《机械工程测试技术》
第四章
信号调理、处理和记录
主讲：王建军
山东理工大学∙机械工
程学院∙测控系
机械工程测试技术基础
第四章信号的调理与记录本章学习要求：
1.掌握电桥的工作原理及特性#
2.掌握信号调制与解调的原理
3.掌握滤波器的分类及其参数
4.了解模拟信号放大电路原理
5.了解测试信号的显示与记录
★信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输、处理与记录。
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。
信号调理装置按工作原理有
1°转换器：将传感器输出信号转换成便于传输、放大、处理的装置。
例如：电桥：可将R、C、L→u或i；
D/A：数字量→模拟量
A/D：模拟量→数字量
调制器：对信号进行调制；
解调器：对已调信号进行鉴别并还原。2°放大器：将信号进行放大。
例如：电压（直流、交流）放大器；
电荷放大器
3°运算器：将信号进行相应的运算，获取所需信号。
例如：加法器、乘法器、积分器、微分器4°滤波器：对信号进行滤波处理。
例如：低通滤波器、高通滤波器
5°整流器：对信号进行整流检波处理。
例如：相敏整流器
可见，信号调理环节很多，其功能也很丰富，而这些环节前期课程已作过详细介绍。所以，本章仅从测试的角度讨论电桥、调制与解调、滤波器、放大器的基本概念。
载波放大式应变仪的组成及工作原理
载波放大式应变仪由电桥、电桥平衡装置、放大
器、振荡器、相敏检波器、滤波器和稳压电源组成。
第四章信号调理与记录
电桥分类：
●按桥压分：
直流电桥；
恒流源电桥；
恒压源电桥
交流电桥
●按输出方式分：
功率电桥（按低阻抗负载）电压电桥（按高阻抗负载）
4.1 电桥
第四章信号调理与记录
若：R 1=R 2=R 3=R 4=R 全等臂电桥R 1=R 2=R a R 3=R 4=R b 对称等臂半桥R 1=R 4=R a R 2=R 3=R b 非对称等臂半桥1、工作原理▲4.1.1 直流电桥B
()()
sr sr sr AD AB sc sc U R R R R R R R R
R R R U R R R U U U U R U 43214231443121)1++-=+-+=-=的关系与4.1 电桥
▲
直流电桥平衡（）条件：
3
4
21
R R R R =或
4231=⋅-⋅R R R R 相对桥臂电阻之积相等。4.1.1 直流电桥
第四章信号调理与记录
0=sc U
4.1.1 直流电桥()()R R U R R U U R R R
R
R R U U R R R U U R R R R R R R R
R R U R R R U sc sr sc sr sr sc sr
sc sc ∆∝∆≈<<∆∆+∆=∆+∆=++∆+-∆+=∆→∆,4,211424)(,)2432142311当对全等臂电桥，则则设的关系与
2、电桥的加减特性
()()()()()⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆+-∆++∆+-∆+=∆∂∂=∆+-+=∆>>∆→∑=443322112212
1442
43433324343222212111221214
1i 434
211)(,R R R R R R R R U R R R R U U R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R U U U R R R R R R U R R R R sr sc sr i
i
sc sc sr
sc i
i i i 件，则若电桥满足初始平衡条桥输出为利用全微分方程可得电由且设4.1.1 直流电桥
()()()()输出最大，所以
令：电桥输出一般表达式为
桥臂电阻比
令：sc sc
sr sc U U R R R R R R R R U U R R R R R R R R R R R R ,10114433221122
24343221213421=⇒=∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆+=+=+=+---==αα
αα
ααα4.1.1 直流电桥
可得电桥加减特性表达式（输出一般表达式）
()432142314
sr
41sc εεεε-+-=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆-∆+∆⋅=K U U R R R R R R R R U sr 4.1.1 直流电桥
电桥输出公式的使用前提条件：
1）先决条件是：电桥起始是平衡的；
2）无论各电阻如何变化，一定要在平衡点附近；
电桥加减特性的讨论：
①单臂工作
只有一只电阻R 产生ΔR 变化时，电桥输出电压
sr
sr sc 4
141U K U R R U ⋅⋅⋅=⋅∆⋅=ε4.1.1 直流电桥
