信號(hào)調(diào)理處置和記錄

概述被測(cè)量經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通常要進(jìn)行某些調(diào)理和處理，其目的是提高信噪比，并把信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于處理、接收和顯示的形式，這些處理過(guò)程也稱(chēng)為信號(hào)的中間轉(zhuǎn)換。下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋電橋是一種將電阻、電感、電容等參量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測(cè)量電路。其輸出既可用指示儀表直接測(cè)量，也可以送入放大器進(jìn)行放大。圖示為一純電阻電橋。當(dāng)輸出端接入電阻較大的儀表或放大器時(shí)，可視為開(kāi)路，電流輸出為0，只有電壓Uy輸出。一、直流電橋下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋電橋平衡時(shí)，輸出Uy=0，得電橋平衡條件：當(dāng)各橋臂電阻有一微小變化（如應(yīng)變片電阻的變化）時(shí)，電橋失去平衡，Uy≠0?？紤]到各橋臂電阻變化均很小，可忽略其高次項(xiàng)，并考慮到R1R3=R2R4，可得：下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋?qū)嶋H應(yīng)用中，常用全等臂電橋，即R1=R2=R3=R4=R0，此時(shí)，注意：這里的

R1、

R2、

R3、

R4均為代數(shù)量。從上式可知，當(dāng)|

R1|=|

R2|=|

R3|=|

R4|時(shí)，要使電橋輸出不為0，則要求相鄰橋臂阻值變化極性應(yīng)相反，相對(duì)橋臂阻值變化極性應(yīng)相同，這就是電橋的和差特性。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋測(cè)量時(shí)，有三種常用的連接形式，開(kāi)始時(shí)，各橋臂電阻值相等，均為R0，當(dāng)電阻值有變化時(shí)，各連接的輸出分別為：（1）半橋單臂：下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋（2）半橋雙臂：（|

R1|=|

R2|=|

R

|）下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋（3）全橋：（|

R1|=|

R2|=|

R3|=|

R4|=|

R

|）下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋測(cè)試中還用到一種平衡電橋：下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋二、交流電橋交流電橋采用交流電源，電橋四個(gè)橋臂可以是電感、電容或電阻，還可以是它們的混合——阻抗。阻抗一般用復(fù)數(shù)表示。平衡條件：Z1Z3=Z2Z4或：即：此即為交流電橋平衡條件。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋式中，Z01、Z02、Z03、Z04為各阻抗的模，

1、2、3、4為各橋臂電壓與電流間的相位差，稱(chēng)為阻抗角。純電阻=0；電感性阻抗>0；電容性阻抗<0。為滿足上述條件，交流電橋各橋臂可有不同的組合。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋如圖一種常用的電容電橋，其平衡條件為：R1R3=R2R4R2/R3=C4/C1。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋圖4-5是一種常用的電感電橋，其平衡條件為：R1R3=R2R4和L1R3=L4R2。實(shí)際應(yīng)用中，交流電橋多用于電阻傳感器，較少用于電感傳感器，幾乎不用于電容傳感器（它們一般用調(diào)頻電路）。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋?qū)τ诩冸娮杞涣麟姌?，由于?dǎo)線分布電容的影響，相當(dāng)于每個(gè)橋臂并聯(lián)了一個(gè)電容(圖4-6)，因此，需要調(diào)電阻平衡和電容平衡。圖4-7是用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的一種具有電阻與電容預(yù)調(diào)平衡的純電阻交流電橋。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋交流電橋的供橋電源一般是采用5~10KHz的音頻交流電，其輸出是一種調(diào)制波，這樣，外界干擾不容易從線路引入（干擾頻率較低），并且，后接的交流放大電路簡(jiǎn)單而無(wú)零漂。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋三、帶感應(yīng)耦合臂的電橋它是將感應(yīng)耦合的一對(duì)繞組作為橋臂而組成的電橋，也稱(chēng)為變壓器電橋。用差動(dòng)電容傳感器的電容代替Z3和Z4時(shí)，可用于電容傳感器。而用差動(dòng)電感傳感器代替感應(yīng)耦合臂時(shí)，又可測(cè)電感傳感器的輸出。這種電橋具有較高的精度和靈敏度，性能穩(wěn)定，頻率范圍廣，應(yīng)用越來(lái)越廣。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-1電橋下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)對(duì)緩變的微小電信號(hào)，除了用直流放大外，目前較常用的方法是先調(diào)制而后用交流放大。調(diào)制是使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一信號(hào)的控制下而發(fā)生變化的過(guò)程，前一信號(hào)稱(chēng)為載波，其頻率較高，后一信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)，它控制載波某一參數(shù)的變化，調(diào)制信號(hào)一般為緩變信號(hào)。兩者綜合作用的結(jié)果（輸出）稱(chēng)為已調(diào)波。從已調(diào)波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)。根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同，可分為調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）三種。主要討論前兩種。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)一、調(diào)幅及其解調(diào)1、調(diào)幅原理將高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)（載波）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）相乘，其結(jié)果即為調(diào)幅波。如交流電橋（全橋）的輸出：下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)則有：由傅里葉變換的性質(zhì)，時(shí)域中兩信號(hào)相乘，對(duì)應(yīng)于兩信號(hào)在頻域中進(jìn)行卷積，即：余弦函數(shù)的頻域圖形是一對(duì)脈沖譜線下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)從圖形上看，調(diào)幅過(guò)程就相當(dāng)于頻譜“搬移”過(guò)程。但其幅值減半。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)若把調(diào)幅波再次與原載波信號(hào)相乘，則頻域圖形將再一次“搬移”，其結(jié)果如圖所示。用低通濾波器濾去中心頻率為2f0的高頻成份，就可復(fù)原調(diào)制信號(hào)(但其幅值已減半，可用放大處理補(bǔ)償)，這一過(guò)程稱(chēng)為同步解調(diào)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅的目的是使緩變信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率較高的信號(hào)，以便用交流放大和傳輸。解調(diào)的目的是為了恢復(fù)原信號(hào)。由圖可知，若載波的頻率太低，就有可能使原信號(hào)的頻譜在“搬移”后出現(xiàn)重疊，以至解調(diào)時(shí)不能準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號(hào)。因此，載波頻率應(yīng)大于信號(hào)頻寬fm的2倍。實(shí)際應(yīng)用中，載波頻率至少數(shù)倍至數(shù)十倍于調(diào)制信號(hào)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)2、整流檢波與相敏檢波前面提及的用調(diào)幅波與載波相乘進(jìn)行解調(diào)的方法原理上很簡(jiǎn)單，但必須使用性能良好的線性乘法器，實(shí)際應(yīng)用較少。除此之外，調(diào)幅波的解調(diào)還有兩種方法：整流檢波相敏檢波下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)（1）整流檢波對(duì)圖a所示的情況，只要對(duì)調(diào)幅波進(jìn)行簡(jiǎn)單的半波整流或全波整流后，濾除高頻分量，就能恢復(fù)原信號(hào)。其條件是調(diào)制信號(hào)必須有足夠大的直流分量（可迭加進(jìn)去），確保調(diào)制信號(hào)沒(méi)有負(fù)電壓及可。若直流分量不夠大，則調(diào)幅波圖形如圖b所示，就無(wú)法用整流檢波方法獲取原調(diào)制信號(hào)。這時(shí)可用相敏檢波方法。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)(2)相敏檢波

a)y(t)與xm(t)同相且均位于正半周時(shí)(均黑)，D2(左)、D1(右)導(dǎo)通，過(guò)Rf的電流I由下向上(正)。b)y(t)與xm(t)同相且均位于負(fù)半周時(shí)(均紅)，D4(右)、D3(左)導(dǎo)通，過(guò)Rf的電流I也由下向上(正)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)c)y(t)為正半周(B黑)，xm(t)為負(fù)半周(A紅)時(shí)，D1(右)、D2(左)導(dǎo)通，過(guò)Rf的電流I由上向下(負(fù))。d)y(t)為負(fù)半周(B紅)，xm(t)為正半周(A黑)時(shí)，D3(左)、D4(右)導(dǎo)通，過(guò)Rf的電流I也由上向下(負(fù))。（注意：調(diào)幅波中a點(diǎn)有相位突變，另外，UB>UA。）下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻（頻率調(diào)制）是利用信號(hào)電壓的幅值控制一個(gè)振蕩器，振蕩器輸出的是等幅波，但其振蕩頻率偏移量和信號(hào)電壓成正比。當(dāng)信號(hào)電壓為0時(shí)，調(diào)頻波的頻率等于中心頻率（載波頻率），信號(hào)電壓為正時(shí)，頻率提高，負(fù)值時(shí)頻率降低。所以，調(diào)頻波是隨信號(hào)幅值而變化的疏密不等的等幅波。二、調(diào)頻及其解調(diào)下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率可表示為：f=f0±Δf式中：f0—載波頻率，或稱(chēng)為中心頻率Δf—頻率偏移，與調(diào)制信號(hào)x(t)的幅值成正比。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)1、直接調(diào)頻電路圖示為一種并聯(lián)諧振電路，電路諧振頻率為：若電路中C為電容傳感器的輸出，則f將隨C的變化而變化。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)由此可知，回路的振蕩頻率將和調(diào)諧參數(shù)C（或L）的變化呈線性關(guān)系，也就是說(shuō)，在小范圍內(nèi)，它和被測(cè)量的變化有線性關(guān)系。在f0附近有C=C0，故下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)2、壓控振蕩器壓控振蕩器是另一種調(diào)頻電路。目前已有各種各樣的集成化的壓控振蕩器芯片出售。它的輸出是一種疏密相間的等幅方波，其頻率與控制信號(hào)電壓ux成正比。3、鑒頻器調(diào)頻波的解調(diào)電路又叫鑒頻器或頻率檢波器，它的作用是將調(diào)頻波頻率的變化變換成電壓幅值的變化。實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法很多，圖4-17是一種采用變壓器耦合的諧振回路鑒頻方案，也是測(cè)試儀器中常用的鑒頻方法。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-2調(diào)制與解調(diào)這種鑒頻方法要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：（1）將等幅的調(diào)頻波變成幅值隨頻率變化的調(diào)頻—調(diào)幅波；(2)用幅值檢波器得到原調(diào)制信號(hào)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器濾波器是一種選頻裝置，它能起到過(guò)濾信號(hào)中某些頻率成份分量的作用。一、濾波器的分類(lèi)1、按選頻作用分：低通、高通、帶通、帶阻濾波器。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器2、按構(gòu)成元件分：RC、LC和晶體諧振濾波器。3、按電路性質(zhì)分：有源（帶運(yùn)算放大器）、無(wú)源濾波器。4、按被處理信號(hào)性質(zhì)分：模擬、數(shù)字濾波器。5、按工作原理分：機(jī)械濾波器（如襯墊）、電路網(wǎng)絡(luò)濾波器。本節(jié)主要介紹電路網(wǎng)絡(luò)濾波器的一些基本知識(shí)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器二、理想濾波器前面曾介紹過(guò)線性系統(tǒng)不失真測(cè)試的條件，即系統(tǒng)的頻響函數(shù)應(yīng)為：濾波器也是一個(gè)線性系統(tǒng)，對(duì)理想低通濾波器，只允許輸出|f|<f0的分量，即：符合這種假設(shè)的濾波器稱(chēng)為理想濾波器。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器根據(jù)傅里葉變換的對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)無(wú)相角滯后，即t0=0時(shí)，得“理想”濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)的圖形（如圖），是sinc函數(shù)。由圖可知，t可正可負(fù)，且圖形延伸到|t|→∞。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器h(t)為濾波器在δ(t)作用下的輸出，在δ(t)作用之前（t<0），濾波器是不可能預(yù)知其輸出的，實(shí)際輸出圖形中不可能有t<0的部分。因此，理想濾波器是不可能存在的。討論理想濾波器的目的是為了進(jìn)一步了解濾波器的傳輸特性。原則上講，實(shí)際濾波器的頻域圖形將延伸到|f|→∞。但能對(duì)通帶以外的頻率成分作極大的衰減。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器濾波器的輸出y(t)是輸入x(t)與濾波器脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)的卷積。若濾波器的輸入為一單位階躍信號(hào)：則：有相角滯后無(wú)相角滯后下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器有相角滯后無(wú)相角滯后由圖可知，若不考慮前后皺波，輸出從0值（a點(diǎn)）到應(yīng)有的穩(wěn)定值A(chǔ)0（b點(diǎn)）需要一定的時(shí)間tb-ta。時(shí)移t0只影響輸出曲線y(t)的右移，不影響tb-ta的值。通過(guò)計(jì)算可知：fc越大（通頻帶越寬），tb-ta越小，h(t)的圖形越陡峭。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器如果按理論響應(yīng)值的0.1~0.9（0.1A0~0.9A0一段）作為計(jì)算建立時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，則：通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號(hào)能量更多更快地通過(guò)，建立時(shí)間就越短，反之則長(zhǎng)。即低通濾波器對(duì)階躍響應(yīng)的建立時(shí)間Te=tb-ta和帶寬B成反比，有：Bte=常數(shù)。這一結(jié)論對(duì)高通、帶通和帶阻濾波器也適應(yīng)。濾波器的帶寬表示它對(duì)頻率的分辨力，通帶越窄，分辨力越高，但測(cè)量時(shí)的響應(yīng)速度就越慢。因此，我們?cè)谧龈叻直媪Φ念l譜分析時(shí)，需要有足夠的時(shí)間，否則就可能出現(xiàn)謬誤和假象。當(dāng)濾波器的帶寬B已知時(shí)，測(cè)量時(shí)間Te可?。築te=5~10。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器三、實(shí)際RC調(diào)諧式濾波器1、實(shí)際濾波器的基本參數(shù)圖示為理想帶通與實(shí)際帶通濾波器的幅頻特性。對(duì)理想濾波器，當(dāng)fc1<=f<=fc2時(shí)，A(f)=A0，其他A(f)=0。而對(duì)實(shí)際濾波器，A(f)曲線沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，且在通帶內(nèi)，A(f)并非常數(shù)，因此，需要更多的參數(shù)來(lái)描述實(shí)際濾波器的性能。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器（1）紋波幅度d：越小越好，（2）截止頻率：時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fc1和fc2。信號(hào)幅值的平方表示信號(hào)的功率，所以截止頻率正好對(duì)應(yīng)于半功率點(diǎn)。用分貝數(shù)表示時(shí)，對(duì)應(yīng)于-3dB點(diǎn)，即截止頻率點(diǎn)的幅值相對(duì)于A0衰減-3dB。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器（3）帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q：上、下截止頻率之間的頻率范圍稱(chēng)為濾波器的帶寬，也稱(chēng)-3dB帶寬。B=fc2-fc1。帶寬越小，濾波器的頻率分辨力越高。通帶中心頻率與帶寬B之比稱(chēng)為濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。（4）倍頻程選擇性：它反映濾波器對(duì)通帶以外頻率成分衰阻的能力。是指fc1/2點(diǎn)和2fc2點(diǎn)的幅值相對(duì)于fc1點(diǎn)和fc2點(diǎn)的幅值的衰減量，用dB表示。dB數(shù)越大，濾波器選擇性越好。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器（5）濾波器因數(shù)（或矩形系數(shù)）λ反映對(duì)通帶以外頻率成分衰阻的快慢。理想濾波器λ=1，通常使用的濾波器1<λ<5。有些濾波器，阻帶衰減量達(dá)不到-60dB，則上式中B-60dB用B-40dB或B-30dB代替。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器2、RC調(diào)諧式濾波器的基本特性這種濾波器具有較好的低頻性能，在測(cè)試系統(tǒng)中較常用。（1）一階RC低通濾波器輸入ux，輸出uy，均為電壓信號(hào)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器令τ=RC，稱(chēng)時(shí)間常數(shù)。則：當(dāng)時(shí)，，且關(guān)系為近似于過(guò)原點(diǎn)的直線?？杀ＷC不失真測(cè)試。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器此式表明，RC值決定著上截止頻率。當(dāng)時(shí)，輸出uy與輸入ux的積分成正比，是一個(gè)積分器。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器（2）RC高通濾波器（τ=RC）濾波器的–3dB截止頻率為：下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器（3）RC帶通濾波器將RC低通濾波器和RC高通濾波器串聯(lián)，可做成帶通濾波器。下截止頻率為原高通濾波器的下截止頻率：上截止頻率為原低通濾波器的上截止頻率：要注意的是高、低通兩級(jí)串聯(lián)時(shí)，相互有影響。為消除兩級(jí)耦合時(shí)的相互影響，兩級(jí)間常用射極輸出器或運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離。所以，實(shí)際的帶通濾波器常常是有源的。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器4、濾波器的串接下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器對(duì)信號(hào)作頻譜分析時(shí)，要知道各頻率成份（一般是頻率范圍）幅值的大小。為此，可將信號(hào)通過(guò)放大倍數(shù)相同而中心頻率不同的多個(gè)帶通濾波器，得到各通帶內(nèi)信號(hào)的幅值。有兩種方法：一是將濾波器做成中心頻率可調(diào)的，二是在一臺(tái)儀器內(nèi)安裝多個(gè)中心頻率不同的帶通濾波器，且各濾波器帶通按一定規(guī)律排列。圖示為一倍頻程譜分析裝置示意圖。圖中數(shù)字為中心頻率。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器1、恒帶寬比濾波器采用具有同樣品質(zhì)因數(shù)Q的調(diào)諧式濾波器做成鄰接式濾波器組，則該濾波器組是一些恒帶寬比的濾波器構(gòu)成的。因?yàn)锽=fn/Q，所以中心頻率fn越高，則帶寬B越大。若fc2=2nfc1，當(dāng)n=1時(shí)，我們稱(chēng)為倍頻程濾波器；當(dāng)n=1/3時(shí)，我們稱(chēng)之為1/3倍頻程濾波器。n稱(chēng)為倍頻程數(shù)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器中心頻率fn用幾何平均求得：當(dāng)n=1時(shí)，Q=1.41，n=1/3時(shí)，Q=4.38，n=1/5時(shí)，Q=7.2。（1）下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器對(duì)一組鄰接的濾波器組，后一頻率的中心頻率fn2和前一個(gè)濾波器的中心頻率fn1也有類(lèi)似的關(guān)系：（2）根據(jù)（1）式和（2）式，只要選定n值，就可設(shè)計(jì)出覆蓋給定頻率范圍的鄰接式濾波器組。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器2、恒帶寬濾波器對(duì)恒帶寬比濾波器來(lái)說(shuō)，其通頻帶在低頻段很窄，而進(jìn)入高頻段后，通頻帶很寬，這樣，它的頻率分辨力在低頻段很好，而在高頻段很差。為改善這種現(xiàn)象，可使用恒帶寬濾波器。為提高頻率分辨力，帶寬不宜太大，這樣，為覆蓋整個(gè)頻率范圍，就需要很多濾波器。為此，恒帶寬濾波器的中心頻率往往做成可調(diào)的。常用的恒帶寬濾波器有相關(guān)濾波和變頻跟綜濾波兩種。

(原理：P177~178)下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-3濾波器由圖可見(jiàn)，1/3倍頻程濾波器效果最差(帶寬太大：fn=1000Hz時(shí)，B=230Hz)，無(wú)法確切分辨出兩頻率成分的頻率和幅值。由于它的倍頻程選擇性較差，以致當(dāng)中心頻率改為800Hz和1250Hz時(shí)，盡管信號(hào)已不在其通頻帶中，但濾波器仍有較大輸出。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-4信號(hào)的指示和記錄裝置指示和記錄裝置是測(cè)試系統(tǒng)的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一、動(dòng)圈式磁電指示機(jī)構(gòu)工作原理：將可轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈置于很強(qiáng)的輻射狀均勻磁場(chǎng)中，信號(hào)電流i通過(guò)線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩推動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，游絲4則阻止線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終游絲產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)一定角度θ。θ與i成正比，i小，θ也小，反之亦然。由此，θ的大小可反映i的大小。若將指針改成記錄筆，并配上走紙機(jī)構(gòu)，就可做成筆式記錄儀。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-4信號(hào)的指示和記錄裝置要注意的是這種機(jī)構(gòu)是一種電流敏感機(jī)構(gòu)，用它來(lái)測(cè)電壓時(shí)，必須保持電路中電阻值的恒定。溫度的變化，會(huì)引起線圈電阻、磁場(chǎng)強(qiáng)度和游絲剛度的變化。電路中應(yīng)串聯(lián)一補(bǔ)償電阻R0來(lái)消除溫度對(duì)示值的影響。動(dòng)圈式磁電指示機(jī)構(gòu)是一個(gè)二階系統(tǒng)，由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件的質(zhì)量較大，而游絲剛度又較小，所以固有頻率較低。只能記錄頻率較低（125Hz）的信號(hào)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-4信號(hào)的指示和記錄裝置二、光線示波器原理與動(dòng)圈式磁電指示機(jī)構(gòu)相似,只是用張絲5的彈性扭轉(zhuǎn)變形代替了游絲的作用，并用固定在張絲上并隨張絲轉(zhuǎn)動(dòng)的反射鏡的反射光線代替指針。反射光線聚焦在勻速移動(dòng)的感光紙上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的記錄。由于這種機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量較前者小，彈簧剛度較大，有較高的固有頻率，其工作頻率可達(dá)4000Hz。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-4信號(hào)的指示和記錄裝置用兩套伺服式記錄系統(tǒng)分別控制X和Y兩個(gè)方向的記錄（一個(gè)動(dòng)筆，一個(gè)走紙），可做成X—Y記錄儀。特點(diǎn)：記錄幅值準(zhǔn)確性高，但只能記錄緩變信號(hào)（10Hz）。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-4信號(hào)的指示和記錄裝置四、采用陰極射線管的信號(hào)顯示和記錄裝置顯示：示波器。記錄：專(zhuān)用照相機(jī)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-4信號(hào)的指示和記錄裝置五、數(shù)字式波形存貯記錄儀“波形存貯”系統(tǒng)可作為一個(gè)單獨(dú)儀器和記錄儀聯(lián)用，也可作為記錄儀的一個(gè)部件。工作頻率可達(dá)100MHz以上。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-4信號(hào)的指示和記錄裝置六、磁記錄器（一）、磁帶記錄器1、工作原理組成（如圖）：a)磁頭b)磁帶和磁帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；c)記錄放大器和重放放大器等。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)上一頁(yè)目錄機(jī)電工程學(xué)院：劉正平§4-4信號(hào)的指示和記錄裝置磁帶上涂有厚約10微米的硬磁性材料粉末。磁頭是一個(gè)環(huán)形鐵