工程测试技术41

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1、工程测试技术工程测试技术第四章第四章信号处理信号处理本章学习要求：本章学习要求：了解模拟信号放大电路原理；了解模拟信号放大电路原理；了解信号调制、解调原理；了解信号调制、解调原理；了解信号滤波器工作原理；了解信号滤波器工作原理；了解信号模数转换和数模转换原理；了解信号模数转换和数模转换原理；掌握信号采样定理，能正确选择采样频率；掌握信号采样定理，能正确选择采样频率；了解数字信号处理中信号截断、能量泄露、了解数字信号处理中信号截断、能量泄露、栅栏效应等现象；栅栏效应等现象；1. 掌握常用的数字信号处理方法。掌握常用的数字信号处理方法。华中科技大学材料学院工程测试技术 2本章目录本章目录4.1概述

2、（概述（2学时）学时）4.2信号放大信号放大4.3调制与解调调制与解调4.4 信号的滤波（4学时）4.5 数字信号处理概述4.6 模数(A/D)和数模(D/A)转换4.7 数字信号处理中的基本理论（2学时）4.8 数字滤波、数据压缩4.9 信号的输出华中科技大学材料学院工程测试技术 34.1概述概述测试工作的目的是获取反映被测对象的状态和特征的信息。但是有用的信号总是和各种噪声混杂在一起的，有时本身也不明显、不突出，难于直接识别和利用。只有分离信、噪，并经过必要的处理和分析、消除和修正系统误差之后，才能比较准确地提取测得信号中所含的有用信息。因此，信号处理的目的是： 分离信号、噪声，提高信噪比

3、；分离信号、噪声，提高信噪比； 从信号中提取有用的特征信号；从信号中提取有用的特征信号； 修正测试系统的某些误差，如传感器的线修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。性误差、温度影响等。华中科技大学材料学院工程测试技术 41.测试信号处理的基本步骤测试信号处理的基本步骤测试信号处理流程图测试信号处理流程图物理信号物理信号对象对象传传感感器器电信号电信号放放大大调调制制电信号电信号A/D转换转换数字信号数字信号计算机计算机DSP显示记录显示记录D/A转换转换电信号电信号控制控制物理信号物理信号滤滤波波电信号电信号数字信号数字信号华中科技大学材料学院工程测试技术 52.信号的前置（

4、模拟信号）处理信号的前置（模拟信号）处理把信号变成适于数字处理的形式，以减轻数字处理的困难。前置处理包括： 电压幅值调理，以便适宜于采样。总是希望信号电压峰峰(VP-P)值足够大，以便充分利用A/D转换器的精确度； 必要的滤波，以提高信噪比，并滤去信号中的高频噪声； 隔离信号中的直流分量（如果所测信号中不应有直流分量）； 某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对测量信号进行调制，接收端要解调处理。1) 预处理环节应根据测试对象、信号特点和数字处理设备预处理环节应根据测试对象、信号特点和数字处理设备的能力妥善安排。的能力妥善安排。例：传感器输出信号多为例：传感器输出信号多为mV级，而级，而A/D

5、能转能转换的的信号多为换的的信号多为V级。一级。一K型热电偶测温装置，测型热电偶测温装置，测温范围温范围01200 C，传感器输出：，传感器输出：048.838mV。若采用一输入若采用一输入02V，14位的位的ADC，ADC的分辨率的分辨率约为：约为：0.122mV，有效的，有效的ADC位数为位数为9位！位！华中科技大学材料学院工程测试技术 63.模数转换模数转换(ADC)模数(A/D)转换是模拟信号经采样、量化并转化为二进制数的过程。华中科技大学材料学院工程测试技术 74.数字信号处理数字信号处理(DSP)计算机或数字信号处理器(DSP)对离散的时间序列进行各种必要的运算处理。l 计算机只能

6、处理有限长度的数据，所以首先要把长时间的序列截断，对截取的数字序列有时还要人为地进行加权（乘以窗函数）以成为新的有限长的序列。l 对数据中的奇异点（由于强干扰或信号丢失所引起的数据突变）应予以剔除。l 对温漂、时漂等系统性干扰所引起的趋势项（周期大于记录长度的频率成分）也应予以分离。l 如有必要，还可以设计专门的程序来进行数字滤波。然后把数据按给定的程序进行运算，完成各种分析。 华中科技大学材料学院工程测试技术 85.信号的后置处理信号的后置处理运算结果可以直接显示或打印。如果后接D/A和记录仪则可以绘图等。如有需要可将数字信号处理结果送入后接计算机或通过专门程序再做后续处理。华中科技大学材料

7、学院工程测试技术 94.2信号的放大信号的放大传感器输出的电信号很微弱，大多数不传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，能直接输送到显示、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。需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。-6-4-20246-1-0.500.51tsin(2 t)-6-4-20246-1-0.500.51tsin(2 t)华中科技大学材料学院工程测试技术 10放大器的分类放大器的分类直流放大器直流放大器低频保留低频保留,高频截止高频截止放大器放大器交流放大器交流放大器高频保留高频保留, ,低频截止低频截止电荷放大器电荷放大器高输入阻

8、抗高输入阻抗反向放大器反向放大器电压跟随器电压跟随器同向放大器同向放大器差动放大器差动放大器华中科技大学材料学院工程测试技术 111. 反向放大器反向放大器结构特点：结构特点：负反馈引负反馈引到反相输入端，信号到反相输入端，信号从反相端输入。从反相端输入。放大倍数：放大倍数：输入电阻：输入电阻：ri =R1121RRuuAou平衡电阻，使输入端对平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。静态时输入级的对称性。 RP =R1 / R2 反馈电阻反馈电阻R2值不能太大，否则会产值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧生较大的噪声及漂移，一般

9、为几十千欧至几百千欧。至几百千欧。R1的取值应远大于信号源的取值应远大于信号源Ui的内阻。的内阻。 华中科技大学材料学院工程测试技术 122. 同向放大器同向放大器结构特点：结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。相端输入。放大倍数：放大倍数：121RRuuAiou同相放大器具同相放大器具有输入阻抗非常高有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的，输出阻抗很低的特点，广泛用于前特点，广泛用于前置放大。置放大。华中科技大学材料学院工程测试技术 133. 电压跟随器电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输

10、入。从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。器的特例。放大倍数：放大倍数：U0 / Ui=1此电路是电压并联此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压输出器相同，但是电压跟随性能好。跟随性能好。华中科技大学材料学院工程测试技术 144.差动放大器差动放大器结构特点：结构特点：两输入电压分别引到反相和同相输入两输入电压分别引到反相和同相输入端。差动放大器是端。差动放大器是加减运算电路加减运算电路的特例。的特例。输出电压：输出电压：)(1212u