傳感器調(diào)理電路傳感器調(diào)理電路第1頁2第三章第三節(jié)信號調(diào)制與解調(diào)本節(jié)主要內(nèi)容：調(diào)制信號已調(diào)波信號調(diào)整器種類調(diào)制概念解調(diào)技術(shù)調(diào)幅波解調(diào)---相敏檢波調(diào)頻波解調(diào)---鑒頻器載波傳感器調(diào)理電路第2頁一.信號調(diào)整器種類1.參量變換型：常見于參量型傳感器，將電參量變換成電壓和電流量。被測量參量型傳感器電橋、諧振電路ΔR,ΔL,ΔCΔV,ΔI2.阻抗變換、幅度調(diào)整

被測量發(fā)電型傳感器放大、衰減、阻抗匹配、變換ΔU,ΔIV,I3.調(diào)制、解調(diào)被測量傳感器解調(diào)調(diào)制放大、傳送調(diào)制波輸出第三節(jié)信號調(diào)制與解調(diào)信號調(diào)制與解調(diào)傳感器調(diào)理電路第3頁4.品質(zhì)調(diào)整：線性化處理—擴(kuò)充測量范圍，降低非線性失真；濾波—保持有用信號，消除干擾；倍頻、細(xì)分—提升測量精度。5.A/D、D/A轉(zhuǎn)換：與計(jì)算機(jī)相聯(lián)絡(luò)。機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)信號調(diào)制與解調(diào)二.調(diào)制與解調(diào)概念載波:被調(diào)制信號，普通是較高頻率交變信號調(diào)制信號:被測信號（控制信號）已調(diào)制波:最終輸出就是一個調(diào)制電路，解調(diào):最終從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號過程.傳感器調(diào)理電路第4頁1目標(biāo)

處理微弱緩變信號放大以及信號傳輸問題。

傳感器調(diào)理電路第5頁

先將微弱緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最終再從放大器輸出信號中取出放大了緩變信號。例：交流電橋VinVoR1R3R2R4傳感器調(diào)理電路第6頁如交流電橋就是一個調(diào)制電路，橋臂上元件參數(shù)改變規(guī)律調(diào)制電橋輸出電壓幅值，稱作幅度調(diào)制。調(diào)制信號調(diào)幅波ttttuuuuOOOO圖3-14載波\調(diào)制信號及已調(diào)波機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)信號調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻波載波傳感器調(diào)理電路第7頁a)幅度調(diào)制(AM)b)頻率調(diào)制(FM)c)相位調(diào)制(PM)2調(diào)制種類傳感器調(diào)理電路第8頁3幅度調(diào)制

調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號改變而改變．緩變信號調(diào)制高頻信號放大放大高頻信號解調(diào)放大緩變信號傳感器調(diào)理電路第9頁幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)傳感器調(diào)理電路第10頁幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)課時(shí)域分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)傳感器調(diào)理電路第11頁

幅度調(diào)制過程（數(shù)學(xué)頻域分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)FTFTFT傳感器調(diào)理電路第12頁

幅度解調(diào)過程（數(shù)學(xué)頻域分析）FT乘法器濾波器x(t)xm(t)傳感器調(diào)理電路第13頁幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)傳感器調(diào)理電路第14頁調(diào)制解調(diào)

調(diào)制與解調(diào)傳感器調(diào)理電路第15頁調(diào)幅時(shí)直流偏置電壓

若對信號x(t)進(jìn)行偏置，疊加一個直流分量D，使偏置后信號都含有正電壓。傳感器調(diào)理電路第16頁調(diào)幅傳感器調(diào)理電路第17頁解調(diào)二極管檢波低通濾波包絡(luò)檢波傳感器調(diào)理電路第18頁調(diào)幅波波形失真a）過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，不然x(t)相位將發(fā)生180。傳感器調(diào)理電路第19頁b)重合失真：調(diào)幅波是由一對每邊為fm雙邊帶信號組成．當(dāng)載波頻率fz較低時(shí)，正頻端下邊帶將與負(fù)頻端上邊帶相重合．要求:fz＞fm

傳感器調(diào)理電路第20頁相敏檢波電路信號調(diào)制與解調(diào)

解調(diào)技術(shù)u傳感器調(diào)理電路第21頁相敏檢波A54123BCd....z(t)xm(t)x(t)D3D4D1D2C傳感器調(diào)理電路第22頁傳感器調(diào)理電路第23頁試件電橋放大相敏檢波低通顯示統(tǒng)計(jì)振蕩器動態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖信號調(diào)制與解調(diào)應(yīng)用----動態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖傳感器調(diào)理電路第24頁4頻率調(diào)制

調(diào)頻是利用信號x(t)幅值調(diào)制載波頻率，或者說，調(diào)頻波是一個隨信號x(t)電壓幅值而改變疏密度不一樣等幅波.傳感器調(diào)理電路第25頁采取乘法器壓控振蕩器調(diào)制方法傳感器調(diào)理電路第26頁傳感器調(diào)理電路第27頁解調(diào)方法鑒頻：T1T2T3T4F傳感器調(diào)理電路第28頁鑒頻電路：傳感器調(diào)理電路第29頁頻率——電壓線性變換個別幅值檢波個別

變器耦合諧振回路鑒頻信號調(diào)制與解調(diào)鑒頻器原理u傳感器調(diào)理電路第30頁調(diào)制與解調(diào)案例：旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭距測量傳感器調(diào)理電路第31頁調(diào)制與解調(diào)案例：鐵路機(jī)車調(diào)度信號檢測調(diào)制頻率8.5Hz，綠燈調(diào)制頻率23.5Hz，紅燈傳感器調(diào)理電路第32頁本節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)：

1.調(diào)制與解調(diào)概念；

2.從數(shù)課時(shí)域分析、波形分析、頻域分析和頻譜圖分析，全方面了解調(diào)制與解調(diào)過程。作業(yè)：1.分析相敏檢波器工作過程；

2.課后作業(yè)。傳感器調(diào)理電路第33頁34第三章第四節(jié)濾波器本節(jié)主要內(nèi)容：濾波器作用依處理信號性質(zhì)依元器件濾波器分類實(shí)際RC濾波器基礎(chǔ)參數(shù)基礎(chǔ)特征依電路性質(zhì)依選頻作用傳感器調(diào)理電路第34頁

一、濾波器？

濾波器是一個選頻裝置，能夠使信號中特定頻率成份經(jīng)過，而極大地衰減其它頻率成份．傳感器調(diào)理電路第35頁傳感器取得信號中，混同有許多其它頻率干擾。有用信號被淹沒在干擾噪聲中。為了突出有用信號，抑制噪聲干擾，對傳感器取得信號進(jìn)行濾波。濾波實(shí)質(zhì)：就是對信號進(jìn)行頻率選擇，完成濾波功效裝置稱為濾波器。當(dāng)信號經(jīng)過濾波器時(shí)，信號中一些頻率成份得以經(jīng)過，其它頻率成份信號受到衰減或抑制。信號經(jīng)過濾波器過程，就稱為對信號進(jìn)行濾波。濾波器傳感器調(diào)理電路第36頁比如：在機(jī)械加工中經(jīng)常使用電動輪廓儀來測量工件表面粗糙度。在測量過程中，電感傳感器測針沿被測表面滑過，這時(shí)，傳感器輸出電壓信號中包含三種成份：（1） 表面坡度信號x1(t)f1（2） 表面粗糙度信號x2(t)f2（3） 高頻電氣干擾x3(t)f3且f1<f2<f3V0=x1(t)+x2(t)+x3(t)咱們對V0進(jìn)行頻譜分析：

為了準(zhǔn)確地測量粗糙度信號，咱們能夠讓V0分別經(jīng)過一個低通濾波器和一個高通濾波器，分別濾掉f3和f1，這么f2就不失真經(jīng)過。濾波器傳感器調(diào)理電路第37頁二．濾波器類型（1）按選頻功效分：低通濾波器，高通濾波器帶通濾波器，帶阻濾波器機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)濾波器傳感器調(diào)理電路第38頁3)帶通濾波器

它通頻帶在f1～f2之間。機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)濾波器4)帶阻濾波器

阻帶在頻率f1～f2之間傳感器調(diào)理電路第39頁低通濾波器和高通濾波器是濾波器兩種最基礎(chǔ)形式，其它濾波器都能夠分解為這兩種類型濾波器，比如：低通濾波器與高通濾波器串聯(lián)為帶通濾波器，低通濾波器與高通濾波器并聯(lián)為帶阻濾波器。

機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)低通濾波器與高通濾波器串聯(lián)

濾波器傳感器調(diào)理電路第40頁有源濾波器傳感器調(diào)理電路第41頁（2）按處理信號性質(zhì)分模擬濾波器：由R、L、C電路組成；數(shù)字濾波器：由一定算法在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。模擬濾波器數(shù)字濾波器機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)濾波器（3）按組成濾波器元件類型分

RC、LC、晶體諧振電路

(4)按組成濾波器電路性質(zhì)分：有源和無源傳感器調(diào)理電路第42頁三、模擬濾波器1.理想濾波器

-濾波器其幅頻及相頻特征曲線為

理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)頻率成份都衰減為零,其通帶和阻帶間有豎直分界限濾波器。傳感器調(diào)理電路第43頁理想濾波器物理不可實(shí)現(xiàn)

理想濾波器在時(shí)域內(nèi)脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t）為sinc函數(shù)。脈沖響應(yīng)波形沿橫坐標(biāo)左、右無限延伸。

給理想濾波器一個脈沖激勵，在t>0時(shí)刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。故物理不可實(shí)現(xiàn)。fcH(f)f傳感器調(diào)理電路第44頁)(ty0tbtaA05.0A0tabfc21fc21fc21fc21)a)(ty0tbtaA05.0A0tabt0

傳感器調(diào)理電路第45頁

實(shí)際濾波器

理想濾波器是不存在，實(shí)際濾波器幅頻特征中通帶和阻帶間沒有嚴(yán)格界限,，存在過渡帶。

0fA傳感器調(diào)理電路第46頁0ffc1fc2A00.707A01)截止頻率fc：0.707A0所對應(yīng)頻率．

2)紋波幅度d：繞幅頻特征均值A(chǔ)0波動值3)帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q：上下兩截頻間頻率范圍稱為帶寬。中心頻率和帶寬之比稱為品質(zhì)因數(shù)。BQ=f0/B2d2.實(shí)際濾波器基礎(chǔ)參數(shù)

傳感器調(diào)理電路第47頁4）倍頻程選擇性W

它決定著濾波器對帶寬外頻率成份衰阻能力。指在上截止頻率fc2與2fc2之間，或者在下截止頻率fc1與fc1/2之間幅頻特征衰減值，即頻率改變一個倍頻程時(shí)衰減量或

濾波器傳感器調(diào)理電路第48頁3.RC濾波器性質(zhì)

電路簡單，抗干擾性強(qiáng)，有很好低頻性能一階RC低通濾波器

電路及其幅頻、相頻特征以下列圖所表示。

機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)濾波器傳感器調(diào)理電路第49頁設(shè)濾波器輸入電壓為ex，輸出電壓為ey，電路微分方程為令

=RC，稱為時(shí)間常數(shù)，對上式取拉氏變換，有

或

其幅頻、相頻特征公式為

分析可知，當(dāng)f很小時(shí)，A(f)=1，信號不受衰減地經(jīng)過；當(dāng)f很大時(shí)，A(f)=0，信號完全被阻擋，不能經(jīng)過。

(克希荷夫電壓定律)機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)濾波器傳感器調(diào)理電路第50頁一階RC高通濾波器

RC高通濾波器電路及其幅頻、相頻特征以下列圖所表示。

設(shè)濾波器輸入電壓為ex，輸出電壓為ey，電路微分方程為同理，令

=RC，對上式取拉氏變換，有

或?yàn)V波器傳感器調(diào)理電路第51頁其幅頻、相頻特征公式為

分析可知，當(dāng)f很小時(shí)，A(f)=0，信號完全被阻擋，不能經(jīng)過；當(dāng)f很大時(shí)，A(f)=1，信號不受衰減經(jīng)過。

機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)濾波器傳感器調(diào)理電路第52頁RC帶通濾波器

其電路及其幅頻、相頻特征以下列圖所表示。

其幅頻、相頻特征公式為

H(s)=H1(s)H2(s)式中H1(s)為高通濾波器傳遞函數(shù)，H2(s)為低通濾波器傳遞函數(shù)。有濾波器傳感器調(diào)理電路第53頁

恒帶寬、恒帶寬比濾波器

實(shí)際濾波器頻率通帶通常是可調(diào)，依據(jù)實(shí)際濾波器中心頻率與帶寬之間數(shù)值關(guān)系，能夠分為兩種。2)恒帶寬比帶通濾波器

1)恒帶寬帶通濾波器

傳感器調(diào)理電路第54頁四、數(shù)字濾波對數(shù)字信號進(jìn)行頻率選擇則稱為數(shù)字濾波。利用對應(yīng)數(shù)學(xué)運(yùn)算對信號進(jìn)行頻率選擇。消除隨機(jī)噪聲稱為數(shù)據(jù)平滑濾波，濾波器

數(shù)字濾波器作用利用離散時(shí)間系統(tǒng)特征對輸入信號波形（或頻譜）進(jìn)行加工處理，或者說利用數(shù)字方法按預(yù)定要求對信號進(jìn)行變換，到達(dá)改變信號頻譜目標(biāo)。從廣義講，數(shù)字濾波是由計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)，是含有某種算法數(shù)字處理過程。

傳感器調(diào)理電路第55頁

抗混疊濾波器，是為確保采樣定理而設(shè)計(jì)重構(gòu)濾波器用于對數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出信號做平滑處理數(shù)字濾波器詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，可用專用數(shù)字濾波器件，也可用數(shù)字信號處理器（DSP）編程實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字濾波器還能夠?qū)π盘栆恍┨卣鬟M(jìn)行賠償，如幅頻特征、相位特征賠償或完成更復(fù)雜功效。數(shù)字濾波理論與方法屬于數(shù)字信號處理范圍。Xa(t)

ya(t)

抗混疊濾波S/H

ADC

數(shù)字濾波DAC重構(gòu)濾波器

連續(xù)時(shí)間信號數(shù)字濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)框圖濾波器傳感器調(diào)理電路第56頁五濾波器應(yīng)用超門限報(bào)警

案例：旅游索道鋼纜檢測傳感器調(diào)理電路第57頁由案例提煉經(jīng)典試驗(yàn)：鋼管無損探傷濾除信號中零漂和低頻晃動，便于門限報(bào)警傳感器調(diào)理電路第58頁案例：機(jī)床軸心軌跡濾波處理

傳感器調(diào)理電路第59頁案例：機(jī)床軸心軌跡濾波處理濾除信號中高頻噪聲，方便于觀察軸心運(yùn)動規(guī)律

傳感器調(diào)理電路第60頁61第三章第五節(jié)非線性校正本節(jié)主要內(nèi)容：模擬指示表中校正方法模擬校正非線性系統(tǒng)校正方法數(shù)字校正傳感器調(diào)理電路第61頁開環(huán)校正：開環(huán)校正是將校正步驟串接在系統(tǒng)模擬量處理步驟。

一.

在模擬指示儀表中普通采取以下三種方法：①縮小測量范圍；②顯示儀表采取非均勻指示刻度；③對系統(tǒng)進(jìn)行非線性校正。分為兩大類：模擬校正法和數(shù)字校正法

二.非線性校正法優(yōu)點(diǎn)：可取得較寬測量范圍和較高測量精度；在整個量程那個范圍內(nèi)含有相同靈敏度；使顯示儀表取得均勻指示刻度。1、模擬校正法(開環(huán)校正和閉環(huán)校正)機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)非線性化校正傳感器調(diào)理電路第62頁

閉環(huán)校正：將非線性校正步驟放在反饋回路上形成閉環(huán)系統(tǒng)從而到達(dá)線性化目標(biāo)。非線性步驟K非線性校正步驟VOxV1+-ΔVVf

閉環(huán)校正系統(tǒng)框圖

位于反饋通道上非線性步驟須含有與非線性步驟相同特征函數(shù)。

那么校正步驟特征與傳感器特征或變換電路特征之間關(guān)系是互為反函數(shù)關(guān)系。xU1U2y非電量線性放大器U1=ku1非線性校正步驟Y=φ(U2)開環(huán)校正檢測系統(tǒng)框圖非線性傳感器U1=f(x)機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)非線性化校正傳感器調(diào)理電路第63頁

舉例校正步驟工作原理非線性校正步驟函數(shù)都是物理可實(shí)現(xiàn)。它們普通含有指數(shù)、對數(shù)、平方、平方根、多項(xiàng)式函數(shù)或它們組成復(fù)合函數(shù)以及一些復(fù)雜規(guī)律函數(shù)。

非線性函數(shù)運(yùn)算電路集成器件種類很多。如ICL8038正余弦函數(shù)發(fā)生器，AD538多功效運(yùn)算電路等。下面介紹AD538在熱電偶非線性校正電路中應(yīng)用。

對K型熱電偶進(jìn)行校正，依據(jù)K型熱電偶非線性校正電路函數(shù)近似表示式：

而集成電路AD538是最適合進(jìn)行平方運(yùn)算芯片。

三個輸入端Ux、Uy、Uz可組成函數(shù)關(guān)系，不需要外接元件即可組成平方運(yùn)算電路。機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)非線性化校正傳感器調(diào)理電路第64頁線性化電路U1NR9A1R8R7RP1RP2R2R1R3R5R4R6A2C1UaOP07OP07VD1UZUYCU-U+UOUXIyuo采取AD538實(shí)現(xiàn)非線性校正應(yīng)用電路-7.76mV偏置電壓用R5和R6取得。

機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)非線性化校正傳感器調(diào)理電路第65頁

常采取軟件算法來實(shí)現(xiàn)非線性校正。常見有線性插值法、拋物線插值法和曲線擬正當(dāng)?shù)取?、數(shù)字校正機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)非線性化校正線性插值微機(jī)實(shí)現(xiàn)

2）經(jīng)過查表逐點(diǎn)比較，判斷輸入信號u所在區(qū)間，設(shè)u落在（ui，ui-1）區(qū)間。

3）從表格中取出節(jié)點(diǎn)（ui，yi）和（ui-1，yi-1），同時(shí)代入上式插值式中，計(jì)算得到輸出值y。

1）將非線性校正步驟特征曲線進(jìn)行分段，記下分段節(jié)點(diǎn)（ui，yi）（i=1，2，3，…），并將它們排列成表格，次序存入內(nèi)存。傳感器調(diào)理電路第66頁將y存入內(nèi)存i+1計(jì)算u-ui取ui、ui-1、yi、yi-1求y=yi-1+zi-1(yi-yi-1)求zi-1=(u-ui-1)/(ui-ui-1)NY線性插值法計(jì)算流程機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)非線性化校正i=0u>ui?取ui、u值（采樣值）傳感器調(diào)理電路第67頁68第三章第六節(jié)信號變換本節(jié)主要內(nèi)容：轉(zhuǎn)換原因特點(diǎn)V/I集成器件介紹電路原理傳感器調(diào)理電路第68頁

將直流電壓0~5V及直流電流0~10mA或4~20mA作為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號。用于遠(yuǎn)距離傳送時(shí)，常需采取直流電流信號。把0~10mA或4~20mA電流信號分別轉(zhuǎn)換成0~5V或多1~5V電壓信號方法:

在接收端竄接一個阻值為250Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻即可。

傳感器輸出信號多數(shù)為電壓信號，采取電壓/電流變換電路（又稱V/I變換器）將電壓轉(zhuǎn)換成0~10mA或4~20mA電流信號。機(jī)械工程學(xué)院——測試技術(shù)信號變換二.V/I變換器集成器件V/I變換器有許各種，其中AD694和XTR110都是常見集成V/I變換器，適合用于三線制電流傳輸系統(tǒng)。一.轉(zhuǎn)換原因傳感器調(diào)理電路第69頁

功效特點(diǎn):

AD694是AD企業(yè)生產(chǎn)V/I