清华大学测试技术第九章资料.ppt

第四章 测试信号的转换与处理;测试信号的转换与处理;本章学习重点;5.1 电桥;一、直流电桥; 输出电压 ： 电桥平衡条件： 直流电桥的连接形式： 半桥单臂 半桥双臂 全桥 ;半桥单臂连接形式：工作时仅有一个桥臂电阻值随被测量而变化，设该电阻为R1，变化量为ΔR，则由式（5.4）可得： 设相邻桥臂的阻值相等，亦即：R1=R2=R0,R3=R4=R0’,又若R0=R0’,则 若ΔRR0,则;全桥连接法：四个桥臂的阻值均随被测量而变化，即： 当R1=R2=R3=R4=R0,且ΔR1= ΔR2= ΔR3= ΔR4= ΔR， 输出为： 当四个桥臂的阻值变化同号时，即：R1+ΔR1, R2+ΔR2, R3+ΔR3, R4+ΔR4, 而当R1=R2=R3=R4=R0时;桥臂阻值变化对输出电压所产生影响的规律（电桥的和差特性）： 相邻两桥臂（如图中的R1和R2）电阻的变化所产生的输出电压为该两桥臂各阻值变化产生的输出电压之差； 相对两桥臂（如图中的R1和R3）电阻的变化所产生的输出电压为该两桥臂各阻值变化产生的输出电压之和。 ;和差性质的应用： 悬臂梁应变仪 ： （为提高灵敏度，常在梁的上，下表面各贴一片应变片，并将上述两应变片接入电桥的相邻两桥臂。 ） 电桥灵敏度的定义： ;直流电桥平衡的配置方式：;二、交流电桥 ;阻抗角表示桥臂电流与电压之间的相位差： 当桥臂为纯电阻时，φ＝0； 若为电感性阻抗时，φ0 ； 若为电容性阻抗时， φ0 。 桥臂结构可采取不同的组合方式，以满足相对桥臂阻抗角之和相等这一条件。 ;影响交流电桥测量精度的因素： 电桥各元件之间的互感耦合； 泄漏电阻以及元件间、元件对地之间的分布电容； 邻近交流电路对电桥的感应影响。 交流电桥的激励电源要求其电压波形和频率必须具有很好的稳定性。 ;四、电桥使用中的注意问题 ;电桥灵敏度的调节 电路分析： 在输入导线的一根或两根上加入一可变串联电阻RS。设电桥所有臂的电阻值均为R，则由电压源所看到的电阻值亦将为R。若如图所示串联一电阻RS，根据分压电路原理，电桥的输入将被减小一个因子 n称为电桥因子。 ;电桥的并联校正法 采用的方法是对电桥直接引入一个已知的电阻变化从而来观察其对电桥输出的效果。 引起该电压输出的电阻改变值 电桥灵敏度则为 ;5.2 调制与解调 ;将控制高频振荡的低频信号称调制波，载送低频信号的高频振荡信号称为载波，而将经过调制过程所得的高频振荡波称已调制波。 从时域上讲，调制过程即是使载波的某一参量随调制波的变化而变化，而在频域上，调制过程则是一个移频的过程。 解调则是从已调制波信号中恢复出原有低频调制信号的过程。 调制与解调(MODEM)是一对信号变换过程,在工程上常常结合在一起使用。 ;幅值调制;调幅的过程在频域上就相当于一个移频的过程。 ;调制信号为正弦信号 设调制信号为x(t)=ASsinωSt， 载波信号为y(t)=ACsinωCt, 则经调制后的已调制波为 采用三角积化和差公式： 将上式应用于公式（5.26）得 ;已调制波信号的频谱是一个离散谱，仅仅位于频率ωc -ωs和ωc +ωs处，即以载波信号ωc为中心，以调制信号ωs为间隔的左右两频率（边频）处。其幅值大小则等于As与Ac乘积之半。 ;幅值调制装置实质上是一个乘法器，经常采用电桥来作调制装置，其中以高频振荡电源供给电桥作为装置的载波信号，则电桥输出ey便为调幅波。 图例中电桥的电压为5V，频率为3000Hz。若测量的应变量其频率变化比如为0～10Hz，电桥输出信号的频谱在2990和3010Hz之间。;幅值调制的解调 ;图5.19 同步解调原理 ;整流检波 原理： 对调制信号偏置一个直流分量A，使偏置后的信号具有正电压值。对该信号作调幅后得到的已调制波xm(t)的包络线将具有原信号形状。对该调幅波xm(t)作简单的整流（全波或半波整流）和滤波便可恢复原调制信号。 ;图5.20 调制信号加偏置的调幅波 （a）偏置电压足够大 （b）偏置电压不够大 ;相敏解调 原理：相敏解调或相敏检波能用来鉴别调制信号的极性，利用交变信号在过零位时其正、负极性发生突变，使调幅波相位与载波信号相比较也相应地产生180°相位跳变，从而既能反映原信号的幅值又能反映其相位。 ;图5.21 二极管相敏检波器及其工作原理 (a)R(t)0,0~π (b) R(t)0,π~2π (c)与(d) R(t)0;图5.22 相敏解调过程的波形转换情形 ;相敏解调器解调的波形转换过程： 当调制信号R(t)为正时(图5.22(c)中的0~t1时间内)，检波器相应输出为ey1。从图5.21(a)和(b