《特种测量技术》PPT课件

《《特种测量技术》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、特种测量技术目录5.1数据采样与保持5.2峰值测量5.3有效值测量5.4微弱信号检测5.5利用噪声进行信号检测5.6反馈测量技术思考与练习题5.1数据采样与保持1.采样过程采样过程就是抽取连续变化信号瞬时值的过程，允许以固定的频率进行，也允许以变化的频率或随机进行，通常是以固定的频率进行的。采样过程如图5-1所示。采样器（见图5-1(a)）的输入为图5-1(b)所示的连续变化信号x(t)；控制信号为图5-1(c)所示的周期为T、采样时间为τ的矩形脉冲信号δT(t)。可将采样器看做一个开关，当控制脉冲到来

2、时开关闭合，采样器的输出y(t)=x(t)，其他时间开关断开，y(t)=0。因此，y(t)的波形如图5-1(d)所示。通常，采样周期T比采样时间τ大得多，即可以认为τ→0，而采样器的输出信号可认为是一非常窄的脉冲序列，其包络线与输入信号相吻合。亦即可以将控制信号δT(t)看做周期为T的单位脉冲序列，即而将输出信号看作是输入信号与控制信号的乘积，即图5–1采样过程2.采样定理将采样器的输出信号y(t)与输入信号x(t)进行比较可以看出，当x(t)随时间变化很快，而采样周期T较长时，在采样过程中某些信息可能丢失

3、。采样定理指出，对于一个频带宽度为有限宽(0~wc)的连续信号进行采样，当采样角频率ws2wc时，由采样后得到的输出函数才可能无失真地恢复到原始信号。下面证明这条定理。因为控制信号dT(t)为周期函数，故可展开成傅氏级数的形式，即式中：Cm为傅氏系数，其表达式为把式(5-1)代入式(5-4)，并考虑到脉冲函数的性质，得所以假设输入信号x(t)的傅氏变换为X(jω)，根据傅氏变换的频域平移定理，可得输出信号y(t)的傅氏变换为假设输入信号x(t)的傅氏变换为X(jw)，根据傅氏变换的频域平移定理，可得输出信

4、号y(t)的傅氏变换为（5-7）式(5–7)表明，若x(t)的频谱为图5–2(a)所示的有限带宽(最高角频率为wc)的连续谱信号，则y(t)的频谱是x(t)的频谱在w=mws(m=0，1，2，…)处的无限次重复，只不过每次重复时幅度皆为原来的1/T。当ws2wc时，如图5–2(b)和图5–2(c)所示，各重复谱之间不产生重叠，将采样器的输出经过截止角频率为wc的理想低通滤波器，可得到原始信号的频谱，也就能恢复原始信号。当ws2wc时，如图5–2(d)所示，各重复谱之间产生重叠，无法用低通滤波器得到原

5、始信号的频谱，也就无法恢复原始信号。图5–2输入信号x(t)的频谱和采样输出信号y(t)的频谱所以，为了使m=0处的原始信号频谱不发生畸变，必须使采样频率足够高，以拉开各重复谱之间的距离，使相邻两重复谱之间不产生重叠。显然，不产生重叠的条件是这就是采样定理所阐述的内容。以上讨论的是理想情况，但实际上不可能得到理想的低通滤波器，所以实际应用时采样频率要比输入信号的频率上限高许多倍，如高4~5倍甚至10~12倍。5.1.2采样–保持器的工作原理1.使用采样–保持器的必要性假设A/D转换器为12位的，满量程输入

6、电压为10 V，则其分辨力为DE=10 V/2122.4 mV。为简化分析，再设其输入信号为正弦信号，即Ui(t)=Umsin(2pft)。此信号的最大变化率发生在电压过零处，其值为若A/D转换器每进行一次转换需要的时间为Dt，则要求在Dt时间内输入信号的最大改变量不能超过其分辨力DE，否则将产生较大误差。特别是逐次逼近式A/D转换器，若转换期间输入信号发生变化，不仅可能造成很大误差，甚至无法工作。所以，为保证在每次A/D转换期间数字量输出的精度和稳定性，要求DE满足根据式(5–10)可得出直接将正弦电

7、压输入A/D转换器时所允许的最高频率为对于12位的高速A/D转换器可取Dt=20ms，代入Um=10 V，DE=2.4 mV，可得到fmax=1.9 Hz。可见，A/D转换器的位数越多，对既定的转换时间而言，转换器所能直接处理的正弦输入信号的频率越低。因此，将模拟信号直接输入到A/D转换器是不合适的。若将模拟信号先输入给采样–保持器，经采样–保持器后再输入给A/D转换器，则可解决上述矛盾。这样做，既充分发挥了A/D转换器的变换精度，又能处理变化速度较快的模拟信号。2.采样—保持器的工作原理采样—保持器是指

8、在逻辑电平控制信号作用下处于“采样”或“保持”两种工作状态的电路。图5-3所示是其电路符号。它有如下两种稳定的工作状态。1)采样跟踪状态在此期间，采样—保持器尽可能快地接收输入信号，并尽可能精确地跟踪输入信号的变化，直到接到保持指令为止。图5-3采样—保持器2)保持状态对接到保持指令前一瞬间的输入信号值进行保持，直到接到下一个采样指令为止。图5–4为开环式采样–保持器的典型框图，它由输入缓冲放大器A1、模拟开