测试信号的转换与调理-测量技术基础-13

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1、北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术基础测试技术基础测试技术基础北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制第十三章第十三章 测试信号的转换与调理测试信号的转换与调理信号的调制与解调信号的调制与解调信号的滤波信号的滤波本章内容：本章内容：测试技术基础测试技术基础北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制信号调理的目的是便于信号的传输与处理。信号调理的目的是便于信号的传输与处理。信号调理的目的信号调理的目的1 1）传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输）传

2、感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。有的还要进行阻抗变换。2 2）有些传感器输出的电信号中混杂有干扰噪声，需）有些传感器输出的电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。要去掉噪声，提高信噪比。3 3）某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传）某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制解调处理。感器测量信号进行调制解调处理。前言前言北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制13.1 调制与解调调制与解调1 目的目

3、的解决微弱缓变信号放大以及信号传输问题。解决微弱缓变信号放大以及信号传输问题。-101-101-101-101-101北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，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提取出放大后的缓变信号。出信号中提取出放大后的缓变信号。 例：交流电桥例：交流电桥VinR1R4R2R3V13.1 调制与解调调制与解调北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制

4、 调制：调制：利用某种信号来控制或改变另一信号利用某种信号来控制或改变另一信号( (高频的高频的正、余弦或方波正、余弦或方波) )的某个参数的某个参数( (幅值、频率或相位幅值、频率或相位) )的过程。的过程。可分为调幅、调频和调相。可分为调幅、调频和调相。 调制波：调制波：调制中的控制信号调制中的控制信号( (低频信号低频信号) ) 载波：载波：载送低频信号的高频信号载送低频信号的高频信号( (正、余弦或方波正、余弦或方波) ) 已调制波：已调制波：经调制所得的高频信号经调制所得的高频信号( (调幅波、调频波调幅波、调频波和调相波和调相波) ) 解调：解调：从已调制波中恢复出原有低频调制信号

5、的过程从已调制波中恢复出原有低频调制信号的过程2 2 基本概念基本概念13.1 调制与解调调制与解调北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制3 种类种类调制信号调制信号x(t)0t载波信号载波信号z(t)0t13.1 调制与解调调制与解调根据载波受调制参数不同，可分为三类。根据载波受调制参数不同，可分为三类。 002costfAtz北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制a) 幅度调制幅度调制(AM)b) 频率调制频率调制(FM)c) 相位调制相位调制(PM) 002costftxAty txtfAty002cos

6、13.1 调制与解调调制与解调 00d2costtxktfAty北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 调幅是将一个高频正弦信号调幅是将一个高频正弦信号(或称载波或称载波)与测试信号与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。缓变信号缓变信号调制调制高频信号高频信号放大放大放大高频放大高频信号信号解调解调放大缓变放大缓变信号信号 tftxAty02cos4 幅值调制幅值调制北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制幅度调制与解调过程幅度调制与解调过程( (波形分

7、析波形分析) )乘法器放大器x(t)z(t)y(t)乘法器滤波器z(t)x(t)-101-101-101-101-101-1014 幅值调制幅值调制北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制幅度调制与解调过程幅度调制与解调过程( (频谱分析频谱分析) )乘法器放大器x(t)z(t)y(t)乘法器滤波器z(t)x(t)mfmf0f0f0f0f0f0f02 f02 fmfmfmfmf4 幅值调制幅值调制北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制幅度调制与解调过程（数学分析）幅度调制与解调过程（数学分析）乘法器放大器x(t)

8、z(t)y(t)乘法器滤波器z(t)x(t)(tx tftxty02cos)(tz)(tz tftxtym022cos tftxtx04cos2124 幅值调制幅值调制北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制解调方法之一：同步解调解调方法之一：同步解调 解调时，所乘信号必须保证其频率和相位与原载波信解调时，所乘信号必须保证其频率和相位与原载波信号相同，故称同步解调。号相同，故称同步解调。 -505-101-505-101-505-101-505-101-505-1015 幅值解调幅值解调北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永

9、刚制胥永刚制解调方法之二：整流检波解调方法之二：整流检波 若对信号若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量进行偏置，叠加一个直流分量D，使，使偏置后的信号都具有正电压。偏置后的信号都具有正电压。 txDt x tx调幅之前调幅之前5 幅值解调幅值解调北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 tftxDty02cos解调解调二极管检波二极管检波低通滤波低通滤波调幅调幅 ty5 幅值解调幅值解调北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 相敏检波是利用交变信号在过零位时正、负极性发生突变，使调幅波相位（与载波信号比较）

10、也相应地产生180相位跳变，从而既反映原信号的幅值又反映其相位。 特点: (1) 可以鉴别调制信号的极性； (2) 不必对调制信号加直流偏置。解调方法之三：相敏检波解调方法之三：相敏检波5 幅值解调幅值解调北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制解调：相敏检波解调：相敏检波(e) 滤波后波形(d) 相敏检波后波形(b) 载波(c) 放大后调幅波(a) 调制信号exR(t)e0e01e02=KR(t)5 幅值解调幅值解调典型相敏检波电路北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 (a) 过调失真：对于非抑制调幅，要求其

11、直流偏置必过调失真：对于非抑制调幅，要求其直流偏置必须足够大，否则须足够大，否则x(t)的相位将发生的相位将发生180变化。变化。y(t)t0 x(t)t06 幅值调制的失真幅值调制的失真北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 (b) 重叠失真：当载波频率重叠失真：当载波频率f 0 小于被测信号最高频小于被测信号最高频率率f m 时，调幅波频谱将出现频率重叠时，调幅波频谱将出现频率重叠 要求：要求： f 0f m Y( f )-f0f006 幅值调制的失真幅值调制的失真北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制动态