机械工程测试技术 作者 许同乐 第四章 信号调理与记录.pptVIP

由频率特性可知，该滤波器函数在时域内的脉冲响应函数h(t)为 函数， 图形4-25所示。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，在t＝0时刻，单位脉冲输入滤波器之前，即在t0时，滤波器就已经有响应了。显然，这是非因果关系，是不能实现的。这说明在截止频率处呈现直角锐变的幅频特性，或者在频域内用矩形窗函数描述的理想滤波器是不可能存在的。实际滤波器的频域图形不会在某个频率上完全截止，而会逐渐衰减并延伸到 。 4-25 理想低通滤波器的频率响应 2、滤波器参数 理想滤波器只需规定截止频率即可说明其特性，而实际滤波器的特性曲线无明显转折点，通带中幅频特性也非常数，需更多参数描述其性能。 主要参数包括：纹波幅度、截止频率、带宽、品质因数、倍频程选择性、滤波器因数。 图4-24 理想和实际的带通滤波器的幅频特性 截止频率：幅频特性值等于 所对应的频率点； 纹波幅度δ：通带中幅频特性值的起伏变化值； 带宽B：上下两截止频率之间的频率范围B= ωc2-ωc1 ，又称-3dB带宽； 品质因子（Q值）：对于一个带通滤波器，其品质因子Q则定义为中心频率ω0与带宽B之比，即Q= ω0/B。 倍频程选择性：上截止频率ωc2与2ωc2之间或下截止频率ωc1 与ωc1 /2间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程的衰减量，以dB表示。倍频程选择性表征过渡带的幅频曲线倾斜的程度，即幅频特性衰减的快慢。 滤波器因数（矩形系数）λ：滤波器幅频特性的 -60dB带宽与-3dB带宽的比，即 对理想滤波器有λ=1。 对普通使用的滤波器，λ一般为（1～5）。 3．可实现的典型滤波网络函数 实际可实现滤波器的传递函数的一般表达式为： （4-29） 式中，a、b为电路结构和元件参数值决定的实常数；S＝jω；为保证线性网络的稳定性，分母中的各系数均应为正，且要求mn，n为滤波器的阶，反映了滤波器的复杂程度。滤波器的幅频特性逼进理想频率特性的程度取决于传递函数的阶数n。 ， 二阶滤波器传递函数的形式 为了使其具有更明显的物理意义，令 （4-30） （4-31） 为阻尼系数； 为固有频率。当系数bk取不同的值时，可以得到不同特性的滤波器。 （1）低通滤波器： b0＝b1＝0，b2＝k0ω02 （2）高通滤波器： b0＝k0，b1＝b2＝0 （3）带通滤波器：b0＝b2＝0，b2＝ （4）带阻滤波器：b0＝k0，b1＝0， b2 ＝k0ω02 二、 实际滤波电路 1. RC无源滤波器 RC低通滤波器。电路时间常数 ＝RC。滤波器为一阶系统. RC高通滤波器: 时间常数 ＝RC，频率响应函数和幅频特性分别为 RC带通滤波器 将两者串联起来 两个环节之间串入具有高输入阻抗的放大器进行隔离 RC带阻滤波器:将两者并联起来 2. RC有源滤波器 由阻容元件组成的无源滤波器，具有线路简单、体积小、成本低,但它们都是低阶系统，由于过渡带衰减缓慢,选择性差。 RC有源滤波器用RC无源网络和运算放大器等有源器件结合在一起构成的。 其特点： 1) 可以放大信号； 2) 具有高输入阻抗的运算放大器可以进行级间隔离，消除或减小负载效应的影响。 有源滤波器可以多级串联组成高阶滤波器，明显地提高了滤波器的选择性。 a) 低通 b) 高通 c)带通 3. 开关电容滤波器 开关电容等效于电阻的原理如图4-34所示。图4-34a 电容C通过开关Q交替接通A、B两端。接通A时，电容C上储存电荷为 ，当Q接通B时则通过负载放电而形成电压 ，这时电容C中储存电荷为 。在一个开关周期T内通过电容C由A传送到B的电荷量 为 其平均电流量I 例题：已知某RC低通滤波器，R=1k?，C=1?F， 1）确定各函数式H(s)；H(?)；A(?)；?(?)。 2）当输入信号ui=10sin1000t时，求输出信号uo，并比较其幅值及相位关系。 解： 第五节 信号的显示与记录 信号显示的作用是显示信号的特征量(如幅值、频率、相位角、峰峰值)、信号的波形，以及复杂信号的特定输出状态的显示等。其特点是输出信号直观，并能充分反映测试与检测信号的实时性。 记录仪器是用于记录反映被测信号变化过程的输出设备，可以将被测信号记录存储起来，供人或仪器做进一步处理和分析。 一、 信号的显示 1. L