測試技術(shù)課件：CH 5 信號調(diào)理_處理和記錄

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 單擊此處編輯母版文本樣式 第二級 第三級 第四級 第五級1第第5 5章章 信號調(diào)理、處理和記錄信號調(diào)理、處理和記錄Signal Condition, Process and Record5.1 電橋電橋(Bridge Circuit)5.2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(Modulation and Demodulation)5.3 濾波器濾波器(Wave Filter) 5.4 信號的指示和記錄裝置信號的指示和記錄裝置 (Indication and Record Equipments of Signal)5.1 5.1 電電 橋橋 (Bridge Circuit)將電阻、

2、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯驅(qū)㈦娮?、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測量電路。電流輸出的一種測量電路。按照激勵電壓的性質(zhì)，分為按照激勵電壓的性質(zhì)，分為直流直流電橋電橋和和交流電橋交流電橋；按；按照輸出方式，分為照輸出方式，分為不平衡橋式電路不平衡橋式電路和和平衡橋式電路。平衡橋式電路。電橋電橋: :分類分類: :1. 1. 直流電橋直流電橋21i1RRuI43i2RRuI電電 橋橋(2/19)(2/19)R1R3R4R2uiuoI1I2abdci43214231i4342112211adabo)()(uRRRRRRRRuRRRRRRRIRIuuu4231RRRR(2)(2)電

3、橋的平衡條件電橋的平衡條件 (1) (1) 電橋輸出電壓電橋輸出電壓電電 橋橋(3/19)(3/19)直流電橋的連接方式直流電橋的連接方式 (a) (a) 半橋單臂半橋單臂 (b) (b) 半橋雙臂半橋雙臂 (c) (c) 全橋全橋 電電 橋橋(4/19)(4/19)R3R4R2uiuoI1I2abdcR3R4uiuoI1I2abdcuiuoI1I2abdc11RRD11RRD22RRDm11RRD22RRDm44RRDm33RRD342uu1234uu12u1211RRD11RRD22RRDm11RRD22RRDm44RRDm33RRD電電 橋橋(5/19)(5/19)如電橋開始處于平衡狀態(tài)

4、如電橋開始處于平衡狀態(tài), ,當(dāng)各橋臂電阻發(fā)生微小變化時電橋當(dāng)各橋臂電阻發(fā)生微小變化時電橋失去平衡失去平衡, ,其輸出為其輸出為(3) (3) 電橋的電橋的靈敏度靈敏度i4433221144223311o)()()(uRRRRRRRRRRRRRRRRuDDDDDDDD一般一般D DR很小，即很小，即D DR0時，無論調(diào)制波是否為正，相敏檢波器的輸出時，無論調(diào)制波是否為正，相敏檢波器的輸出波形均為正，即保持與調(diào)制信號極性相同。這種電路相當(dāng)于在波形均為正，即保持與調(diào)制信號極性相同。這種電路相當(dāng)于在0a段對段對xm(t)全波整流，解調(diào)后的頻率比原調(diào)制波高一倍。全波整流，解調(diào)后的頻率比原調(diào)制波高一倍。調(diào)

5、制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(13/26)(13/26)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(14/26)(14/26)由上兩圖知，由上兩圖知，x(t)0時，不管調(diào)制波極性如何，相敏檢波器的輸出時，不管調(diào)制波極性如何，相敏檢波器的輸出波形均為負，保持與波形均為負，保持與x(t)一致。同時，電路在一致。同時，電路在ab段相當(dāng)于對段相當(dāng)于對xm(t)全波整流后反相，解調(diào)后的頻率為原調(diào)制波的兩倍。全波整流后反相，解調(diào)后的頻率為原調(diào)制波的兩倍。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(15/26)(15/26)4)調(diào)幅應(yīng)用調(diào)幅應(yīng)用動態(tài)電阻應(yīng)變儀動態(tài)電阻應(yīng)變儀 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(16/26)(16/26)電橋電橋放大器放大器相敏檢波相敏檢波低通

6、濾波低通濾波顯示記錄顯示記錄載波振蕩器載波振蕩器x(t)x(t)0t0ty(t)電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片0txm(t)0tx(t)0txm(t)2 2調(diào)頻及其解調(diào)調(diào)頻及其解調(diào) (1)(1) 原理原理利用調(diào)制信號的幅值控制載波信號頻率的過程。調(diào)頻波是利用調(diào)制信號的幅值控制載波信號頻率的過程。調(diào)頻波是等幅波，但頻率的變化量與調(diào)制信號幅值成正比。等幅波，但頻率的變化量與調(diào)制信號幅值成正比。 調(diào)頻波的瞬時頻率可表示為調(diào)頻波的瞬時頻率可表示為 f = f0 + D Df = f0 + K x(t) f0 為載波頻率，也稱中心頻率。為載波頻率，也稱中心頻率。D Df 為頻率偏移，與調(diào)制信號為頻率偏移，與調(diào)制信

7、號x(t)幅值成正比。幅值成正比。 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(17/26)(17/26)調(diào)頻波與調(diào)制信號幅值的關(guān)系圖調(diào)頻波與調(diào)制信號幅值的關(guān)系圖 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(18/26)(18/26)設(shè)調(diào)制信號設(shè)調(diào)制信號 tfXtxm02cos)(載波信號為載波信號為 )2cos()(000tfYty)(m0ff tffftfXkftfmf0m0f02cos2cos)(D調(diào)頻時載波的幅值和初始相位角不變，瞬時頻率調(diào)頻時載波的幅值和初始相位角不變，瞬時頻率 圍繞圍繞著著f0隨調(diào)制信號電壓作線性的變化：隨調(diào)制信號電壓作線性的變化： )(tf0ffXkf D由上式可見，頻率偏移與調(diào)制信號的幅值成正比，與調(diào)制信

8、由上式可見，頻率偏移與調(diào)制信號的幅值成正比，與調(diào)制信號的頻率無關(guān)，這是調(diào)頻波的基本特征之一。號的頻率無關(guān)，這是調(diào)頻波的基本特征之一。 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(19/26)(19/26)實現(xiàn)信號的調(diào)頻和解調(diào)的方法甚多。在測量系統(tǒng)中，常利實現(xiàn)信號的調(diào)頻和解調(diào)的方法甚多。在測量系統(tǒng)中，常利用電抗元件組成調(diào)諧振蕩器，以電抗元件（電感或電容）用電抗元件組成調(diào)諧振蕩器，以電抗元件（電感或電容）作為傳感器參量，以它感受被測量的變化，作為調(diào)制信號作為傳感器參量，以它感受被測量的變化，作為調(diào)制信號的輸入，振蕩器原有的信號振蕩信號作為載波。當(dāng)有調(diào)制的輸入，振蕩器原有的信號振蕩信號作為載波。當(dāng)有調(diào)制信號輸入時，振蕩器

9、輸出即為被調(diào)制了的調(diào)頻波。當(dāng)電容信號輸入時，振蕩器輸出即為被調(diào)制了的調(diào)頻波。當(dāng)電容C C和電感和電感L L并聯(lián)組成振蕩器的諧振回路時，電路的諧振頻率并聯(lián)組成振蕩器的諧振回路時，電路的諧振頻率將為：將為： LCf21調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(20/26)(20/26)無信號輸入時，無信號輸入時，x(t)=0，諧振電路的諧振頻率為，諧振電路的諧振頻率為)(2100CCLf有信號輸入時，有信號輸入時，x(t)0，諧振電路的諧振頻率為，諧振電路的諧振頻率為)(211CCLf調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(21/26)(21/26)對上式求微分得諧振頻率的絕對變換量對上式求微分得諧振頻率的絕對變換量:111231d2

10、d)(2121dCCCfCLCCLf在載波頻率在載波頻率f0附近有附近有C1=C0，所以，所以CCCffDD0021調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(22/26)(22/26)(211CCLf諧振頻率的表達式為諧振頻率的表達式為)(1)()(21)(21f00 x00000txKftxCCKCfCCCffffDD用用Kf表示表示調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(23/26)(23/26)無信號時，諧振電路的輸出電壓無信號時，諧振電路的輸出電壓)2cos(u00tfEy有信號時，諧振電路的輸出電壓有信號時，諧振電路的輸出電壓)(1 2cos)2cos(uf0ttxKfEtfEy調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(24/26)(24/

11、26) (2)調(diào)頻波的解調(diào)調(diào)頻波的解調(diào)調(diào)頻波是以正弦波頻率的變化來反映被測信號的幅值變化。調(diào)頻波是以正弦波頻率的變化來反映被測信號的幅值變化。調(diào)頻波的解調(diào)是先將調(diào)頻波變換成調(diào)頻調(diào)幅波，然后進行調(diào)頻波的解調(diào)是先將調(diào)頻波變換成調(diào)頻調(diào)幅波，然后進行幅值檢波。幅值檢波。調(diào)頻波的解調(diào)由鑒頻器完成。鑒頻器通常由線性變換電調(diào)頻波的解調(diào)由鑒頻器完成。鑒頻器通常由線性變換電路與幅值檢波電路組成。路與幅值檢波電路組成。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(25/26(25/26)(a) 鑒頻器鑒頻器 (b) 頻率頻率-電壓特性曲線電壓特性曲線 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(26/26)(26/26)ufC1L1L2C2CRu0ua頻率電

12、壓線性變換部分頻率電壓線性變換部分幅值檢波幅值檢波ua0 n0ttua0uat05.3 5.3 濾波器濾波器 (Wave Filter)濾波器是一種選頻裝置，它只允許一定頻帶范圍的信號濾波器是一種選頻裝置，它只允許一定頻帶范圍的信號通過，同時極大地衰減其他頻率成分。通過，同時極大地衰減其他頻率成分。濾波器的這種篩選功能在測試技術(shù)中可以起到消除噪聲、濾波器的這種篩選功能在測試技術(shù)中可以起到消除噪聲、干擾信號等作用，在自動檢測、自動控制、信號處理等干擾信號等作用，在自動檢測、自動控制、信號處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1. 1. 濾波器的分類濾波器的分類低通濾波器：低通濾波器：通頻

13、帶通頻帶 0f2。高通濾波器：通頻帶高通濾波器：通頻帶 f1 帶通濾波器：通頻帶帶通濾波器：通頻帶 f1f2帶阻濾波器：通頻帶帶阻濾波器：通頻帶 0f3 與與 f4 （阻帶：（阻帶：f3f4）(1) (1) 根據(jù)濾波器的選頻特性分類根據(jù)濾波器的選頻特性分類高通濾波器幅頻特性高通濾波器幅頻特性=1-低通濾波器幅頻特性低通濾波器幅頻特性 帶阻濾波器是高通和低通的組合帶阻濾波器是高通和低通的組合濾波器濾波器(2/23)(2/23)(2)(2)根據(jù)濾波器的元件類型分類根據(jù)濾波器的元件類型分類RC、LC、晶體諧振及開關(guān)電容濾波器、晶體諧振及開關(guān)電容濾波器。(3)(3)根據(jù)濾波器的電路性質(zhì)分類根據(jù)濾波器的

14、電路性質(zhì)分類有源、無源濾波器。有源、無源濾波器。(4)(4)根據(jù)濾波器的信號性質(zhì)分類根據(jù)濾波器的信號性質(zhì)分類模擬、數(shù)字濾波器。模擬、數(shù)字濾波器。濾波器濾波器(3/23)2.2.理想濾波器理想濾波器 (1)(1)理想濾波器模型及脈沖響應(yīng)理想濾波器模型及脈沖響應(yīng) 無過渡帶且在通頻帶內(nèi)滿足不失真測試條件的濾波器稱為無過渡帶且在通頻帶內(nèi)滿足不失真測試條件的濾波器稱為理想濾波器。理想濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為理想濾波器。理想濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為 )(0)(e)(c2j00其他ffAfHft理想濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)為理想濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)為sinc函數(shù)，若無相角滯后函數(shù)，若無相角滯后（t0=0）：）： )

15、(2sinc2)(2)(2sin2)(0cc00c0cc0ttffAttfttffAth濾波器濾波器(4/23)(4/23)任何現(xiàn)實系統(tǒng)都不任何現(xiàn)實系統(tǒng)都不可能具有這種預(yù)知可能具有這種預(yù)知未來的能力未來的能力在輸入在輸入 (t)到來以前到來以前,濾波器有與輸入相濾波器有與輸入相對應(yīng)的輸出對應(yīng)的輸出理想低通濾波器是理想低通濾波器是不存在的不存在的.理想高通、帶通、理想高通、帶通、帶阻濾波器也是帶阻濾波器也是不存在的不存在的濾波器濾波器(5/23)(5/23)ffc0-fc (f)2 t0A00ffc-fc|H(f)|(a)理想低通濾波器頻率特性理想低通濾波器頻率特性t01/2fc1/fc-1/2

16、fc-1/fc2A0fch(t)tt00h(t)(b)理想低通濾波器脈沖響應(yīng)函數(shù)理想低通濾波器脈沖響應(yīng)函數(shù) (2) (2)理想濾波器的階躍響應(yīng)理想濾波器的階躍響應(yīng))0(0)0(1)(tttu1)1)單位階躍輸入單位階躍輸入 2)2)濾波器的階躍響應(yīng)濾波器的階躍響應(yīng)： 濾波器濾波器(6/23)(6/23)d)-()()()()(-tuhtuthty若不考慮前、后皺波，輸出從若不考慮前、后皺波，輸出從0(a點點)到應(yīng)有的穩(wěn)定值到應(yīng)有的穩(wěn)定值A(chǔ)0(b點點)之間的所需建立時間為：之間的所需建立時間為： c61. 0fttab上截止頻率上截止頻率3)3)階躍響應(yīng)波形圖階躍響應(yīng)波形圖 4)4)響應(yīng)時間響應(yīng)

17、時間濾波器濾波器(7/23)(7/23)理想低通濾波器對單位階躍輸入的響應(yīng)理想低通濾波器對單位階躍輸入的響應(yīng)0ttbtaay(t)A00.5A0b(a)無相角滯后，時移無相角滯后，時移t0=00ty(t)tbt0taaA00.5A0b(b)有相角滯后，時移有相角滯后，時移t00如果按穩(wěn)態(tài)響應(yīng)值的如果按穩(wěn)態(tài)響應(yīng)值的0.10.9作為計算建立時間的標(biāo)準(zhǔn)，則作為計算建立時間的標(biāo)準(zhǔn)，則c45. 0fttab濾波器通頻帶越寬（濾波器通頻帶越寬（fc越高），建立時間越短，響應(yīng)速度越越高），建立時間越短，響應(yīng)速度越快。其物理意義是：快。其物理意義是：n輸入信號突變處（間斷點）必然含有豐富的高頻分量。輸入信號突

18、變處（間斷點）必然含有豐富的高頻分量。n低通濾波器阻衰了高頻分量，結(jié)果將輸出波形低通濾波器阻衰了高頻分量，結(jié)果將輸出波形“圓滑圓滑”。n通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多更快地通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多更快地通過，故建立時間短，反之建立時間長。通過，故建立時間短，反之建立時間長。濾波器濾波器(8/23)(8/23)低通濾波器對階躍響應(yīng)的建立時間低通濾波器對階躍響應(yīng)的建立時間Te與帶寬與帶寬B成反比，即：成反比，即：BTe = 常數(shù)常數(shù)該結(jié)論對高通、帶通及帶阻濾波器均成立。該結(jié)論對高通、帶通及帶阻濾波器均成立。濾波器帶寬表示其頻率分辨力，通帶越窄，分辨力越高，顯濾波器

19、帶寬表示其頻率分辨力，通帶越窄，分辨力越高，顯然，高分辨力與響應(yīng)速度是互相矛盾的。如果要用濾波的方然，高分辨力與響應(yīng)速度是互相矛盾的。如果要用濾波的方法從信號中提取某一很窄的頻率成分（如作譜分析），必須法從信號中提取某一很窄的頻率成分（如作譜分析），必須有足夠的時間。有足夠的時間。 5)高分辨力與響應(yīng)速度的關(guān)系高分辨力與響應(yīng)速度的關(guān)系:濾波器濾波器(9/23)(9/23)3. 3. 實際濾波器實際濾波器 (1)(1)實際濾波器的基本參數(shù)實際濾波器的基本參數(shù) 理想帶通濾波器（虛線）與實際帶通濾波器（實線）的幅頻特性圖理想帶通濾波器（虛線）與實際帶通濾波器（實線）的幅頻特性圖濾波器濾波器(10/2

20、3)(10/23)上、下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬或上、下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬或- -3dB帶寬。帶寬帶寬。帶寬B 決定頻率分辨力。決定頻率分辨力。將中心頻率將中心頻率f0（ ，幾何平均）與帶寬，幾何平均）與帶寬B之比稱為之比稱為濾波器的品質(zhì)因素。濾波器的品質(zhì)因素。f0確定，品質(zhì)因素確定，品質(zhì)因素Q越大，濾波器分辨越大，濾波器分辨力越高。力越高。 2c1c0fff )()2(log202c2cfAfAW)()2(log201c1cfAfAW或或 指在上截止頻率指在上截止頻率fc2與與2fc2之間，或者在下截止頻率之間，或者在下截止頻率fc1與與fc1/2之間之間幅

21、頻特性的衰減量，即頻率變化一個倍頻程的衰減量。幅頻特性的衰減量，即頻率變化一個倍頻程的衰減量。帶寬帶寬B和品質(zhì)因素和品質(zhì)因素Q倍頻程選擇性倍頻程選擇性W濾波器濾波器(11/23)(11/23)倍頻程選擇性用倍頻程選擇性用dB/oct表示，有時也采用表示，有時也采用10倍頻程選擇性用倍頻程選擇性用dB/dec表示。倍頻程選擇性表明濾波器過渡帶內(nèi)幅頻曲線的表示。倍頻程選擇性表明濾波器過渡帶內(nèi)幅頻曲線的傾斜程度，它決定了濾波器對帶寬外頻率成分衰減的能力。傾斜程度，它決定了濾波器對帶寬外頻率成分衰減的能力。顯然顯然W越大，濾波器選擇性越好。越大，濾波器選擇性越好。dB3dB60BB理想濾波器理想濾波器

22、 =1，通常，通常 =15。有些濾波器因器件影響（如電。有些濾波器因器件影響（如電容漏阻），阻帶衰減達不到容漏阻），阻帶衰減達不到- -60dB，可用，可用- -40dB或或- -30dB帶寬帶寬與與- -3dB帶寬的比值表示帶寬的比值表示。 濾波器因數(shù)（矩形系數(shù)）濾波器因數(shù)（矩形系數(shù)） 濾波器選擇性的另一種表示法。用濾波器幅頻特性的濾波器選擇性的另一種表示法。用濾波器幅頻特性的- -60dB帶帶寬與寬與- -3dB帶寬的比值表示。帶寬的比值表示。濾波器濾波器(12/23)(12/23)(2)RC調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù)調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù) 1)一階一階RC低通濾波器低通濾波器 1111)(s

23、sRCsHRCf21c低頻段近于不失真?zhèn)鬏?。高低頻段近于不失真?zhèn)鬏?。高頻段近于積分器。高頻衰減頻段近于積分器。高頻衰減率率20dB/dec（ 6dB/oct）濾波器濾波器(13/23)(13/23)CRuyuxf1/2 1A(f)2/10f-450-9000(f)1/2 RC低通濾波器低通濾波器2)一階一階RC高通濾波器高通濾波器 11)(sssRCsRCsHRCf21c低頻段近于微分器。高頻低頻段近于微分器。高頻段近于不失真?zhèn)鬏?。段近于不失真?zhèn)鬏敗?濾波器濾波器(14/23)(14/23)uyuxRC高通濾波器高通濾波器(3)(3)RC帶通濾波器帶通濾波器 帶通濾波器可由低通和高通濾波帶通濾

24、波器可由低通和高通濾波器串聯(lián)組成。器串聯(lián)組成。111)(211ssssH22c11c21,21ff為了消除串聯(lián)時負載效應(yīng)的影響，為了消除串聯(lián)時負載效應(yīng)的影響，通常用輸出跟隨器或運算放大器實通常用輸出跟隨器或運算放大器實現(xiàn)隔離?，F(xiàn)隔離。因此，實際帶通濾波器通常是有因此，實際帶通濾波器通常是有源的。源的。不考慮負載效應(yīng)時，帶通濾波器不考慮負載效應(yīng)時，帶通濾波器傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為濾波器濾波器(15/23)(15/23)C1R2C2R1uyuxH1(s)H2(s)X(s)Y(s)RC帶通濾波器帶通濾波器4. 4. 恒帶寬比與恒帶寬濾波器恒帶寬比與恒帶寬濾波器 對信號做頻譜分析或摘取信號中某些頻率成分

25、時，可以通過對信號做頻譜分析或摘取信號中某些頻率成分時，可以通過多個中心頻率不同的帶通濾波器實現(xiàn)，各個濾波器的輸出反多個中心頻率不同的帶通濾波器實現(xiàn)，各個濾波器的輸出反映了信號在該通頻帶內(nèi)的量值。映了信號在該通頻帶內(nèi)的量值。帶通濾波器實現(xiàn)譜分析可有兩種方式：一是由一中心頻率可帶通濾波器實現(xiàn)譜分析可有兩種方式：一是由一中心頻率可調(diào)的帶通濾波器獨立構(gòu)成；二是使用各自中心頻率固定，但調(diào)的帶通濾波器獨立構(gòu)成；二是使用各自中心頻率固定，但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。顯然后者可以實現(xiàn)又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。顯然后者可以實現(xiàn)“實時實時”譜分析。譜分析。對濾波器組，各濾波器的通帶應(yīng)相互鄰接，覆蓋整個感興趣

26、對濾波器組，各濾波器的通帶應(yīng)相互鄰接，覆蓋整個感興趣的頻帶。即前一濾波器的的頻帶。即前一濾波器的3dB上截止頻率為后一相鄰濾波上截止頻率為后一相鄰濾波器的器的3dB下截止頻率。濾波器組具有相同的增益（對各中下截止頻率。濾波器組具有相同的增益（對各中心頻率而言）。心頻率而言）。濾波器濾波器(16/23)(16/23)(1)倍頻程頻譜分析裝置倍頻程頻譜分析裝置中心頻率固定中心頻率固定Q=f/B。Q相同，中心相同，中心頻率頻率f越高，越高，帶寬帶寬B越寬。越寬。濾波器濾波器(17/23)(17/23)(2)(2)恒帶寬比濾波器（恒定百分比帶通濾波器）恒帶寬比濾波器（恒定百分比帶通濾波器）1c2c2

27、ffnconstant10QfB特點：特點： ，即品質(zhì)因數(shù)恒定。，即品質(zhì)因數(shù)恒定。顯然，中心頻率顯然，中心頻率f0 越高，帶寬越大。越高，帶寬越大。恒帶寬比濾波器的低端截止頻率恒帶寬比濾波器的低端截止頻率fc1與高端截止頻率與高端截止頻率fc2之間常滿之間常滿足如下關(guān)系：足如下關(guān)系：n稱為倍頻程數(shù)。稱為倍頻程數(shù)。n=1稱為倍頻程稱為倍頻程濾波器；濾波器； n=1/3稱為稱為1/3倍頻程濾倍頻程濾波器。波器。濾波器濾波器(18/23)(18/23)由于：由于：從而有：從而有：22221nnQn=1時，時， Q=1.41；n=1/3時，時，Q=4.38；n=1/5時，時，Q=7.2。對鄰接的濾波器

28、組，易得：對鄰接的濾波器組，易得： 。 01022ffn只要選定只要選定n值，即可設(shè)計覆蓋給定頻率范圍的鄰接式濾波值，即可設(shè)計覆蓋給定頻率范圍的鄰接式濾波器。器。 2c1c0fff QfffB01c2c1c2c2 ffn顯然，倍頻程數(shù)越顯然，倍頻程數(shù)越小，小，Q值越大，濾波器值越大，濾波器分辨力越高。分辨力越高。濾波器濾波器(19/23)(19/23)中心頻率/Hz1631.563125250帶寬/Hz11.3122.2744.5588.39176.78中心頻率/Hz12.516202531.5405063帶寬/Hz2.93.74.65.87.39.311.614.6倍頻程濾波器倍頻程濾波器

29、1/3倍頻程濾波器倍頻程濾波器高頻段分辨率低高頻段分辨率低濾波器濾波器(20/23)(20/23)(3)(3)恒帶寬濾波器恒帶寬濾波器 恒帶寬濾波器帶寬恒定。在所有頻帶內(nèi)都具有良好的頻率分恒帶寬濾波器帶寬恒定。在所有頻帶內(nèi)都具有良好的頻率分辨力。辨力。恒帶寬濾波器一般不宜固定中心頻率。恒帶寬濾波器一般不宜固定中心頻率。而是利用一個定帶寬、定中心頻率的濾波器加上可變參考頻而是利用一個定帶寬、定中心頻率的濾波器加上可變參考頻率的差頻變換來適應(yīng)各種不同中心頻率的定帶寬濾波的需要。率的差頻變換來適應(yīng)各種不同中心頻率的定帶寬濾波的需要。濾波器濾波器(21/23)(21/23)常用恒帶寬濾波器常用恒帶寬濾

30、波器有相關(guān)濾波和跟蹤濾波兩種。有相關(guān)濾波和跟蹤濾波兩種。濾波器濾波器(22/23)(22/23). . . . .fA(f)01002004006008001 000(a)恒帶寬帶通濾波器恒帶寬帶通濾波器. . . . .fA(f)01002004006008001 000(b)恒帶寬比帶通濾波器恒帶寬比帶通濾波器恒帶寬與恒帶寬比帶通濾波器比較恒帶寬與恒帶寬比帶通濾波器比較中心頻率在不中心頻率在不同頻率時均有同頻率時均有輸出輸出(4)三種濾波器測量結(jié)果比較三種濾波器測量結(jié)果比較濾波器濾波器(23/23)(23/23)04020幅值幅值/dB9401 060f/Hz(a)實際信號實際信號0402

31、0幅值幅值/dB6308001 0001 2501 600f/Hz(b)1/3倍頻程分析結(jié)果倍頻程分析結(jié)果f/Hz04020幅值幅值/dB9401 060(c)1/10倍頻程分析結(jié)果倍頻程分析結(jié)果(d) 恒帶寬濾波器分析結(jié)果恒帶寬濾波器分析結(jié)果9401 06004020幅值幅值/dBf/Hz三種濾波器測量結(jié)果比較三種濾波器測量結(jié)果比較5.45.4 信號的指示和記錄裝置信號的指示和記錄裝置 (Indication and Record Equipments of Signal)信號指示與記錄裝置是測試系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，也是進信號指示與記錄裝置是測試系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，也是進一步了解、分析和研究

32、測量結(jié)果的重要環(huán)節(jié)。一步了解、分析和研究測量結(jié)果的重要環(huán)節(jié)。選擇指示與記錄裝置，首先關(guān)心的是其響應(yīng)能力，即能否選擇指示與記錄裝置，首先關(guān)心的是其響應(yīng)能力，即能否正確地跟蹤測量信號的變化，并把它如實的記錄下來（隨正確地跟蹤測量信號的變化，并把它如實的記錄下來（隨動系統(tǒng)）。動系統(tǒng)）。通常把記錄裝置對正弦信號的響應(yīng)能力稱為記錄裝置的頻率通常把記錄裝置對正弦信號的響應(yīng)能力稱為記錄裝置的頻率響應(yīng)特性，它決定了記錄裝置的工作頻率范圍。響應(yīng)特性，它決定了記錄裝置的工作頻率范圍。常見記錄裝置的性能一覽表 記錄裝置名稱 自動平衡記錄器 XY 記錄器 筆式記錄儀 光線示波器 磁帶記錄器 陰極射線 示 波 器 照相

33、 概 要 記 錄 精 度 較高，記錄幅度大，完全直線書寫 在平面上記錄兩種物理量關(guān)系的記錄器 使用較廣，操作方便 使用較廣，頻 率 響 應(yīng)好，多線化容易 靈活性大，頻 率 響 應(yīng)好，多線化很容易 頻帶寬，操作復(fù)雜 主要用途 各種物理量的長時間記錄 特性曲線自動記錄 同時記錄變化頻率較低的現(xiàn)象 同時記錄變化頻率較高的現(xiàn)象 同時記錄高低頻現(xiàn)象，暫態(tài)過程 記 錄 瞬 態(tài)過程 記錄單元名稱 伺服機構(gòu) 伺服機構(gòu) 筆式檢流計 振 子 磁 頭 熒光屏 記錄方式 墨水記錄 圓珠筆記錄 墨水記錄 圓珠筆記錄 墨水、熱筆、放電、插削記錄 直記式 顯定影式 磁化現(xiàn)象 照 相 或 存貯 工作頻帶 (最高點) 1 Hz

34、 滿幅 1 s 30100 Hz 5 kHz(最高超過 10 kHz) 4080 kHz (最高400 kHz) 0 100 MHz或 微秒級瞬變 振幅精度 0.25% 同左 2% 2% 25% 取決于定標(biāo)精度 靈 敏 度 110 mV/滿幅 10 mV/滿幅 0.52.5 mm/mA(檢 流計 ) 1.5*105mm/mAm 線 數(shù) 13 12 112 達 60 達 56 12 記錄帶 速 度 2cm/h50cm/min 125cm/s 25cm/min200cm/s 2.38305 cm/s 記錄幅寬 150250mm 縱橫 250mm 40mm 左右 100mm 左右 主要參數(shù) 輸入阻抗

35、 不平衡時 100 k 以上 同左 約 4 k 10200 100 k 左右 信號的指示和記錄裝置信號的指示和記錄裝置 (2/7)1. 1. 磁光盤記錄器磁光盤記錄器 信號的指示和記錄裝置信號的指示和記錄裝置 (3/7)硬盤：硬盤：硬盤存儲器主要由磁頭、盤片、硬盤驅(qū)動器和讀硬盤存儲器主要由磁頭、盤片、硬盤驅(qū)動器和讀/寫控制寫控制電路組成，盤片用鋁合金或玻璃等材料制成，其表面涂電路組成，盤片用鋁合金或玻璃等材料制成，其表面涂有磁性材料，硬盤存儲器根據(jù)磁頭和盤片結(jié)構(gòu)的不同可有磁性材料，硬盤存儲器根據(jù)磁頭和盤片結(jié)構(gòu)的不同可以分為固定磁頭硬盤，活動磁頭固定盤片硬盤以及活動以分為固定磁頭硬盤，活動磁頭固

36、定盤片硬盤以及活動可換盤片硬盤等幾種類型。磁盤的轉(zhuǎn)速有可換盤片硬盤等幾種類型。磁盤的轉(zhuǎn)速有12 000 r/min、7 200 r/min、5 400 r/min等多種，并且朝著轉(zhuǎn)速越來越等多種，并且朝著轉(zhuǎn)速越來越快的方向發(fā)展。快的方向發(fā)展。信號的指示和記錄裝置信號的指示和記錄裝置 (4/7)光盤：光盤：目前常見的光盤儲存器是目前常見的光盤儲存器是CD-ROM和和DVD-ROM。又可以分。又可以分為以下幾種：只讀光盤為以下幾種：只讀光盤(CD-R)、可讀寫光盤、可讀寫光盤(rewritable)。其。其工作原理是把被記錄信息經(jīng)過數(shù)字化處理，變成了工作原理是把被記錄信息經(jīng)過數(shù)字化處理，變成了“

37、0”與與“1”，其對應(yīng)在光盤上就是沿著盤面螺旋形狀信息軌道上的，其對應(yīng)在光盤上就是沿著盤面螺旋形狀信息軌道上的一系列凹點一系列凹點(pits)和平面和平面(lands)。所有的凹點都具有相同的深。所有的凹點都具有相同的深度和長度，其深度約為度和長度，其深度約為0.110.13 m，寬度約為，寬度約為0.40.5 m，而激光光束能在而激光光束能在1 s內(nèi)從內(nèi)從1 m2的面積內(nèi)獲得清晰的反射信號。的面積內(nèi)獲得清晰的反射信號。根據(jù)其反射回激光的狀況，光盤驅(qū)動器就能將其解讀為根據(jù)其反射回激光的狀況，光盤驅(qū)動器就能將其解讀為“0”或或“1”的數(shù)字編碼了。的數(shù)字編碼了。信號的指示和記錄裝置信號的指示和記錄

38、裝置 (5/7)閃存盤：閃存盤：便攜存儲（便攜存儲（USB flash disk），也稱為閃存盤。是采用），也稱為閃存盤。是采用USB接口和閃存（接口和閃存（flash memory）技術(shù)結(jié)合的方便攜帶）技術(shù)結(jié)合的方便攜帶外觀精美時尚的移動存儲器，具有可多次擦寫、速度快外觀精美時尚的移動存儲器，具有可多次擦寫、速度快而且防磁、防振、防潮的優(yōu)點。而且防磁、防振、防潮的優(yōu)點。 最初的閃存盤出現(xiàn)在最初的閃存盤出現(xiàn)在1999年，是由我國朗科（年，是由我國朗科（Netac）公司研發(fā)的，他們把）公司研發(fā)的，他們把它命名叫它命名叫“優(yōu)盤優(yōu)盤” 。 2. 2. 高速攝像儀高速攝像儀 信號的指示和記錄裝置信號的

39、指示和記錄裝置濾波器濾波器(6/7)(6/7)采用小型攝像頭以及幀捕獲卡高速采集圖像以記錄快速運采用小型攝像頭以及幀捕獲卡高速采集圖像以記錄快速運動對象的狀態(tài)。一般地，高速攝像儀每秒可捕獲動對象的狀態(tài)。一般地，高速攝像儀每秒可捕獲 500幀幀(即即 500 fps) 以上的高分辨率圖像，并且在降低分辨率的情況下以上的高分辨率圖像，并且在降低分辨率的情況下提高捕獲圖像的幀數(shù)，如某臺高速攝像儀在降低分辨率的提高捕獲圖像的幀數(shù)，如某臺高速攝像儀在降低分辨率的情況下可達到情況下可達到16 000 fps。高速攝像儀把高速數(shù)字攝影、控制軟件和強大的分析功能高速攝像儀把高速數(shù)字攝影、控制軟件和強大的分析功

40、能與與 PC 結(jié)合，提供一個完整的高速攝像視頻系統(tǒng)。系統(tǒng)具結(jié)合，提供一個完整的高速攝像視頻系統(tǒng)。系統(tǒng)具有完善的功能和靈活性，能滿足多樣運動分析的需求。用有完善的功能和靈活性，能滿足多樣運動分析的需求。用于工業(yè)測試、體育、汽車工業(yè)、自動化生產(chǎn)線檢測、軍事、于工業(yè)測試、體育、汽車工業(yè)、自動化生產(chǎn)線檢測、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域的各類高速數(shù)字攝影系統(tǒng)。醫(yī)療等領(lǐng)域的各類高速數(shù)字攝影系統(tǒng)。3. 3. 數(shù)字波形存儲記錄儀數(shù)字波形存儲記錄儀 模擬信號模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號值信號數(shù)值數(shù)值信號信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為模模擬擬信號信號信號的指示和記錄裝置信號的指示和記錄裝置 (7/7)(7/7)輸入的被測信號先經(jīng)衰減器、放大器變換為符合輸入的被測信號先經(jīng)衰減器、放大器變換為符合 A/D 變換器變換器輸入范圍的信號，經(jīng)輸入范圍的信號，經(jīng) A/D 變換器進行取樣、量化、編碼，成變換器進行取樣、量化、編碼，成為數(shù)字碼，存儲到為數(shù)字碼，存儲到 RAM 中實現(xiàn)被測信號的數(shù)字化存儲，數(shù)中實現(xiàn)被測信號的數(shù)字化存儲，數(shù)字化存儲的信號通過顯示驅(qū)動顯示在顯示屏上。字化存儲的信號通過顯示驅(qū)動顯示在顯示屏上。