机械工程测试技术机械工程测试技术九.ppt

《机械工程测试技术》,张蔚波 山东建筑大学 机电工程学院 2008,§2－5 实现不失真测试的条件,时域： 输出y(t)和输入x(t)满足关系： y(t)=A0x(t—t0) A0、 t0 ——常数一、不失真的含义,频域,,,二、信号的失真,幅值失真：A()不等于常数时所引起的失真，称为幅值失真； 相位失真：()与之间的非线性关系所引起的失真，称为相位失真,信号的失真,,讨论：不同信号通过系统失真问题,2. 含有多种频率成份的信号 当被测信号频带0.58n或 1/ 时，不失真； 当频率成份在(0.6~2) n区域时，信号的幅值失真和相位失真尤其严重见图）,一般无失真问题只需注意避免幅值进入非线性区1、单一频率信号,,三、不失真测量对系统动态参数的要求,一阶系统 被测信号的通频带为：  ＝0～0.2(1/) 即：选择测试装置，使系统的转折频率(1/)为被测信号频率的5倍2. 二阶系统应满足条件,阻尼条件：使系统具有最佳阻尼比； 频率条件：通频带约为0~0.58n,,=0.1,四、避免信号失真的措施 ——将失真限制在一定的误差范围内,2. 对输入信号作适当的前置处理——滤波 避免频率接近n的噪声干扰信号进入 3. 使组成系统的每个环节均基本满足不失真测量的要求。

适当选择测试装置， 在测试频率范围内，满足：,,第四章、信号调理、处理和记录,本章内容： 1. 信号调制解调原理 2. 信号滤波器工作原理,,信号调理的目的：便于信号的处理与传输,1. 传感器输出的微弱电信号，需要进一步放大，或阻抗变换2.对混杂有干扰噪声的传感器输出信号，需要滤除噪声，提高信噪比3. 对于远距离传输的信号，需要进行调制、解调处理§4－2 信号的调制与解调,缓变被测信号不适于放大和传输 需要将其转换为高频信号——调制 显示前再恢复原信号——解调 传感器,调制,,解调,,显示,,电量,,,调制,,,,,例：单臂交流电桥,uy＝(1/4)(R/R)Usin2fo t,R/R,U0＝umsint,,一、有关名词,1）调制：使一个信号的某些参数，在另一个信号的控制下，而发生变化的过程 2）载波：前一个信号称为载波，一般为较高频率的交变信号 3）调制信号：后一信号，一般为缓变的被测信号 4）已调制信号：最后输出的信号，它一般便于放大和传输 4) 信号的解调 最终从已调制信号中恢复出调制信号的过程,,,uy＝(1/4)(R/R)Usin2fo t,R/R,U0＝umsint,载波：激励电压，频率为f0 调制信号：被测信号，其最高频率为fm f0 已调制信号（调幅波）：输出电压，最高频率fo＋fm 要求：f0至少数倍于fM或数十倍于fM,以交流电桥说明 信号的调制术语,二、调制的种类,根据载波受调制的参数不同分为： 调幅、调频、调相 a) 调幅(AM),b) 调频(FM),c) 调相(PM),,三、 幅度调制与解调,调幅：将一个高频正弦信号（或称载波）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．,缓变信号,,调制,高频信号,,放大,放大高 频信号,,解调,放大缓变信号,解调：用低通滤波器滤去高频成分，恢复原测试信号。

一）调幅与整流检波,1. 调制前，将调制信号进行偏置，使调制信号都在零线的一侧,,2、解调：简单地整流、滤波,低通滤波,二极管检波,,3、调幅波的波形失真,若直流偏置不够大，则x(t)的相位将发生180o 误差三）同步调制与解调,由于调幅波具有极性变化， 解调时必须参照原载波进行相敏检波 方能复原出原信号，故称同步解调．,2. 相敏检波技术,既能检出包络线的大小，又能检出包络线极性的检波器，称为相敏检波器 1）调制波具有极性变化,xm(t)=x(t)y(t)= x(t)umsint,xm(t)－调幅波,x(t)－调制信号,y(t)－载波,X(t),,2）相敏检波,与原载波比较检出极性变化 xm (t)与y (t)同相， uf(t)0，|uf|=|xm| y(t)与xm(t)反相， uf(t)0，|uf|=|xm|,,,幅度调制与解调过程（波形分析）,乘法器,放大器,x(t),滤波器,乘法器,y(t),,,,,u(t),,,相敏检波的电路实现,,动态电阻应变仪——电桥与相敏检波的典型实例,电桥由振荡器供给等幅高频振荡电压（一般频率为10Hz或15Hz）,放大,,显示记录,电桥,振荡器,低通,,试件/ 应变片,,被测量（应变）通过电阻应变片输出。

相敏检波,,,电桥输出为调幅波,经放大，最后经相敏检波与低通滤波器取出所测信号调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率 或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波.,四、频率调制,,,鉴频原理,,,f,,,,,,,t,调频波,,调频波的优点：抗干扰能力强因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中． 缺点：占频带宽度大，复杂 调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制足一种非线性调制4.3 滤波器,滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分．,,带通滤波,测量信号中有低频变动,,1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）,,低通,高通,,,,带通,带阻,,2 滤波器的串/并联,低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器3 理想滤波器,理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器,,理想滤波器的物理不可实现,理想滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc函数。

脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸给理想滤波器一个脉冲激励，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，滤波器就已经有响应了故物理不可实现4 实际滤波器,高通、低通滤波器并联，得到带通滤波器 几个带通滤波器并联，使通频带更宽,,滤波器的参数,1)截止频率fc：0.707A0所对应的频率． 2)纹波幅度d：绕幅频特性均值A0波动值 3)带宽B和品质因数Q： 上下两截止频间的频率范围称为带宽 中心频率和带宽之比称为品质因数 0,f,,fc1,fc2,A0,0.707A0,,,Q=f0 / B,,6 滤波器的应用,钢管无损探伤,滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警,,案例：机床轴心轨迹的滤波处理,用两个位移传感器测量回转轴在相互垂直方向上的跳动误差,,,滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律,,,End,。