桥的桥臂只能为电阻，如图 8.3-1直流电桥所示。

电阻R1、R2、 R3、R4作为四个桥臂，在A、C端 (称为输入端，电源端)接入直流电源 U0，在B、D端(称为输出端，测量端) 输出电压UBD。

第5章信号的调理与记录学习目标学习难点内容概述相关链接信号调理的目的：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。

模拟信号的变换与处理是直接对连续时间信号进行分析处理的过程，是利用一定的数学模型所组成的运算网络来实现的。

从广义讲，它包括了调制、滤波、放大、微积分、乘方、开方、除法运算等。

模拟信号分析的目的是便于信号的传输与处理，例如，信号调制后的放大与远距离传输；利用信号滤波实现剔除噪声与频率分析；对信号的运算估值，以获取特征参数等。

尽管数字信号分析技术已经获得了很大发展，但模拟信号分析仍然是不可少的，即使在数字信号分析系统中，也要加入模拟分析设备。

例如，对连续时间信号进行数字分析之前的抗频混滤波，信号处理以后的模拟显示记录等。

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；当采用数字式仪器、仪表和计算机时，模拟输出信号还要转换为数字信号等。

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。

尽管各类放大器的知识在有关电子电路课程中已有详细介绍，但由于信号放大是信号调理的最基本内容，因此在本章中仍对放大电路作一个简要的回顾。

本章主要介绍放大、滤波、调制与解调等常用模拟信号调理方法的基本知识。

5.1 电桥量转换为电路或磁路参数的变化后，如图5.1所示。