《机械工程测试技术》课程教学资源（PPT课件）第4章 信号调理装置 Signal Conditioning Apparatus

历北联信大学机械工程测试技术HEBEI UNITED UNIVERSITY第4章信号调理装置Signal Conditioning Apparatus变磁通感应式速度/角速度传感器000示波器1-测量齿轮2软铁3线圈4外壳5永磁铁6一填料7插坐被测件

Signal Conditioning Apparatus 第4章 信号调理装置

第4章信号调理装置学习目标学习测量电桥、测量放大器、调制器与解调器、滤波器等信号调理装置的工作原理、基本特性等知识。学完本章后，应对各种信号调理装置的功能特点有较清楚的了解，初步具备正确设计、选用各种信号调理装置的能力。学习童点与难点重点电桥、幅值调制、RC滤波器的工作原理和特性。难点信号的调制原理

第4章 信号调理装置 学习目标 学习重点与难点 学习测量电桥、测量放大器、调制器与解调器、滤 波器等信号调理装置的工作原理、基本特性等知识。学 完本章后，应对各种信号调理装置的功能特点有较清楚 的了解，初步具备正确设计、选用各种信号调理装置的 能力。 重点 电桥、幅值调制、RC滤波器的工作原理和特性。 难点 信号的调制原理

第4章信号调理装置主要学习内容4.1测量电桥4.2测量放大器4.3调制器与解调器4.4滤波器

第4章 信号调理装置 4.1 测量电桥 4.2 测量放大器 4.3 调制器与解调器 4.4 滤波器 主要学习内容

第4章信号调理装置4.1测量电桥ElectricBridgeforMeasurement电桥是一种常用的电子线路，用来将电桥某些参数的微小变化转换成较大的电压或电流输出。用于测量装置中的电桥称为测量电桥，被转换的参数通常为传感器的电阻、电感、电容或传感器输出的电压等。测量装置中最常用的电桥是惠斯登电桥

第4章 信号调理装置 4.1 测量电桥 Electric Bridge for Measurement 电桥是一种常用的电子线路，用来将电桥某些参 数的微小变化转换成较大的电压或电流输出。用于测 量装置中的电桥称为测量电桥，被转换的参数通常为 传感器的电阻、电感、电容或传感器输出的电压等。 测量装置中最常用的电桥是惠斯登电桥

第4章信号调理装置供桥电源22Ze（桥压）eo电桥输出eoZ4So0电桥的输出为惠斯登电桥Z,Z, -Z,Z(Z1+Z,)(Z, +Z4)Z1～Z4——电桥的四个桥臂

第4章 信号调理装置 o s e Z Z Z Z Z Z Z Z e ( )( ) 1 2 3 4 1 3 2 4 + + − = 电桥的输出为 s e ——供桥电源 （桥压） o e ——电桥输出 Z1 ~ Z4 ——电桥的四个桥臂 惠斯登电桥 s e o e Z2 Z3 Z4 Z1

第4章信号调理装置4.1.1电桥的分类按电桥供电电源的性质分直流电桥采用直流电源供电交流电桥采用高频稳幅交流电源供电Z2RzZ.R,OeaPR3R4Z4CCeeS直流电桥交流电桥

第4章 信号调理装置 4.1.1 电桥的分类 ■ 按电桥供电电源的性质分 ● 直流电桥——采用直流电源供电 ● 交流电桥——采用高频稳幅交流电源供电 o e R2 R3 R4 R1 s e t 直流电桥 交流电桥 s e o e Z2 Z3 Z4 Z1 t

第4章信号调理装置按桥臂元件的阻抗性质分纯电感电桥纯电阻电桥容性电桥、感性电桥纯电容电桥2RL1容性：阻抗角阻抗角阻抗角-90°<@<0°P=0°Φ=-90°? = +90°感性：纯电阻电桥纯电容电桥纯电感电桥0°<<90°容性电桥感性电桥

第4章 信号调理装置 ■ 按桥臂元件的阻抗性质分 ● 纯电阻电桥 ● 纯电容电桥 ● 纯电感电桥 ● 容性电桥、感性电桥 纯电阻电桥 s e o e R2 R4 R3 R1   = 0 阻抗角 s e o e C2 C4 C3 C1   = −90 阻抗角 纯电容电桥 s e o e L2 L3 L4 L1   = +90 阻抗角 纯电感电桥 s e o e Z2 Z4 Z3 Z1   − 90    0 容性：   0    90 感性： 容性电桥 感性电桥

第4章信号调理装置按电桥输出的测量方式分平衡电桥使电桥处于平衡状态后读数不平衡电桥读数时电桥处于不平衡状态LZ2PRR2C6ZIRsReOaeSO不平衡电桥平衡电桥（偏差法）（零位法）

第4章 信号调理装置 ■ 按电桥输出的测量方式分 ● 平衡电桥——使电桥处于平衡状态后读数 ● 不平衡电桥——读数时电桥处于不平衡状态 R2 R3 R4 R1 s e G P 平衡电桥 （零位法） 不平衡电桥 （偏差法） s e o e Z2 Z3 Z4 Z1

第4章信号调理装置4.1.2直流电桥R2R,采用直流电源供电，四个桥臂元件均为纯电阻。eo电桥输出RRR,R,-R,RD2(R + R)(R + R)O2e1直流电桥的平衡条件：直流电桥R,R =R,R为简化设计和分析，一般将四臂电阻设计成相等，即R=R=R=R=R

第4章 信号调理装置 采用直流电源供电，四 个桥臂元件均为纯电阻 。 o s e R R R R R R R R e ( )( ) 1 2 3 4 1 3 2 4 + + − = R1R3 = R2R4 电桥输出 直流电桥的平衡条件： 为简化设计和分析，一般将四臂电阻设计成相等，即 R1 = R2 = R3 = R4 = R 4.1.2 直流电桥 o e R2 R3 R4 R1 s e t 直流电桥

第4章信号调理装置将传感器（如电阻应变片）接入电桥的某些桥臂上，则电桥的输出就与被测量的变化有一一对应关系。传感器可以三种形式接入电桥。半桥单臂连接R, ±ARR2当AR<<R时,电桥的输出为eC5ARR4R

第4章 信号调理装置 将传感器（如电阻应变片）接入电桥的某些桥臂上， 则电桥的输出就与被测量的变化有一一对应关系。 传感器可以三种形式接入电桥。 ■ 半桥单臂连接 s e o e R2 R3 R4 R R  1 o s e R R e 4   当 时， 电桥的输出为 R  R