第五章 测试信号的转换与调理(2)分解

常用的信号转换电路有： 采样/保持（S/H）电路 电压比较电路（compararator） V/f（电压/频率）转换器 f/V（频率/电压）转换器 V/I（电压/电流）转换器 I/V（电流/电压）转换器 A/D（模/数）转换器 D/A（数/模）转换器
5.1 采样保持电路
• 基本性质
u0 uuiitt0
什么是电容的吸附效应？
• 在实际电容器中，电容
器介质的偶极子及其界
面极化的形成和消失都
不可能瞬时实现，往往
需要一定的时间，因而
使电介质常数随信号频
率和环境温度变化，不
1
能似为常数
• 实际电容器的仿真模型 如右图所示，图中C为理 想电容值，R0为电容器 的泄漏电阻，其余的阻 容网络为则为介质吸附 效应的仿真。
7
-E2
S1
S2
S3
S4
S5
输出 / 输入
S6
S7
S8
图 6 -7 CD405 1 原理图
• 存储电容
选用介质吸附效应小和泄漏电阻大的电容器， 如聚苯乙烯，钽电容和聚碳酸脂电容器等。(原 因：当电路从采样转到保持，介质的吸附效应 会使电容器上的电压下降，被保持的电压低于 采样转保持瞬间的输入电压，峰值检波器复位 时，电容放电，介质吸附效应会使放电后的电 容电压回升，引起小信号峰值的检波误差。电 容器的泄漏电阻引起电容上的保持电压随时间 逐渐减小，降低保持精度）
DcG1 1
ui
V4
+
E
V5
-- E
V3
1
D G1D2 2
V2
V4
V3
+ uo
E
V1
图 6 - 6 含辅助电路的

机械工程测试技术
第6章
测试信号的调理及记录
第6 章 第一节 概
测试信号的调理及其记录 述
第二节
第三节 第四节 第五节
电
桥
滤波器 调制与解调 信号的显示、记录与存储
1
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第6章
测试信号的调理及记录
第一节
概
述
·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。 ·有些传感器输出电信号中混杂有干扰噪声，需 要去掉噪声，提高信噪比。 ·某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对 传感器测量信号进行调制解调处理。
1 2
20log(
A0 A0
2
) 20log 2
3dB
24
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第6章
测试信号的调理及记录
（ 2 ）纹波幅度 d ：实际滤波器在通频带内可能出现纹 波变化。其波动幅度d与幅频特性的稳定值A0相比，越小越好， 一般应远小于-3dB。即
d A0
2
（3）带宽B：上下两截频间的频率范围称为带宽（-3dB 带宽）。带宽表示滤波器的分辨能力，即滤波器分离信号中 相邻频率成分的能力。
·电感电桥
( R1 jL1 ) R3 ( R4 jL4 ) R2
平衡条件
R1 R3 R4 R2 L1 R3 L4 R2
要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电感两个参数， 即调节电阻达到电阻平衡，调节电感达到电感平衡。
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第6章
测试信号的调理及记录
灵敏度：
1 e S u 4 1 e S u 2
·半桥
Z 0 e u 输出电压： u 2Z 0

• 可直接被合适的模拟系统处理（如滤波器、 谱分析仪或倍频器），以改变信号的特征 或提取有用信息。
• 在这种情况下，信号是直接以模拟形式处 理的
• 进行数字处理，要在模拟信号和数字信号处理器之间有一 个接口。称模数转换器（analog to digital (A/D) converter）
• A/D转换器的输出是数字信号，是数字信号处理器的输入 。
• 数字信号处理器：是一个对输入信号执行所需操作的大的 可编程数字计算机，或一个小的可编程微处理器，也可是 一个对输入信号执行指定操作集的硬连线数字信号处理器。
• 当信号处理操作被选定后，操作的硬连线实现可被优化， 从而做出价格更低廉的信号处理器。
• 在应用中，数字信号处理器的数字输出通常是以模拟形式 提交给用户的。然而，有一些包含信号分析的实际应用，
有用信息是以数字形式搬运的，不需D/A转换器（雷达）。
• 第二节 模拟信号转换为数字信号
• 实际应用中感兴趣的信号大多是模拟信号，如语音信号、 机械信号、生物学信号等。要通过数字方法处理模拟信号， 应先将它们转换成数字形式，即转换为具有优先精度的数 字序列。这一过程称为模数转换（A/D），而相应的设备， 称为A/D转换器（ADC）。
3. 离散时间信号的傅立叶变换与模拟信号傅立叶变 换之间的关系
采样信号与模拟信号的傅立叶变换，最终的目的是要 用 Xa( j) 和 Xˆa( j) 来表示序列的离散时间傅立叶变换。模 拟信号的傅立叶变换对表示如下

Xa ( j) xa (t)e jtdt
xa (t)

1 2
（如为复号2果出中）T采原的设，样连频连截角续谱续至频信混信频率号叠号率。现x为a否象(st)属则，2s带，不2c ，的限如可让理信果能采想号无样低，失s 信通最真2号滤高地c波截恢xˆa (器止，复t) ，频会原通可率造连过唯为成续一一采信个地样号c增，恢信。益

O
fc2
f
O
fc1
f
O
fc1
fc2
f
O
fc1
fc2
f
（a）低通滤波器 （b）高通滤波器
（c）带通滤波器
（d）带阻滤波器
（1）低通滤波器
低通滤波器从0～fc2频率之间的幅频特性平直，它可以使信号中低于fc2 的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于fc2的频率成分受到极大的衰减。
（2）高通滤波器
高通滤波器与低通滤波器相反，在频率fc1～∞之间的幅值特性平直，它 可以使信号中高于fc1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于fc1的频率成
e0
e0
W2
i2
e2 Z 3
Z3
铁芯中无磁通，指零仪 G指零。 种桥路又称为变压器电桥。当 Z1Z3 =
Z2Z4时，电桥平衡，指零仪G指零。
（b）差动变压器式电桥 （a）变压器电桥
O
t
5.2 调制与解调
调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高频振荡波的某个参数（幅值、 e
调制信号 频率或相位），使其按被测信号的规律变化，以利于信号的放大与传输。
同，相对桥臂电阻的阻值变化方向相反时，电桥输出反映相减的结果， 这就是电桥的加减特性。
例5-1 桥路温度补偿。如左图a所示试件，欲测量作用在其上的力F时， 采用两片敏感元件材料、原始电阻值和灵敏系数都相同的应变片R1和R2。
R1贴在试件的测点上，R2贴在与试件材质相同的不受力的补偿块上，如左
图b所示。R1和R2处于相同温度场中，并按右图接入电桥的相邻臂上。
A1
y (t )
O
t
u (t )
O
R7
t
A2