工程测试技术1第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务本章学习要求：1. 掌握模拟信号放大原理 2. 掌握电桥原理及基本特性 3. 掌握信号调制及解调原理 4. 掌握理想滤波器模型5. 了解实际滤波器基本参数工程测试技术2第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 本讲内容1. 概述2. 信号调理的目的和内容3. 信号放大原理4. 电桥原理和基本特性工程测试技术3第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务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)工程测试技术4第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务n信号分析n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n信号处理n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 状态工程测试技术5第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务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 器驱动打标器动作工程测试技术7第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 信号调理的目的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。 工程测试技术8第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务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，设计中输出电压随传感 器电荷变化而变化）Z U 1 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工程测试技术9第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务直流放大电路 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:工程测试技术10第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务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 工程测试技术11第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务交流放大电路 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。 工程测试技术12第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务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。工程测试技术13第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务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!工程测试技术14第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务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，与传感器配接的电桥主要采用不平衡电桥。1）直流电桥d V平衡条件2）交流电桥 平衡条件工程测试技术17第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务电桥的变换原理电压源供电电桥电路电流源供电电桥电路工程测试技术18第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务电压源供电，桥路电流输出电压（电压源供电条件下的桥臂值与输出电压的关系式）工程测试技术19第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务电桥的基本特性单臂电桥，一个桥臂阻 值发生变化，其余三个 臂的阻值均恒定，对应 接入一个传感器的变换 器情况。差动半桥，两个桥臂阻值 发生差动变化，其余两个 恒定，对应于接入一个差 动式传感器的两个差动变 换器情况。差动全桥，四个桥臂阻 值均发生差动变化，对 应于接入一个传感器的 四个差动变换器作为电 桥的四个桥梁情况。工程测试技术20第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务1、输入输出特性假设1：采用等臂电桥假设2：桥臂阻值改变量的绝对值相同单臂电桥差动半桥差动全桥工程测试技术21第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务单臂电桥2工程测试技术22第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务差动半桥工程测试技术23第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务差动全桥工程测试技术24第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务电压源供电时的输入-输出（Z-U）特性单臂电桥差动半桥差动全桥在输入量Z相同的情况下：差动半桥的输出U近似为单臂电桥的两倍；差动全桥的输出是差动半桥的两倍，近似为单臂电桥的四倍。工程测试技术25第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2、灵敏度单臂电桥差动半桥差动全桥电压源供电单臂电桥的灵敏度是输入 Z的函数，即在全量程范 围内不为常量，Z U 特 性不是一条直线，具有非 线性。差动半桥与差动全桥的灵敏度 与输入量Z无关，它是不随输 入量Z变化的常量，Z U 特性是一条理想直线差动半桥的灵敏度是单臂电桥的两倍。差动全桥的灵敏度是差动半桥的两倍，近似为单臂电桥的四倍。工程测试技术26第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务3、电桥对同符号干扰量的补偿特性假设1：各差动变换器的改变量符号相同假设2：各差动变换器的改变量的数值相同单臂电桥差动半桥差动全桥桥臂阻值的改变量是有用信号与温度干扰信号共同作用的结果：工程测试技术27第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务单臂电桥差动半桥差动全桥电压源供电、有同符号温度干扰量时的输入-输出(Z-U)特性差动电桥（半桥及全桥）对 同符号的温度干扰量ZT具有 抵偿作用：1.分子中没有干扰量ZT，清除 了干扰量ZT对被测作用量 Z的影响；2.在分母中存在有干扰量ZT ，但它以比值ZT /Z0形式出 现，对输出的影响小，因此 温度误差大大减小。恒流源供电差动全桥，在输入-输出特性中没有干扰量ZT ，理论上无温度误差！工程测试技术28第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务电桥原理及特性小结n与单臂电桥相比，差动电桥的特性获得很大改善 ，如灵敏度提高，非线性误差减小，对同符号干 扰量有抵偿作用等。差动式传感器与差动电桥相 配合，能使测量系统获得更为优良的特性。n直流电桥与交流电桥的分析有较大的区别：n前者用直流电路分析方法；n后者用交流电路分析方法，电路中的频率、相 位均会产生影响。工程测试技术29第四章、模拟信号处理苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务思考题： 1 信号调理的内容和目的？ 2 信号放大电路的种类，如何根据传感器输出特性选择合适的放大电路？