測試第5章測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)節(jié)(清華版)2015

1、測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）概述概述 傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到 顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步處理或調(diào)解。顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步處理或調(diào)解。一一.信號(hào)調(diào)節(jié)器的功能信號(hào)調(diào)節(jié)器的功能：對傳感器輸出的原始信號(hào)或系統(tǒng)對傳感器輸出的原始信號(hào)或系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)進(jìn)行再加工，以滿足下一環(huán)節(jié)輸入中某一環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)進(jìn)行再加工，以滿足下一環(huán)節(jié)輸入要求的需要。要求的需要。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）二二.信號(hào)

2、調(diào)節(jié)器的種類信號(hào)調(diào)節(jié)器的種類1.參量變換型參量變換型：常用于參量型傳感器，將電參量變換成電壓，電流量。：常用于參量型傳感器，將電參量變換成電壓，電流量。被測量參考型傳感器電橋、諧振電路R. L. CV. I2.阻抗變換、幅度調(diào)節(jié)阻抗變換、幅度調(diào)節(jié) 被測量發(fā)電型傳感器放大、衰減、阻抗匹配、變換U. I. QV. I3.調(diào)制、解調(diào)調(diào)制、解調(diào)被測量傳感器解調(diào)調(diào)制放大、傳送調(diào)制波輸出測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）4.品質(zhì)調(diào)節(jié)品質(zhì)調(diào)節(jié)：線性化處理線性化處理擴(kuò)大測量范圍，減少非線性失真擴(kuò)大測量范圍，減少非線性失真； 濾濾 波波保持有用信號(hào)，消除干擾；保持有用信號(hào)，消除干擾； 倍頻

3、、細(xì)分倍頻、細(xì)分提高測量精度；提高測量精度；5.A/D、D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換：與計(jì)算機(jī)相聯(lián)系。與計(jì)算機(jī)相聯(lián)系。二二.信號(hào)調(diào)節(jié)器的種類（續(xù)）信號(hào)調(diào)節(jié)器的種類（續(xù)）測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）.1 測量電橋測量電橋 一一.阻抗電橋的構(gòu)成及平衡條件阻抗電橋的構(gòu)成及平衡條件 1.構(gòu)成：如圖所示，由四個(gè)阻構(gòu)成：如圖所示，由四個(gè)阻抗構(gòu)成四個(gè)橋臂?？箻?gòu)成四個(gè)橋臂。A和和C接入接入電源電源E，B和和D端為輸出端。端為輸出端。輸出電壓輸出電壓:橋臂阻抗可以是電阻、電感和電容式傳感器橋臂阻抗可以是電阻、電感和電容式傳感器。31 3242034121234-()()CDCBzz zz zzVV

4、VEEEzzzzzzzz+ +- -測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）2.電橋的平衡條件電橋的平衡條件當(dāng)當(dāng)被測量為某一初始值并未發(fā)生變化時(shí)希望電橋輸出為被測量為某一初始值并未發(fā)生變化時(shí)希望電橋輸出為0 0。 z2z4-z1z3=0稱之為電橋平衡條件稱之為電橋平衡條件 或者： z2z4=z1z3 即對邊乘積相等；即對邊乘積相等；考慮考慮 zi 為為 復(fù)阻抗復(fù)阻抗 ijiizz平衡條件可改寫為：平衡條件可改寫為： 模值平衡條件，模值平衡條件， 相對邊幅值乘積相等相對邊幅值乘積相等 2413相位平衡條件，相位平衡條件， 相對邊相角之和相等相對邊相角之和相等2413zzzz測試技

5、術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）當(dāng)當(dāng)電橋的電源為直流時(shí)稱之為直流電橋電橋的電源為直流時(shí)稱之為直流電橋。顯然直流電。顯然直流電橋只能是橋只能是純電阻電橋純電阻電橋。電源若為交流稱之為。電源若為交流稱之為交流電橋交流電橋，交流，交流電橋橋臂可為電橋橋臂可為電阻、電感或電容電阻、電感或電容。 VER1R3R2R4測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）3電橋的工作方式：電橋的工作方式： 偏位法偏位法：電橋失衡，輸出不平衡的電壓，反應(yīng)快電橋失衡，輸出不平衡的電壓，反應(yīng)快。工業(yè)測控經(jīng)常。工業(yè)測控經(jīng)常 使用的都是這類電橋使用的都是這類電橋 零位法：電橋失衡后，伺服機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)

6、調(diào)整臂阻抗，使輸出恢復(fù)為零位法：電橋失衡后，伺服機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)整臂阻抗，使輸出恢復(fù)為 零，調(diào)整量的大小與被測量成正比，精度高。最常見的零，調(diào)整量的大小與被測量成正比，精度高。最常見的 是惠斯登電橋是惠斯登電橋 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）二、電橋的特性二、電橋的特性 1. 電橋的電壓靈敏度電橋的電壓靈敏度 以單工作臂直流電橋?yàn)槔詥喂ぷ鞅壑绷麟姌驗(yàn)槔?32401234()()()ER RR RVRRRR設(shè)工作臂為設(shè)工作臂為R1，則：，則： 0031213242113412234222341212()()()()()()dvvR RRR RR RESdRRRRRRER R

7、RRERRRRRR測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 通常使用電橋相對電壓靈敏度通常使用電橋相對電壓靈敏度 012021121.()vVR RSERRRR對于對于輸出對稱電橋輸出對稱電橋12344VERRRRRRS 對于電源對稱電橋?qū)τ陔娫磳ΨQ電橋2()VRRSERR 對于對于全等臂電橋全等臂電橋4VES 對對輸出對稱電橋和全等臂電橋，其靈敏度只與電源關(guān)輸出對稱電橋和全等臂電橋，其靈敏度只與電源關(guān)。若采用應(yīng)變。若采用應(yīng)變片作傳感器，可根據(jù)應(yīng)變片的額定電流適當(dāng)選擇電源。另外，電壓靈敏片作傳感器，可根據(jù)應(yīng)變片的額定電流適當(dāng)選擇電源。另外，電壓靈敏度度Sv是在是在RR時(shí)推出的，

8、若此條件不符合，則會(huì)出現(xiàn)非線性誤差時(shí)推出的，若此條件不符合，則會(huì)出現(xiàn)非線性誤差。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 單臂單臂 半橋半橋全橋全橋2. 電橋橋臂的電橋橋臂的接入特性接入特性 （指（指電橋工作臂在不同的設(shè)置方式下的輸出靈敏度電橋工作臂在不同的設(shè)置方式下的輸出靈敏度） 四個(gè)阻抗臂都感受被測量的變化稱之為全橋，相應(yīng)有半橋和單臂工作。四個(gè)阻抗臂都感受被測量的變化稱之為全橋，相應(yīng)有半橋和單臂工作。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）對于對于由電阻構(gòu)成的全橋由電阻構(gòu)成的全橋，這時(shí)輸出的關(guān)系式為：，這時(shí)輸出的關(guān)系式為： 132401234()() ()

9、ERRRRVRRRR0000012341234vvvvdvdRdRdRdRRRRR對于對于全等臂電橋或輸出對稱電橋全等臂電橋或輸出對稱電橋，可寫作：，可寫作：312401234()4dRdRdRdREdvRRRR測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 從這個(gè)等式中我們可以看出：從這個(gè)等式中我們可以看出： 當(dāng)一對相對邊感受大小相等、方向相同的信號(hào)時(shí)，電橋輸出不當(dāng)一對相對邊感受大小相等、方向相同的信號(hào)時(shí)，電橋輸出不為為0，感受大小相等、方向相反的信號(hào)時(shí)，輸出為，感受大小相等、方向相反的信號(hào)時(shí)，輸出為0。 當(dāng)相鄰邊感受大小相等、方向相反的信號(hào)時(shí)，電橋輸出不為當(dāng)相鄰邊感受大小相等、方

10、向相反的信號(hào)時(shí)，電橋輸出不為0；而感受大小相等、方向相同的信號(hào)時(shí)，輸出為而感受大小相等、方向相同的信號(hào)時(shí)，輸出為0。 因此，我們把因此，我們把相對邊稱為同變輸入端相對邊稱為同變輸入端工作時(shí)接入同變信號(hào)；工作時(shí)接入同變信號(hào)；把把相鄰邊稱為差變輸入端相鄰邊稱為差變輸入端工作是接入差變信號(hào)。這樣電橋才有工作是接入差變信號(hào)。這樣電橋才有最大輸出。這就是電橋的接入特性。最大輸出。這就是電橋的接入特性。 利用這一特性，通常電橋可用于利用這一特性，通常電橋可用于信號(hào)分離、抑制干擾和溫度補(bǔ)信號(hào)分離、抑制干擾和溫度補(bǔ)償?shù)?，使輸出信?hào)保持為最大。償?shù)龋馆敵鲂盘?hào)保持為最大。 312401234()4dRdRdRd

11、REdvRRRR測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）信號(hào)分離應(yīng)用：信號(hào)分離應(yīng)用：l 懸臂梁力的分解懸臂梁力的分解l 八角環(huán)測力儀八角環(huán)測力儀l 實(shí)際電橋還要考慮到電橋的電阻平衡或電容平實(shí)際電橋還要考慮到電橋的電阻平衡或電容平衡問題衡問題測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）1測量放大電路測量放大電路的作用的作用 1. 在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為號(hào)的放大電路稱為測量放大電路測量放大電路。2. 對其對其基本要求基本要求： 高輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相

12、匹配；高輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配； 可調(diào)的閉環(huán)增益；可調(diào)的閉環(huán)增益； 低噪聲、低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；低噪聲、低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率； 高共模輸入范圍和高共模抑制比；高共模輸入范圍和高共模抑制比；線性好、精度高；線性好、精度高； .測量放大電路測量放大電路測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）V+V+V-V-V V0 0R R0 0R Ri iA ARiRi； Ii0Ii0； R00 R00 ；帶寬；帶寬=；V0= AV0= A（V+ - V- V+ - V- ）；）； AA； V+=

13、V- V+=V- 。二、理想運(yùn)放及其基本電路二、理想運(yùn)放及其基本電路測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 1、u / u 放大器放大器V V0 0V Vi i021iiVVVRR201(1)iRVVR1R 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）2、u / i 放大器放大器V V0 0V Vi ii01Vi = R測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）3、i / u 放大器放大器V Vi i0i2Vi R V V0 0201RVRiV 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）4、i / i 放大器放大器02iiii12222

14、ii RViRR 102(1)iRiiR 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）5、差動(dòng)（數(shù)據(jù)）放大器、差動(dòng)（數(shù)據(jù)）放大器431321241(1/)()oiiRRRRuuuRRR 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器是把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大器的同是把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大器的同相和反相二個(gè)輸入端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分，相和反相二個(gè)輸入端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分，而盡量抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分。而盡量抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分。R3uoR4ui2R1-+N1R2ui1若若R R1 1= =R R2 2= =R R3 3= =R R4 4，則，則21oiiu

15、uu測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）6、 電橋放大電路電橋放大電路 由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路稱為由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路稱為電橋放電橋放大電路大電路。 應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器構(gòu)成電橋，經(jīng)運(yùn)算放大器放大，輸出放大了的電壓式傳感器構(gòu)成電橋，經(jīng)運(yùn)算放大器放大，輸出放大了的電壓或電流信號(hào)。或電流信號(hào)。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）R+RR2R1uoRRRu-+Nb) 同相輸入同相輸入（一）（一）單端輸入電橋放大電路單端輸入電橋放大電路Z1Z2Z

16、4Z3R2R1bauou-+Na) 反相輸入反相輸入測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）（二）差動(dòng)輸入電橋放大電路（二）差動(dòng)輸入電橋放大電路- -+ + +NR2=R1uoR1uR (1+)uaubRRR測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 在現(xiàn)代的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，大量使用了在現(xiàn)代的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，大量使用了電阻電橋作為把電阻電橋作為把非電量變換為電信號(hào)的變換電路非電量變換為電信號(hào)的變換電路。常用電路為由。常用電路為由INA102集成集成芯片組成的電阻電橋放大電路芯片組成的電阻電橋放大電路。 利用該電路，可對由熱敏電阻、光敏電阻、熱電偶、應(yīng)利用該電路，可

17、對由熱敏電阻、光敏電阻、熱電偶、應(yīng)變片等敏感元件感應(yīng)的力矩、力、位移、光、溫度等非電量變片等敏感元件感應(yīng)的力矩、力、位移、光、溫度等非電量進(jìn)行測量。進(jìn)行測量。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） INA102的集成儀表用放大器INA102INA102的集成儀表用放大器的集成儀表用放大器測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 由于由于INA102的內(nèi)部附設(shè)有的內(nèi)部附設(shè)有9個(gè)精度極高的金屬膜電阻個(gè)精度極高的金屬膜電阻，且其溫度穩(wěn)定性也很高，所以具有很高的增益精度。在，且其溫度穩(wěn)定性也很高，所以具有很高的增益精度。在使用時(shí)不需外接電阻，因而應(yīng)用極為方便，即只要連

18、接使用時(shí)不需外接電阻，因而應(yīng)用極為方便，即只要連接INA102的不同引腳便可得到不同的增益：的不同引腳便可得到不同的增益：1、10、100、1000。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 下圖中由下圖中由INA102集成芯片組成的電橋放大電路的電壓放集成芯片組成的電橋放大電路的電壓放大倍數(shù)為大倍數(shù)為1000，所以其輸出電壓，所以其輸出電壓u0=1000（u+-u-）。）。 為了抑制交流干擾，在電阻式電橋傳感器與放大器之間為了抑制交流干擾，在電阻式電橋傳感器與放大器之間應(yīng)采用屏蔽線。應(yīng)采用屏蔽線。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 下圖為采用半導(dǎo)體二極管

19、溫度傳感器構(gòu)成的的數(shù)字式下圖為采用半導(dǎo)體二極管溫度傳感器構(gòu)成的的數(shù)字式溫度計(jì)電路，測量范圍為溫度計(jì)電路，測量范圍為+150-50 +150-50 o oC C，分辨率為，分辨率為 0.10.1o oC C。電路由三部分組成。圖中電路由三部分組成。圖中R1R1、R2R2、D D和和RW1RW1構(gòu)成測量電橋，構(gòu)成測量電橋，D D為溫度傳感器。電橋的輸出信號(hào)接到集成信表放大器為溫度傳感器。電橋的輸出信號(hào)接到集成信表放大器INA102INA102的輸入端進(jìn)行放大。的輸入端進(jìn)行放大。A2A2構(gòu)成的電壓跟隨器，起隔離構(gòu)成的電壓跟隨器，起隔離作用，數(shù)顯表實(shí)現(xiàn)數(shù)字化顯示。作用，數(shù)顯表實(shí)現(xiàn)數(shù)字化顯示。測試技術(shù)基

20、礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）INA102INA102構(gòu)成的人體生物電信號(hào)構(gòu)成的人體生物電信號(hào)前置放大器電路圖前置放大器電路圖測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）7 7、隔離放大電路、隔離放大電路什么是隔離放大電路？什么是隔離放大電路？ 隔離放大電路的隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過程中沒有公共的接地端。路耦合，即信號(hào)在傳輸過程中沒有公共的接地端。應(yīng)用于何種場合？應(yīng)用于何種場合？ 隔離放大電路主要用于某些使用在惡劣環(huán)境中的測控系統(tǒng)，隔離放大電路主要用于某些使用在惡劣環(huán)境中的測控系統(tǒng)，

21、能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號(hào)。能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號(hào)。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）（一）基本原理（一）基本原理利用電磁耦合或光電耦合原理進(jìn)行電氣隔離放大利用電磁耦合或光電耦合原理進(jìn)行電氣隔離放大 a) 變壓器耦合輸入調(diào)制放 大 器耦合變壓器輸出解調(diào)放 大 器輸出輸入b) 光電耦合光耦合器輸 入放大器輸 出放大器輸出輸入LEDV原理框圖原理框圖測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）（二）通用隔離放大電路（二）通用隔離放大電路 1. 變壓器耦合隔離放大器變壓器耦合隔離放大器 變壓器耦合放大電路不能放大變化緩慢的

22、直流信號(hào)和變壓器耦合放大電路不能放大變化緩慢的直流信號(hào)和頻率很低的交流信號(hào)。在隔離放大器中，在變壓器的輸入頻率很低的交流信號(hào)。在隔離放大器中，在變壓器的輸入側(cè)，將側(cè)，將輸入電壓與一個(gè)具有較高固定頻率的信號(hào)混合輸入電壓與一個(gè)具有較高固定頻率的信號(hào)混合（稱（稱為為調(diào)制調(diào)制）；經(jīng)變壓器耦合，在輸出側(cè)，）；經(jīng)變壓器耦合，在輸出側(cè)，再將調(diào)制信號(hào)還原再將調(diào)制信號(hào)還原成原信號(hào)成原信號(hào)（稱為（稱為解調(diào)解調(diào)），然后輸出；從而達(dá)到傳遞直流信），然后輸出；從而達(dá)到傳遞直流信號(hào)和低頻信號(hào)的目的。號(hào)和低頻信號(hào)的目的。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）AD210變壓器耦合隔離放大器變壓器耦合隔離放大

23、器測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 圖中圖中A1A1為輸入放大電路，可以同相輸入，也可以為輸入放大電路，可以同相輸入，也可以反相輸入，分別構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路或反相比例運(yùn)算反相輸入，分別構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路或反相比例運(yùn)算電路，從而設(shè)定整個(gè)電路的增益，增益數(shù)值為電路，從而設(shè)定整個(gè)電路的增益，增益數(shù)值為1 1100100。A1A1的輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)制電路與振蕩器的輸出電壓波形混合，的輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)制電路與振蕩器的輸出電壓波形混合，然后通過變壓器耦合到輸出側(cè)，再經(jīng)解調(diào)電路還原，最然后通過變壓器耦合到輸出側(cè)，再經(jīng)解調(diào)電路還原，最后通過后通過A2A2構(gòu)成的電壓跟隨器輸出，以增強(qiáng)帶負(fù)載能

24、力。構(gòu)成的電壓跟隨器輸出，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。振蕩器的輸出通過變壓器耦合到輸入側(cè)，經(jīng)電源電路變振蕩器的輸出通過變壓器耦合到輸入側(cè)，經(jīng)電源電路變換為直流電，為換為直流電，為A1A1和調(diào)制電路供電；振蕩器的輸出通過和調(diào)制電路供電；振蕩器的輸出通過變壓器耦合輸出側(cè)，經(jīng)電源電路變換為直流電，為變壓器耦合輸出側(cè)，經(jīng)電源電路變換為直流電，為A2A2和和解調(diào)電路供電；而振蕩器由外部供電。解調(diào)電路供電；而振蕩器由外部供電。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 2. 光電耦合隔離放大器光電耦合隔離放大器 （1 1） ISO100 ISO100的光耦合放大器，由兩個(gè)運(yùn)放的光耦合放大器，由兩個(gè)運(yùn)放

25、A1A1和和A2A2、兩個(gè)恒流源、兩個(gè)恒流源I IREF1REF1和和I IREF2REF2以及一個(gè)光電耦合器組成。光電耦合器由一個(gè)發(fā)光二極管以及一個(gè)光電耦合器組成。光電耦合器由一個(gè)發(fā)光二極管LEDLED和兩和兩個(gè)光電二極管個(gè)光電二極管D1D1和和D2D2組成，起隔離作用，使輸入側(cè)和輸出側(cè)沒有電通路。組成，起隔離作用，使輸入側(cè)和輸出側(cè)沒有電通路。兩側(cè)電路的電源與地也相獨(dú)立。兩側(cè)電路的電源與地也相獨(dú)立。 R R和和RfRf為外接電阻，調(diào)整它們可以改變增為外接電阻，調(diào)整它們可以改變增益。若益。若D1D1和和D2D2所受光照相同，則所受光照相同，則 U0=(RF/R)Ui U0=(RF/R)Ui測試

26、技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）（2）HCNR200型線性光耦型線性光耦HCNR200HCNR200型線性光耦的原理如圖型線性光耦的原理如圖1 1所示。它由發(fā)光二極管所示。它由發(fā)光二極管D1D1、反饋光、反饋光電二極管電二極管D2D2、輸出光電二極管、輸出光電二極管D3D3組成。當(dāng)組成。當(dāng)D1D1通過驅(qū)動(dòng)電流通過驅(qū)動(dòng)電流IfIf時(shí)時(shí), ,發(fā)出紅外發(fā)出紅外光光( (伺服光通量伺服光通量) )。該光分別照射在。該光分別照射在D2D2、D3D3上上, ,反饋光電二極管吸收反饋光電二極管吸收D2D2光通光通量的一部分量的一部分, ,從而產(chǎn)生控制電流從而產(chǎn)生控制電流I1(I1=0.0

27、05If)I1(I1=0.005If)。該電流用來調(diào)節(jié)。該電流用來調(diào)節(jié)IfIf以補(bǔ)以補(bǔ)償償D1D1的非線性。輸出光電二極管的非線性。輸出光電二極管D3D3產(chǎn)生的輸出電流產(chǎn)生的輸出電流I2I2與與D1D1發(fā)出的伺服光通發(fā)出的伺服光通量成線性比例。令伺服電流增益量成線性比例。令伺服電流增益K1=I1/If,K1=I1/If,正向增益正向增益K2=I2/If,K2=I2/If,則傳輸則傳輸增益增益K3=K2/K1=I2/I1,K3K3=K2/K1=I2/I1,K3的典型值為的典型值為1 1。IfIfI1I1I2I2測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）輸輸 出出 與與 輸輸 入入

28、電電 壓壓 的的 關(guān)關(guān) 系系 如如 ： V VOUT OUT = K R2/R1 V= K R2/R1 VININ測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）.3 信號(hào)濾波信號(hào)濾波一一. 測試系統(tǒng)中的信號(hào)濾波：測試系統(tǒng)中的信號(hào)濾波：1.什么是什么是濾波濾波 在通過傳感器獲得的信號(hào)中，常?；煜性S多其他頻率成分的干在通過傳感器獲得的信號(hào)中，常常混淆有許多其他頻率成分的干擾。由于這些干擾的存在，有時(shí)得不到正確的測量值，甚至有時(shí)有用擾。由于這些干擾的存在，有時(shí)得不到正確的測量值，甚至有時(shí)有用的信號(hào)被淹沒在干擾噪聲中。為了突出有用信號(hào)，抑制噪聲干擾，我的信號(hào)被淹沒在干擾噪聲中。為了突出有用

29、信號(hào)，抑制噪聲干擾，我們就要對傳感器獲得的信號(hào)進(jìn)行濾波。們就要對傳感器獲得的信號(hào)進(jìn)行濾波。 濾波的實(shí)質(zhì)濾波的實(shí)質(zhì)： 就是對就是對信號(hào)進(jìn)行頻率選擇信號(hào)進(jìn)行頻率選擇，完成濾波功能的裝置稱，完成濾波功能的裝置稱為濾波器。為濾波器。當(dāng)信號(hào)通過濾波器時(shí)，信號(hào)中某些頻率成分得以通過，其當(dāng)信號(hào)通過濾波器時(shí)，信號(hào)中某些頻率成分得以通過，其他頻率成分的信號(hào)受到衰減或抑制。信號(hào)通過濾波器的過程，就稱為他頻率成分的信號(hào)受到衰減或抑制。信號(hào)通過濾波器的過程，就稱為對信號(hào)進(jìn)行濾波。對信號(hào)進(jìn)行濾波。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）且且f1 f2 f3 2fmax 最大信號(hào)頻率小于最大信號(hào)頻率小于1

30、00Hz可見差分方程可見差分方程 yn 0.5 ( xn + xn-1 ), 可以使可以使50Hz以下的信號(hào)通過，而以下的信號(hào)通過，而50Hz以上的信號(hào)得到衰減。通常根據(jù)需要設(shè)計(jì)以上的信號(hào)得到衰減。通常根據(jù)需要設(shè)計(jì) ai 、bi, 有關(guān)方面知識(shí)請有關(guān)方面知識(shí)請參考數(shù)字信號(hào)處理教材。參考數(shù)字信號(hào)處理教材。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）.4 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、什么是調(diào)制解調(diào)：一、什么是調(diào)制解調(diào)： 調(diào)制就是用調(diào)制就是用相對低頻的原始測量信號(hào)或叫基帶信號(hào)相對低頻的原始測量信號(hào)或叫基帶信號(hào)控制高頻震蕩控制高頻震蕩電信號(hào)（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脈沖序列等）

31、電信號(hào)（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脈沖序列等）的參數(shù)（振幅、頻率和相位），使這些參數(shù)隨基帶信號(hào)變化。的參數(shù)（振幅、頻率和相位），使這些參數(shù)隨基帶信號(hào)變化。 用來控制高頻載波參數(shù)的基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)或調(diào)制波。用來控制高頻載波參數(shù)的基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)或調(diào)制波。高頻高頻電振蕩稱為電振蕩稱為載波載波。被調(diào)制信號(hào)調(diào)制過的高頻電振蕩信號(hào)稱為。被調(diào)制信號(hào)調(diào)制過的高頻電振蕩信號(hào)稱為已調(diào)波或已調(diào)波或已調(diào)信號(hào)。已調(diào)信號(hào)。 載波是自己提供的，調(diào)制信號(hào)是采集來的載波是自己提供的，調(diào)制信號(hào)是采集來的 已調(diào)信號(hào)通過信道傳送到接收端，在接收端經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)成原始已調(diào)信號(hào)通過信道傳送到接收端，在接收端經(jīng)解調(diào)后

32、恢復(fù)成原始調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)。解調(diào)是調(diào)制的反變換，是從已調(diào)波中提取調(diào)制信號(hào)的過程。解調(diào)是調(diào)制的反變換，是從已調(diào)波中提取調(diào)制信號(hào)的過程。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）二、調(diào)制方式的分類二、調(diào)制方式的分類 1、調(diào)制方式按照調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)分為調(diào)制方式按照調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩類；兩類；模擬調(diào)制一般指調(diào)制信號(hào)和載波都是連續(xù)波的調(diào)制方式。有模擬調(diào)制一般指調(diào)制信號(hào)和載波都是連續(xù)波的調(diào)制方式。有調(diào)幅調(diào)幅(AM)、調(diào)頻、調(diào)頻(FM)和調(diào)相和調(diào)相(PM)。數(shù)字調(diào)制一般指調(diào)制信號(hào)是離散的，而載波是連續(xù)波的調(diào)制方式。數(shù)字調(diào)制一般指調(diào)制信號(hào)是離散的，而載波

33、是連續(xù)波的調(diào)制方式。有振幅鍵控（有振幅鍵控（ASK） 把二進(jìn)制符號(hào)0和1分別用不同的幅度來表示。如振幅為表示，振幅為表示；移頻鍵控移頻鍵控(FSK) 用不同的頻率來表示不同的符號(hào)。如2KHz表示0，3KHz表示1； 移相鍵控移相鍵控(PSK) 相移鍵控調(diào)制，通過二進(jìn)制符號(hào)0和1來判斷信號(hào)前后相位。如1時(shí)用相位，0時(shí)用0相位。測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）2、按照載波的形式分為、按照載波的形式分為連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制兩類。兩類。脈沖調(diào)制有脈沖調(diào)制有脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制(PAM)、脈寬調(diào)制（、脈寬調(diào)制（PWM）、）、脈頻調(diào)制（脈頻調(diào)制（PFM）、脈位調(diào)制）

34、、脈位調(diào)制(PPM)、脈碼調(diào)制、脈碼調(diào)制(PCM)等。等。本節(jié)主要介紹模擬調(diào)制解調(diào)概念本節(jié)主要介紹模擬調(diào)制解調(diào)概念 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）三、模擬調(diào)制解調(diào)技術(shù)三、模擬調(diào)制解調(diào)技術(shù) 模擬調(diào)制是指調(diào)制信號(hào)和載波都是連續(xù)波的調(diào)制方式。它有調(diào)幅、模擬調(diào)制是指調(diào)制信號(hào)和載波都是連續(xù)波的調(diào)制方式。它有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式。調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式。 設(shè)調(diào)制信號(hào)為設(shè)調(diào)制信號(hào)為 載波為載波為 調(diào)幅調(diào)幅(AM)：用調(diào)制信號(hào)控制載波的振幅用調(diào)制信號(hào)控制載波的振幅，使載波的振幅隨著調(diào)制信，使載波的振幅隨著調(diào)制信號(hào)變化。已調(diào)波稱為調(diào)幅波。號(hào)變化。已調(diào)波稱為調(diào)幅波。 調(diào)幅波的頻率

35、仍是載波頻率，調(diào)幅波包絡(luò)的形狀反映調(diào)制信號(hào)調(diào)幅波的頻率仍是載波頻率，調(diào)幅波包絡(luò)的形狀反映調(diào)制信號(hào)的波形。調(diào)幅系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單的波形。調(diào)幅系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單,但抗干擾性差但抗干擾性差,傳輸時(shí)信號(hào)容易失真。傳輸時(shí)信號(hào)容易失真。111( )cos()x tAt222cos()xAt1221122( )cos()cos()cos()yx t AtAt At2110測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 調(diào)頻調(diào)頻(FM)：用調(diào)制信號(hào)控制載波的振蕩頻率用調(diào)制信號(hào)控制載波的振蕩頻率，使載波，使載波的頻率隨著調(diào)制信號(hào)變化。已調(diào)波稱為調(diào)頻波。的頻率隨著調(diào)制信號(hào)變化。已調(diào)波稱為調(diào)頻波。 調(diào)頻波的振幅保持不

36、變，調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率偏離載波調(diào)頻波的振幅保持不變，調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率偏離載波頻率的量與調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值成比例。調(diào)頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)稍復(fù)頻率的量與調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值成比例。調(diào)頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)稍復(fù)雜，占用的頻帶遠(yuǎn)較調(diào)幅波為寬，因此必須工作在超短波雜，占用的頻帶遠(yuǎn)較調(diào)幅波為寬，因此必須工作在超短波波段。但抗干擾性能好，波段。但抗干擾性能好，傳輸時(shí)信號(hào)失真小，設(shè)備利用率傳輸時(shí)信號(hào)失真小，設(shè)備利用率也較高。也較高。221cos ( )yAkx t t2211cos (cos()yAkAt t測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器） 調(diào)相調(diào)相(PM)：用調(diào)制信號(hào)控制載波的相位用調(diào)制信號(hào)控制載波的相位，使載波

37、的相位隨，使載波的相位隨著調(diào)制信號(hào)變化。著調(diào)制信號(hào)變化。已調(diào)波稱為調(diào)相波已調(diào)波稱為調(diào)相波。 調(diào)相波的振幅保持不變，調(diào)相波的振幅保持不變，調(diào)相波的瞬時(shí)相角偏離載波調(diào)相波的瞬時(shí)相角偏離載波相角的量與調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值成比例。相角的量與調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值成比例。 在調(diào)頻時(shí)相角也有相應(yīng)的變化，但這種相角變化并不在調(diào)頻時(shí)相角也有相應(yīng)的變化，但這種相角變化并不與調(diào)制信號(hào)成比例。在調(diào)相時(shí)頻率也有相應(yīng)的變化，但這種與調(diào)制信號(hào)成比例。在調(diào)相時(shí)頻率也有相應(yīng)的變化，但這種頻率變化并不與調(diào)制信號(hào)成比例。頻率變化并不與調(diào)制信號(hào)成比例。 221cos( )yAtkx t2211cos(cos()yAtkAt測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）下面以調(diào)幅波為例簡單介紹調(diào)制解調(diào)的過程。下面以調(diào)幅波為例簡單介紹調(diào)制解調(diào)的過程。復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 傅立葉變換的頻移性傅立葉變換的頻移性 ：若若 ，則，則 )()(Ftf)()(0Fetftj00()0( )( ( )( ( )()jtj tjtjtFf t eedtf t edtF測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的轉(zhuǎn)換與調(diào)理（信號(hào)調(diào)節(jié)器）測試技術(shù)基礎(chǔ) 第五章 測試信號(hào)的