测试
技术
第四章 信号变换及调理
主要研究内容,
1.电桥电路原理
2.信号调制解调原理
3.信号滤波器工作原理
测
试
技
术
基
础
测试
技术
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.传感器输出的微弱电信号, 需要放大或进行阻抗变换,
才能输送到显示, 记录或分析仪器中去 。
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.便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信进行
调制解调处理。
第
四
章
信
号
变
换
及
调
理
测试
技术
1） 直流电桥
● 平衡条件
4231 RRRR ?
4.1 电 桥
第
四
章
信
号
变
换
及
调
理
测试
技术
1 3 2 4
0
1 2 3 4( ) ( )
y
R R R R
ee
R R R R
?
?
??
电
桥
测试
技术 令：
1R R R? ? ?
4RR?
RR ?2 RR ?3
0
()
( ) ( )y
R R R R R
ee
R R R R R
? ? ?
?
? ? ? ?
0 ()
4
e R RR
R
?? ? ?
电
桥
测试
技术 电桥的接法：
单臂 半桥 全桥电
桥
0
1
4Se? 012Se? 0Se?
测试
技术
常用调平衡
电
桥
测试
技术 2） 交流电桥
● 平衡条件
4231 ZZZZ ?
4231 ???? ???
~
电
桥
测试
技术
电容传感器
电感传感器
电阻传感器
cjrZ c ?
1??
LjrZ L ???
cjRZ R ?
1//?
r
c
Zc
L
r
ZL
RC
ZR
电
桥
测试
技术 4.2调制与解调
1 目的
解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题 。
先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，
然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输
出信号中取出放大了的缓变信号。
第
四
章
信
号
变
换
及
调
理
测试
技术
2 种类
调制信号 x(t) 载波信号 )2c o s ()( ?? ?? ftAtz
a) 幅度调制 (AM) )2co s ()](*[)(
0 ?? ?? fttxAty
b) 频率调制 (FM) )*)]([2co s ()(
0 ?? ??? ttxfAty
c) 相位调制 (PM) )])([2co s ()(
0 txftAty ??? ??
调
制
与
解
调
测试
技术 3调幅及解调
调幅是将一个高频正弦信号 （ 或称载波 ） 与测试信号
相乘, 使载波信号幅值随测试信号的变化而变化,
)2co s ()](*[)( 0 ?? ?? fttxAty
调
制
与
解
调
测试
技术
? ? ? ? tftxtx m 02c o s ??
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?000 *21*212c o s fffXfffXtftx ???? ???
调幅原理
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? ?xt
调
制
与
解
调
乘法器
测试
技术 解调原理
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? ? ? ? tftxtx m 02c o s ??
? ?xt
2
00
11
022
( ) c o s ( 2 ) ( ) c o s 2
( ) ( ) c o s ( 4 )
mx t f t x t f t
x t x t f t
??
?
??
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乘法器 滤波器
测试
技术
调
制
与
解
调
同步解调
测试
技术 相敏检波解调
调
制
与
解
调
工作原理：
调幅波与载波 y(t)同相 载波电压为正 均为正
（ 原信号 x(t)为正） 载波电压为负
调幅波与载波 y(t)异相 载波电压为正 均为负
（原信号 x(t)为负） 载波电压为负
测试
技术
例：动态应变仪
调
制
与
解
调
测试
技术 4 频率调制与解调
调频是利用信号 x(t)的幅值调制载波的频率, 或者说,
调频波是一种随信号 x(t)的电压幅值而变化的疏密度
不同的等幅波,
)*)]([2co s ()( 0 ?? ??? ttxfAty
调
制
与
解
调
测试
技术 谐振电路调频
调
制
与
解
调
测试
技术 鉴频器
调频波－ >调频调幅波－ >幅值检波
调
制
与
解
调
测试
技术 鉴频器 电压－频率特性曲线
亚谐振
区
等幅调频波的频率等于回路谐振频
率，线圈中的耦合电流最大
调
制
与
解
调
测试
技术 4.3 滤波器
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定
频率成分通过，而极大地衰减其他频率成
分．
1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）
低通滤波器（ Low pass filter)
高通滤波器 (High pass filter)
第
四
章
信
号
变
换
及
调
理
测试
技术
带阻滤波器 (band stop filter)
带通滤波器 (band pass filter)
滤
波
器
测试
技术
2 滤波器的性能参数
理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真,
阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器 。
滤
波
器
测试
技术
在 实际滤波 器的幅 频特
性 图中通带 和阻带 间应
没有严格的界限,,存在
一个过渡带 。
1)纹波幅度 d,波动幅度 d与幅频特性平均值 A0相比应小于 -3dB。
2)截止频率 fc,幅频特性值等于 0.707A0所对应的频率．
3)带宽 B：上下两截频间的频率范围称为带宽
恒带宽滤波器 B=fc2-fc1
恒带宽比滤波器 B=fc1（ 2n-1)
滤
波
器
测试
技术
5) 品质因数 Q,中心频率和带宽之比称为品质因数
6)倍频程选择性 W:指在上截止频率 fc2与 2fc2之间幅频特性的衰
减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。
4)中心频率 f0:
12
0
0 1 2
2
cc
cc
ff
f
f f f
?
?
??
7)滤波器因素 λ,滤波器选择性
滤
波
器
测试
技术 3 RC无源滤波器
在测试系统中, 常用 RC滤波器 。 因为这一领域中信号频
率相对来说不高 。 而 RC滤波器电路简单, 抗干扰强, 有
较好的低频性能, 并且选用标准阻容元件 。
1) 一阶 RC低通滤波器
滤
波
器
测试
技术
2) 一阶 RC高通滤波器
3) RC带通滤波器
可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联
滤
波
器
测试
技术 4 恒带宽、恒带宽比滤波器
实际滤波器频率通带通常是可调的, 根据实际滤波器中
心频率与带宽之问的数值关系, 可以分为两种 。
2) 恒宽比带通滤波器
1) 恒带宽带通滤波器
滤
波
器
12
0
0 1 2
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cc
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12
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测试
技术
1倍频程滤波器
滤
波
器
测试
技术
案例：机床轴心轨迹的滤波处理
滤
波
器
5 滤波器的应用
测试
技术
案例：机床轴心轨迹的滤波处理
滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律
滤
波
器
测试
技术 钢管无损探伤 实验：
滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警
滤
波
器
技术
第四章 信号变换及调理
主要研究内容,
1.电桥电路原理
2.信号调制解调原理
3.信号滤波器工作原理
测
试
技
术
基
础
测试
技术
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.传感器输出的微弱电信号, 需要放大或进行阻抗变换,
才能输送到显示, 记录或分析仪器中去 。
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.便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信进行
调制解调处理。
第
四
章
信
号
变
换
及
调
理
测试
技术
1） 直流电桥
● 平衡条件
4231 RRRR ?
4.1 电 桥
第
四
章
信
号
变
换
及
调
理
测试
技术
1 3 2 4
0
1 2 3 4( ) ( )
y
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电
桥
测试
技术 令：
1R R R? ? ?
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电
桥
测试
技术 电桥的接法：
单臂 半桥 全桥电
桥
0
1
4Se? 012Se? 0Se?
测试
技术
常用调平衡
电
桥
测试
技术 2） 交流电桥
● 平衡条件
4231 ZZZZ ?
4231 ???? ???
~
电
桥
测试
技术
电容传感器
电感传感器
电阻传感器
cjrZ c ?
1??
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r
c
Zc
L
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ZL
RC
ZR
电
桥
测试
技术 4.2调制与解调
1 目的
解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题 。
先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，
然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输
出信号中取出放大了的缓变信号。
第
四
章
信
号
变
换
及
调
理
测试
技术
2 种类
调制信号 x(t) 载波信号 )2c o s ()( ?? ?? ftAtz
a) 幅度调制 (AM) )2co s ()](*[)(
0 ?? ?? fttxAty
b) 频率调制 (FM) )*)]([2co s ()(
0 ?? ??? ttxfAty
c) 相位调制 (PM) )])([2co s ()(
0 txftAty ??? ??
调
制
与
解
调
测试
技术 3调幅及解调
调幅是将一个高频正弦信号 （ 或称载波 ） 与测试信号
相乘, 使载波信号幅值随测试信号的变化而变化,
)2co s ()](*[)( 0 ?? ?? fttxAty
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制
与
解
调
测试
技术
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调幅原理
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与
解
调
乘法器
测试
技术 解调原理
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乘法器 滤波器
测试
技术
调
制
与
解
调
同步解调
测试
技术 相敏检波解调
调
制
与
解
调
工作原理：
调幅波与载波 y(t)同相 载波电压为正 均为正
（ 原信号 x(t)为正） 载波电压为负
调幅波与载波 y(t)异相 载波电压为正 均为负
（原信号 x(t)为负） 载波电压为负
测试
技术
例：动态应变仪
调
制
与
解
调
测试
技术 4 频率调制与解调
调频是利用信号 x(t)的幅值调制载波的频率, 或者说,
调频波是一种随信号 x(t)的电压幅值而变化的疏密度
不同的等幅波,
)*)]([2co s ()( 0 ?? ??? ttxfAty
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制
与
解
调
测试
技术 谐振电路调频
调
制
与
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测试
技术 鉴频器
调频波－ >调频调幅波－ >幅值检波
调
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测试
技术 鉴频器 电压－频率特性曲线
亚谐振
区
等幅调频波的频率等于回路谐振频
率，线圈中的耦合电流最大
调
制
与
解
调
测试
技术 4.3 滤波器
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定
频率成分通过，而极大地衰减其他频率成
分．
1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）
低通滤波器（ Low pass filter)
高通滤波器 (High pass filter)
第
四
章
信
号
变
换
及
调
理
测试
技术
带阻滤波器 (band stop filter)
带通滤波器 (band pass filter)
滤
波
器
测试
技术
2 滤波器的性能参数
理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真,
阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器 。
滤
波
器
测试
技术
在 实际滤波 器的幅 频特
性 图中通带 和阻带 间应
没有严格的界限,,存在
一个过渡带 。
1)纹波幅度 d,波动幅度 d与幅频特性平均值 A0相比应小于 -3dB。
2)截止频率 fc,幅频特性值等于 0.707A0所对应的频率．
3)带宽 B：上下两截频间的频率范围称为带宽
恒带宽滤波器 B=fc2-fc1
恒带宽比滤波器 B=fc1（ 2n-1)
滤
波
器
测试
技术
5) 品质因数 Q,中心频率和带宽之比称为品质因数
6)倍频程选择性 W:指在上截止频率 fc2与 2fc2之间幅频特性的衰
减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。
4)中心频率 f0:
12
0
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2
cc
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7)滤波器因素 λ,滤波器选择性
滤
波
器
测试
技术 3 RC无源滤波器
在测试系统中, 常用 RC滤波器 。 因为这一领域中信号频
率相对来说不高 。 而 RC滤波器电路简单, 抗干扰强, 有
较好的低频性能, 并且选用标准阻容元件 。
1) 一阶 RC低通滤波器
滤
波
器
测试
技术
2) 一阶 RC高通滤波器
3) RC带通滤波器
可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联
滤
波
器
测试
技术 4 恒带宽、恒带宽比滤波器
实际滤波器频率通带通常是可调的, 根据实际滤波器中
心频率与带宽之问的数值关系, 可以分为两种 。
2) 恒宽比带通滤波器
1) 恒带宽带通滤波器
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波
器
12
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测试
技术
1倍频程滤波器
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测试
技术
案例：机床轴心轨迹的滤波处理
滤
波
器
5 滤波器的应用
测试
技术
案例：机床轴心轨迹的滤波处理
滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律
滤
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器
测试
技术 钢管无损探伤 实验：
滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警
滤
波
器
