工程測(cè)試技術(shù)第四章第一講.ppt

《工程測(cè)試技術(shù)第四章第一講.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工程測(cè)試技術(shù)第四章第一講.ppt（29頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、本章學(xué)習(xí)要求：,掌握模擬信號(hào)放大原理 掌握電橋原理及基本特性 掌握信號(hào)調(diào)制及解調(diào)原理 掌握理想濾波器模型 了解實(shí)際濾波器基本參數(shù),本講內(nèi)容,概述 信號(hào)調(diào)理的目的和內(nèi)容 信號(hào)放大原理 電橋原理和基本特性,信號(hào)處理電路,,,信號(hào)輸出,傳感器信號(hào),模擬信號(hào)處理結(jié)構(gòu)示意圖,4.1 概述,從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，具體的模擬信號(hào)處理過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)，傳感器信號(hào)是系統(tǒng)的輸入，處理后的信號(hào)是系統(tǒng)的輸出，處理的內(nèi)容和復(fù)雜程度不同，系統(tǒng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)也將不同。信號(hào)處理技術(shù)決定著檢測(cè)設(shè)備的總體性能。,信號(hào)分析 不改變信號(hào)本身的狀態(tài)和特征，在信號(hào)的傳輸歷程中，它是并聯(lián)于該歷程上的運(yùn)算，由旁路輸出運(yùn)算結(jié)果,信號(hào)處理,,,結(jié)果輸

2、出,信號(hào)輸入,信號(hào)分析,,,結(jié)果輸出,信號(hào)輸入,,信號(hào)處理與信號(hào)分析的本質(zhì)區(qū)別,信號(hào)處理 會(huì)改變信號(hào)本身的狀態(tài)和特征，是串聯(lián)于信號(hào)傳輸歷程上的運(yùn)算，運(yùn)算后的輸出改變信號(hào)的狀態(tài),信號(hào)處理的目的,將由探頭輸出的檢測(cè)信號(hào)不失真地進(jìn)行放大、濾波等處理，提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比和抗干擾能力，進(jìn)一步進(jìn)行信號(hào)的識(shí)別、分析、診斷、顯示、存貯、打印、記錄等，以顯示出最明顯的信號(hào)特征或檢測(cè)結(jié)果。,典型模擬信號(hào)處理(最大)系統(tǒng)框圖,當(dāng)檢測(cè)信號(hào)信噪比較高時(shí)，模擬信號(hào)識(shí)別是簡(jiǎn)單可行的；當(dāng)檢測(cè)信號(hào)背景噪聲大或信號(hào)特征復(fù)雜時(shí)，則效果劇減且電路復(fù)雜。定性(半定量)檢測(cè)時(shí)模擬信號(hào)處理方法以其低成本和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)有明顯優(yōu)勢(shì)；當(dāng)檢測(cè)要求較

3、高或欲實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)時(shí)，該方法則無(wú)法勝任。,信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。,信號(hào)調(diào)理的目的,4.2 信號(hào)放大,2 分類,放大器,直流放大器,交流放大器,電荷放大器,幅度增大；低頻保留，高頻截止(工作點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生溫漂，穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)重點(diǎn)) 幅度增大；高頻保留，低頻截止（工作點(diǎn)保持在0V不變，溫漂影響小，電路穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單） 電荷增大（特殊的放大器，設(shè)計(jì)中輸出電壓隨傳感器電荷變化而變化） Z U,,1 目的:將傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，以達(dá)到后續(xù)處理要求,電橋,直流放大電路,1) 反相放大器,反饋電阻RF值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1的取值應(yīng)遠(yuǎn)大

4、于信號(hào)源Ui的內(nèi)阻。,反相放大器是最基本的電路，其閉環(huán)電壓增益Av為:,2）同相放大器,同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。,同相放大器也是最基本的電路 ，其閉環(huán)電壓增益Av為:,直流放大電路,交流放大電路,,若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交流電壓同相放大器。其中電容C1、C2及C3為隔直電容。,R1一般取幾十千歐。耦合電容C1、C3可根據(jù)交流放大器的下限頻率fL來(lái)確定。,電荷放大器,,某些傳感器如壓電式加速傳感器、壓力傳感器等屬于電容性傳感器，阻抗非常高，工作時(shí)將產(chǎn)生正比于被測(cè)物理量的電荷量，具有較好的線性度。,積分運(yùn)算電路可以將電荷量轉(zhuǎn)換成很微

5、弱的輸出電壓量，電容性傳感器可等效為因存儲(chǔ)電荷而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)與一個(gè)輸出電容串聯(lián)。,放大器特性比較,放大是測(cè)試系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)，放大器的放大倍數(shù)是關(guān)鍵的參數(shù)!,4.3 電橋,,電橋是測(cè)試中常用的信號(hào)處理方法，是將電阻、電感、電容及阻抗參量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出的一種測(cè)量電路，由于電路簡(jiǎn)單，并具有較高的精確度和靈敏度，被廣泛使用。 電橋分類: (按照其激勵(lì)電源) 直流電橋 交流電橋,對(duì)于電阻式傳感器，既可采用直流電橋形式，也可采用交流電橋形式。 對(duì)于電感式、電容式傳感器或阻抗式傳感器（如電渦流式傳感器），則應(yīng)配用交流電橋，與傳感器配接的電橋主要采用不平衡電橋。,1）直流電橋,平衡條件,2）交流電

6、橋,平衡條件,電橋的變換原理,電壓源供電電橋電路,電流源供電電橋電路,電壓源供電，橋路電流,輸出電壓（電壓源供電條件下的橋臂值與輸出電壓的關(guān)系式）,電橋的基本特性,單臂電橋，一個(gè)橋臂阻值發(fā)生變化，其余三個(gè)臂的阻值均恒定，對(duì)應(yīng)接入一個(gè)傳感器的變換器情況。,差動(dòng)半橋，兩個(gè)橋臂阻值發(fā)生差動(dòng)變化，其余兩個(gè)恒定，對(duì)應(yīng)于接入一個(gè)差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)差動(dòng)變換器情況。,差動(dòng)全橋，四個(gè)橋臂阻值均發(fā)生差動(dòng)變化，對(duì)應(yīng)于接入一個(gè)傳感器的四個(gè)差動(dòng)變換器作為電橋的四個(gè)橋梁情況。,1、輸入輸出特性,假設(shè)1：采用等臂電橋,假設(shè)2：橋臂阻值改變量的絕對(duì)值相同,單臂電橋,差動(dòng)半橋,差動(dòng)全橋,單臂電橋,,2,差動(dòng)半橋,,,差動(dòng)全橋,

7、電壓源供電時(shí)的輸入-輸出（Z-U）特性,單臂電橋,差動(dòng)半橋,差動(dòng)全橋,在輸入量Z相同的情況下： 差動(dòng)半橋的輸出U近似為單臂電橋的兩倍； 差動(dòng)全橋的輸出是差動(dòng)半橋的兩倍，近似為單臂電橋的四倍。,2、靈敏度,單臂電橋,差動(dòng)半橋,差動(dòng)全橋,電壓源供電,,單臂電橋的靈敏度是輸入Z的函數(shù)，即在全量程范圍內(nèi)不為常量，Z U 特性不是一條直線，具有非線性。,,差動(dòng)半橋與差動(dòng)全橋的靈敏度與輸入量Z無(wú)關(guān)，它是不隨輸入量Z變化的常量，Z U 特性是一條理想直線,,,差動(dòng)半橋的靈敏度是單臂電橋的兩倍。 差動(dòng)全橋的靈敏度是差動(dòng)半橋的兩倍，近似為單臂電橋的四倍。,3、電橋?qū)ν?hào)干擾量的補(bǔ)償特性,假設(shè)1：各差動(dòng)變換器的

8、改變量符號(hào)相同 假設(shè)2：各差動(dòng)變換器的改變量的數(shù)值相同,單臂電橋,差動(dòng)半橋,差動(dòng)全橋,橋臂阻值的改變量是有用信號(hào)與溫度干擾信號(hào)共同作用的結(jié)果：,單臂電橋,差動(dòng)半橋,差動(dòng)全橋,電壓源供電、有同符號(hào)溫度干擾量時(shí)的輸入-輸出(Z-U)特性,差動(dòng)電橋（半橋及全橋）對(duì)同符號(hào)的溫度干擾量ZT具有抵償作用： 分子中沒(méi)有干擾量ZT，清除了干擾量ZT對(duì)被測(cè)作用量Z的影響； 在分母中存在有干擾量ZT ，但它以比值ZT /Z0形式出現(xiàn)，對(duì)輸出的影響小，因此溫度誤差大大減小。,恒流源供電差動(dòng)全橋，在輸入-輸出特性中沒(méi)有干擾量ZT ，理論上無(wú)溫度誤差！,,,電橋原理及特性小結(jié),與單臂電橋相比，差動(dòng)電橋的特性獲得很大改善，如靈敏度提高，非線性誤差減小，對(duì)同符號(hào)干擾量有抵償作用等。差動(dòng)式傳感器與差動(dòng)電橋相配合，能使測(cè)量系統(tǒng)獲得更為優(yōu)良的特性。 直流電橋與交流電橋的分析有較大的區(qū)別： 前者用直流電路分析方法； 后者用交流電路分析方法，電路中的頻率、相位均會(huì)產(chǎn)生影響。,思考題：,1 信號(hào)調(diào)理的內(nèi)容和目的？,2 信號(hào)放大電路的種類，如何根據(jù)傳感器輸出 特性選擇合適的放大電路？,