第四章 信号调理、处理和记录.pptVIP

振子的机构原理如图b)。它的特性决定了光线示波器的特性。 2. 振子的特性 （1）运动方程 画一简图a) 图a) 振子工作原理简图 图b) 振子结构原理图 这是一单自由度扭振系统，在测量过程中信号电流通过振子线圈，其转动部分共受三个力矩作用。 如图a)所示，当电流 i 流经振子线圈时，线圈每边所受的电磁力为 式中 B－磁感应强度；n－线圈匝数；h－线圈高度。 1）与信号电流i 成正比的电磁力矩 线圈两边电流相反，受力相反，形成转矩 图a) 振子工作原理简图 式中：K为比例系数，与磁场强度B、线圈面积和匝数有关。 令 则 其大小和转角 成正比，方向与转角相反。表示为： 式中：G——张丝的扭转刚度（产生单位转角所需的力矩） 其大小与角速度 成正比，方向与角速度相反；表示为： 2）张丝的弹性恢复力矩 3）阻尼力矩 式中： ——扭转阻尼系数 （2）静态特性 4）振子转动部分的惯性转矩 （ ：转动部分的转动惯量） 根据力学平衡关系式可得到： 分别将 、 、 、 代入得振子转动部分的运动方程为： （4-4-1） 由上式可知，输入信号为电流 ,输出为转角 ， 与 满足上式关系。显然，上式是一个二阶微分方程。因此，振子是一个二阶单自由度扭振系统。 当信号电流为直流Ｉ时，在达到稳态之后，Ｉ不变， 不变，则式（4-4-1）中 ， ，故式（4-4-1）可改写为： * 一、直流电桥 图4-1是直流电桥的基本形式。以电阻R1、R2、R3、R4作为四个桥臂，在a、c两段接入直流电源U0，在b、d两段输出电压Uy。 当电桥输出端接输入电阻较大的仪表或放大器时，可视为开路，电流输出为零。同时可以计算出输出电压Uy ： 根据此式，如果适当选择各桥臂电阻值，可使输出电压值与被测量引起的电阻变化量有关。 （4-1-1） 由上式可以看出，若使输出为零，即电桥平衡，则应满足： （4-1-2） 在测试技术中，一般根据工作中电阻值参与变化的桥臂数可分为半桥式与全桥式连接，如图4-1-2所示。 图4-1-2a)（1/4桥）是半桥单臂联接，工作中有一个桥臂阻值随被测的量而变化。ΔR为电阻R1随被测物理量变化而产生的电阻增量。根据式（4-1-1），此时输出电压： 为了简化桥路设计，往往取相邻两桥臂电阻相等，即R1=R2=R0，R3=R4= ，若R0= ，则输出电压： 又因为 ，所以 图4-1-2c)（全桥）为全桥接法，工作中四个桥臂阻值都随被测量而变化，即 ， ， ， 。当 ； 时，电桥输出： （4-1-3） 可见，电桥的输出与激励电压U0成正比，并且在 条件下，其输出也与 成正比。 （4-1-4） 图4-1-2b）（1/2桥）为半桥双臂接法。工作中有两个桥臂阻值随被测量而变化，即 ， ，当 ， 和 时，电桥输出： （4-1-5） 显然，电桥接法不同，输出的电压也不同，全桥接法可以获得最大的输出。 上述电桥是在不平衡条件下工作的，也就是电桥的输出不为零。而Uy与电源电压(输入电压)成正比，所以当电源电压不稳定或环境温度变化时，都会引起电桥输出的变化，从而产生测量误差。为此，再某些情况下采用平衡电桥(图4-1-3)。设被测量等于零时，电桥处于平衡状态，此时指示仪表G及可调电位器H指零。当某一桥臂随被测量变化时，电桥失去平衡。调解电位器H，改变电阻的触点位置，可使电桥重新平衡，电表G指针回零。电位器H 由于平衡电桥最终的输出为零，因此测量误差取决于可变电位器的精确度，而与电桥电源电压无关。一般静态应变仪往往采用这种平衡电桥，并以手动实现平衡。在电子电位差计或X-Y记录仪中，通常是以伺服电动机来调整电位器的位置，实现自动平衡。 上的标度与电桥臂电阻值的变化成正比例，故H的指示值可以直接表达被测量的数值。这种测量法的特点是在读数时电表G始终指零，因此为“零位测量法”。 二、交流电桥 交