2019年工程测试技术第四章第一讲课件.ppt

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1、本章学习要求：掌握模拟信号放大原理掌握电桥原理及基本特性掌握信号调制及解调原理掌握理想滤波器模型了解实际滤波器基本参数本讲内容概述信号调理的目的和内容信号放大原理电桥原理和基本特性信号处理电路信号输出传感器信号模拟信号处理结构示意图4.1概述从结构上来讲，具体的模拟信号处理过程实际上是一个系统，传感器信号是系统的输入，处理后的信号是系统的输出，处理的内容和复杂程度不同，系统的规模和结构也将不同。信号处理技术决定着检测设备的总体性能。x(t)h(t)y(t)信号分析不改变信号本身的状态和特征，在信号的传输历程中，它是并联于该历程上的运算，由旁路输出运算结果信

2、号处理结果输出信号输入信号分析结果输出信号输入信号处理与信号分析的本质区别信号处理会改变信号本身的状态和特征，是串联于信号传输历程上的运算，运算后的输出改变信号的状态信号处理的目的将由探头输出的检测信号不失真地进行放大、滤波等处理，提高检测信号的信噪比和抗干扰能力，进一步进行信号的识别、分析、诊断、显示、存贮、打印、记录等，以显示出最明显的信号特征或检测结果。典型模拟信号处理(最大)系统框图包括增益调整、零点调节、温漂补偿以及电平偏置、电压电流转换、电压频率转换等测量信号可视化的重要组成部分，可采用电流电压表头、发光二极管等组件、多位数字表头、监视器等记录

3、仪器有磁带机、笔式记录仪、数字式记录仪等主要依靠信号幅值以及能量、功率、有效值、峰峰值、过零点、极点等特征，通过模拟电路运算并设置对应的阈值来提取检测量值当检测信号信噪比较高时，模拟信号识别是简单可行的；当检测信号背景噪声大或信号特征复杂时，则效果剧减且电路复杂。定性(半定量)检测时模拟信号处理方法以其低成本和简单结构有明显优势；当检测要求较高或欲实现定量检测时，该方法则无法胜任。捕捉到缺陷信号，以脉冲形成驱动实现声或光报警，或进行其它转换后控制相应机构。缺陷检出后，欲在被测构件上标上记号，则由驱动器驱动打标器动作信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。信

4、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号进行调制解调处理。4.2信号放大信号放大目的幅度增加(1)抗干扰;(2)阻抗匹配2分类放大器直流放大器交流放大器电荷放大器幅度增大；低频保留，高频截止(工作点会产生温漂，稳定性是设计重点)幅度增大；高频保留，低频截止（工作点保持在0V不变，温漂影响小，电路稳定性好，结构简单）电荷增大（特殊的放大器，设计中

5、输出电压随传感器电荷变化而变化）△ZU1目的:将传感器输出的微弱电信号进行增强，以达到后续处理要求电桥直流放大电路1)反相放大器反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。反相放大器是最基本的电路，其闭环电压增益Av为:2）同相放大器同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。同相放大器也是最基本的电路，其闭环电压增益Av为:直流放大电路交流放大电路若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。R1一般取几十

6、千欧。耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定。电荷放大器某些传感器如压电式加速传感器、压力传感器等属于电容性传感器，阻抗非常高，工作时将产生正比于被测物理量的电荷量，具有较好的线性度。积分运算电路可以将电荷量转换成很微弱的输出电压量，电容性传感器可等效为因存储电荷而产生的电动势与一个输出电容串联。放大器特性比较放大器类型特点传感器典型应用直流放大器对信号电压的大小放大，工作点会随温度等的变化而波动，信号在零点上方或下方波动，电路的稳定性成为设计的重点电阻应变计、电阻式传感器、铂热电阻测温传感器等交流放大器对信号电压大小的变化放大，工作点保持

7、在0V不变、信号在0V上下波动变化，温漂影响较小，电路的稳定性好、结构简单差动变压器、电容式、电感式传感器等。电荷放大器一种特殊的放大器，输出电压随传感器电荷的变化而变化,对电荷信号直接放大压电式传感器。放大是测试系统的基本环节，放大器的放大倍数是关键的参数!4.3电桥电桥是测试中常用的信号处理方法，是将电阻、电感、电容及阻抗参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路，由于电路简单，并具有较高的精确度和灵敏度，被广泛使用。电桥分类:(按照其激励电源)直流电桥交流电桥对于电阻式传感器，既可采用直流电桥形式，也可采用交流电桥形式。对于电感式、电容式传感器或阻

8、抗式传感器（如电涡流式传感器），则应配用交流电桥，与传感器配接的电