機(jī)械工程測(cè)試第四章

1、機(jī)械工程測(cè)試第四章第1頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四3.直流電橋工作特性第2頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四1）半橋單臂令 則第3頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2）半橋雙臂令 則第4頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四3）全橋令 則第5頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四結(jié)論（電橋的和差特性）： *相鄰臂符號(hào)同，輸出為兩半臂各自輸出之差； 相鄰臂符號(hào)反，輸出為兩半臂各自輸出之和。 *和差性質(zhì)的應(yīng)用例：溫度補(bǔ)償；應(yīng)變測(cè)力組橋第6頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期

2、四4.電橋零位平衡調(diào)節(jié)第7頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四二.交流電橋 1.平衡條件第8頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2.幾種交流電橋 1）電容電橋 平衡條件第9頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 2）電感電橋 平衡條件： 3）純電阻交流電橋第10頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四3.交流電橋的平衡裝置 第11頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四三.帶感應(yīng)耦和臂的電橋第12頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 第二節(jié)調(diào)制與解調(diào)1.調(diào)制定義2.調(diào)制方式：調(diào)幅、調(diào)頻

3、、調(diào)相3.解調(diào)定義第13頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四一.調(diào)幅及其解調(diào)1.調(diào)幅原理載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)已調(diào)制波第14頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2.解調(diào)*解調(diào)方式：同步解調(diào)、整流解調(diào)、相敏解調(diào)1）同步解調(diào)（1）方法：將調(diào)制波與原載波信號(hào)相乘，從中濾去高頻分量。第15頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四（2）時(shí)、頻域分析第16頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2）整流解調(diào)第17頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四3）相敏解調(diào)原理第18頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星

4、期四第19頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第20頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第21頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第22頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第23頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四相敏解調(diào)器的應(yīng)用例第24頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四二.調(diào)頻及其解調(diào)1.調(diào)頻1）定義2）調(diào)頻方法及原理（1）直接調(diào)頻法（2）參數(shù)調(diào)頻法第25頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四調(diào)頻分析第26頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分

5、，星期四（3）電壓調(diào)頻法u0第27頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四3.調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)（鑒頻）1）定義2）鑒頻（解調(diào)）方法：微分鑒頻、相位鑒頻、 斜率鑒頻、鎖相環(huán)等3）斜率鑒頻工作原理第28頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第三節(jié) 濾波器1.濾波器的功能 使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，非特定的頻率成分被極大地衰減。 濾波器在測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用有： 1)在噪聲背景下提取有用的信號(hào) 2)構(gòu)成各種模擬頻譜分析儀 3) 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中的預(yù)處理環(huán)節(jié)（如解決混頻問(wèn)題） 第29頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2.濾波器的類(lèi)別1）依據(jù)選頻

6、作用分 (1)低通濾波器 (2)高通濾波器 (3)帶通濾波器 (4)帶阻濾波器過(guò)渡帶B第30頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2）依據(jù)所處理的信號(hào)性質(zhì)分為 模擬濾波器 數(shù)字濾波器3）依據(jù)是否帶有源器件分為 無(wú)源濾波器 有源濾波器二.濾波器性能分析 1. 理想濾波器特性 對(duì)理想濾波器的基本要求：對(duì)有用信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏?，?duì)無(wú)用信號(hào)能完全抑制。 理想特性可歸納為: 第31頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四理想測(cè)試系統(tǒng)理想濾波器低通濾波器的理想特性 (1)有用信號(hào)頻帶內(nèi) ，應(yīng)當(dāng)是常值幅頻，線(xiàn)性相頻; (2)有用信號(hào)頻帶外，幅頻立即下降到零，相頻特性如何無(wú)關(guān)緊要

7、。 低頻理想濾波器的頻響函數(shù)及特性曲線(xiàn)：第32頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四4.實(shí)際濾波器的特性及主要特性參數(shù) 1）實(shí)際濾波器的特性（帶通）如下圖。 2）主要特性參數(shù)： （1）截止頻率 幅頻特性值等于 所對(duì)應(yīng)的頻率：即fc1、 fc2。fc1、 fc2分別稱(chēng)為下截止頻率和上截止頻率。 第33頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 （2）帶寬 濾波器的工作頻率范圍，即B=fc2-fc1。 因?yàn)椋?，所以fc2-fc1常稱(chēng)為“負(fù)三分貝帶寬”。 （3）紋波幅度 實(shí)際濾波器在通頻帶內(nèi)的幅度波動(dòng)值 。第34頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期

8、四 （4）品質(zhì)因數(shù)Q 中心頻率fn與帶寬B之比，即 ，其中 稱(chēng)為中心頻率。 （5) 選擇性 表示濾波器對(duì)帶寬外頻率成分的衰減能力，有兩種表示方式： 倍頻程選擇性 用幅頻特性曲線(xiàn)上兩對(duì)應(yīng)點(diǎn)的縱坐標(biāo)之比表示，通常用截止頻率fc2與2fc2，或下截止頻率fc1與1/2fc1幅頻特性值之比來(lái)表示，即：或它實(shí)際上是頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)的幅值衰減量。第35頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 濾波器因數(shù) 用兩個(gè)幅頻特性值所對(duì)應(yīng)的帶寬之比表示，常用幅頻特性為60dB處的帶寬B 60dB 與3dB處的帶寬B 3dB之比表示，即 = B 60dB / B 3dB 理想濾波器的1，一般1 5。

9、 兩種選擇性定義均表示了實(shí)際濾波器與理想濾波器的接近程度。第36頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 三.幾種實(shí)際濾波電路及特性 RC濾波器由電阻、電容等無(wú)源元器件組成，常稱(chēng)為無(wú)源濾波器。特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻性能，選用標(biāo)準(zhǔn)阻容元件容易實(shí)現(xiàn)。 1 .一階RC低通濾波器 電路圖第37頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四幅頻圖相頻圖 電路的微分方程及幅頻、相頻特性圖為 （ ）第38頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四*特性分析： a.當(dāng) 時(shí)，A(f)1，（f）-f關(guān)系為近似于一條通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。此時(shí)可視RC低通濾波器為不

10、失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。 b.當(dāng) 時(shí)， ，即 表明，RC值決定著上截止頻率，改變RC數(shù)值，可改變?yōu)V波器的截止頻率。 第39頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 2. RC高通濾波器 電路圖 電路微分方程及傳遞函數(shù)、頻響函數(shù)為 （ ）第40頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 幅頻、相頻特性及特性圖為第41頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四*特性分析 a.當(dāng) 時(shí)， ，濾波器的-3dB截止頻率為 b.當(dāng) 時(shí)， 即當(dāng)f相當(dāng)大時(shí)，幅頻特性接近于1，相移趨于零，此時(shí)RC高通濾波器可視為不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。 c.當(dāng) 時(shí)，RC高通濾波器起著微分器作用。第42頁(yè)

11、，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 （3） RC帶通濾波器 RC帶通濾波器可視為低通、高通濾波器串聯(lián)而成 。已知 一階高通濾波器的傳遞函數(shù)為一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為串聯(lián)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、幅頻特性、相頻特性為第43頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四故帶通濾波器的傳遞函數(shù)、幅頻特性、相頻特性為濾波器的下、上截止頻率分別是第44頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四（4）常用的一階RC濾波器特性匯總第45頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四*一階RC濾波器的缺陷 在過(guò)渡帶內(nèi)的衰減速率很慢（每個(gè)倍頻程只有6dB），通帶和阻

12、帶之間沒(méi)有陡峭的界限，濾波性能較差。 改進(jìn)方式：#LC濾波器（教材圖4-28）；#多個(gè)RC環(huán)節(jié)或LC環(huán)節(jié)級(jí)聯(lián)（教材圖4-29）；#有源濾波器。第46頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四四.濾波器的組合使用 1）濾波器的串聯(lián) （1）基本要求：串聯(lián)使用的濾波器中心頻率應(yīng)相同。 （2）串聯(lián)特性：幅頻特性相乘，使通頻帶外的頻率成分有更大的衰減斜率；相頻相加，使相位變化更劇烈，惡化使用效果。 2）濾波器的并聯(lián) （1）用途： 選取信號(hào)中某些特殊頻率成分， 作頻譜分析 。第47頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 （2）基本要求： 各濾波器均為帶通濾波器，各濾波器具有

13、相同放大倍數(shù)。 （3）實(shí)施方案： 由中心頻率可調(diào)的單一濾波器組成，特點(diǎn)：頻率調(diào)節(jié)范圍有限； 由若干個(gè)中心頻率、帶寬按一定的規(guī)律分布的濾波器組成。應(yīng)用例如下圖示。 第48頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第49頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 a.排列要求：排列起來(lái)的濾波器組的濾波范圍應(yīng)能覆蓋待分析信號(hào)的整個(gè)頻譜，具體為：前一個(gè)濾波器的-3dB上截止頻率與下一個(gè)相鄰濾波器的-3dB下截止頻率鄰接，如圖示。第50頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 b.帶寬分布的方式：有兩種 .恒帶寬比濾波器：各濾波器組元帶寬B與其中心頻率fo之比

14、 為一常數(shù)，即 。并使 （1） （此時(shí)也存在 ）式中：fc1、fc2兩鄰接濾波器的中心頻率； n倍頻程數(shù)，n取值1、1/3等。對(duì)應(yīng)的濾波器稱(chēng)為倍頻程濾波器、1/3倍頻程濾波器，其頻率分布如表示。第51頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 因?yàn)?（2） 所以 ， 又因 故第52頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四若n1， 則Q1.41 B=0.707fo若n1/3，則Q4.38 B=0.23fo由此求得對(duì)應(yīng)于各中心頻率的帶寬如表2示：n=1n=1/3第53頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四*恒帶寬比濾波器特點(diǎn)： 通頻帶在低頻段窄，分辨

15、力好；通頻帶在高頻段寬，分辨力差。 .恒帶寬濾波器： 組成方式 各濾波器組元帶寬B相同,滿(mǎn)足 第54頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 性能特點(diǎn) 通頻帶在高、低頻段相同，分辨力相同。 為提高分辨力，濾波器帶寬需取窄些，這在給定譜寬條件下，所需濾波器數(shù)量則大。第55頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 3）中心頻率可調(diào)式 通過(guò)改變中心頻率使該濾波器的通帶跟隨所要分析的信號(hào)頻率范圍要求來(lái)變化。但此類(lèi)帶通濾波器，在調(diào)節(jié)中心頻率過(guò)程會(huì)改變?yōu)V波器的參數(shù)如增益、Q值，因此這種濾波器，中心頻率的調(diào)節(jié)范圍有限 第56頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星

16、期四*濾波器帶寬與分辨力關(guān)系例：已知一信號(hào)含有的頻率成分為940Hz和1060Hz，現(xiàn)用倍頻程分別為1/3、1/10的兩種恒帶寬比濾波器與另一具有-3dB帶寬3Hz的恒帶寬濾波器分別對(duì)其進(jìn)行譜分析，分析結(jié)果如下圖。第57頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第五節(jié) 測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄 顯示與記錄的目的:(1) 觀(guān)察各路信號(hào)的大小或?qū)崟r(shí)波形;(2)及時(shí)掌握測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，如輸出信號(hào)大小;信號(hào)中含狀況;(3)記錄信號(hào)的重現(xiàn);(4)對(duì)信號(hào)進(jìn)行后續(xù)的分析和處理。第58頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 一、信號(hào)顯示儀器 1.模擬示波器陰極射線(xiàn)示波器 由示波

17、管、放大器和鋸齒波發(fā)生器等部分構(gòu)成。在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上加信號(hào)電壓，在水平偏轉(zhuǎn)板上加鋸齒波電壓，可使電子束在熒光屏上描繪出欲研究的電壓波形，以便觀(guān)察、記錄或拍攝照片。第59頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2.數(shù)字示波器 用A/D轉(zhuǎn)換器將被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)，再以數(shù)字方式顯示。第60頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 數(shù)字示波器的優(yōu)點(diǎn) （1）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回放功能，便于觀(guān)測(cè)單次過(guò)程和緩慢變化的信號(hào)，也便于進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理; （2）具有高分辨率的顯示系統(tǒng)，便于對(duì)各類(lèi)性質(zhì)的信號(hào)進(jìn)行觀(guān)察，可看到更多的信號(hào)細(xì)節(jié); （3）便于程控，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量; （4）可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。第61頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四3.數(shù)字存儲(chǔ)示波器 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)，再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器恢復(fù)為模擬信號(hào)，以模擬方式顯示在陰極射線(xiàn)管或液晶顯示屏上。 第62頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5