工程测试技术 广东工业大学机电工程学院 第五章模拟信号调理与转换 信号由于存在噪声干扰、多种信号混合、跨 距传输等现象,因此需对信号进行调理和转换, 抑制干扰噪声、提高信噪比和方便后续的传输和 处理,才能满足测试系统的测量需求,包括:滤 波、调制、以及数/模与模/数转换
工程测试技术 广东工业大学机电工程学院 第五章 模拟信号调理与转换 信号由于存在噪声干扰、多种信号混合、跨 距传输等现象,因此需对信号进行调理和转换, 抑制干扰噪声、提高信噪比和方便后续的传输和 处理,才能满足测试系统的测量需求,包括:滤 波、调制、以及数/模与模/数转换
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 5.1电桥 电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转化为 电压或电流输出的一种测量电路。 光 分类: 按激励电压的性质分为直流电桥和交流电桥 按工作方式分为偏值法(不平衡桥式)和零值法(平衡 桥式)
广东工业大学机电工程学院 5.1 电桥 第五章 模拟信号调理与转换 * 电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转化为 电压或电流输出的一种测量电路。 * 分类: 按激励电压的性质分为直流电桥和交流电桥 按工作方式分为偏值法(不平衡桥式)和零值法(平衡 桥式)
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 5.1.1直流电桥 b 1.电路形式 a U。一输入的直流电源的电压 R U,一输出电压 R Uo U R+R U ad= R4一U0 R+R U,=Uab-Uad= RR3-RRa (R,+R2R+R4)
广东工业大学机电工程学院 a b c d R1 R2 R4 R3 Uy U0 1 I 2 I U0 —输入的直流电源的电压 U y —输出电压 5.1.1直流电桥 1. 电路形式 0 1 2 1 U R R R Ua b 0 3 4 4 U R R R Uad 0 1 2 3 4 1 3 2 4 U R R R R R R R R U y Ua b Ua d 第五章 模拟信号调理与转换
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 U,=Uab-Uad= R+R2 R3+R4 RR3-R2R4 (R+R2R+R4) 2.平衡条件 电桥平衡:直流电桥输出为零 则有 R R3=R2Ra *直流电桥的工作原理:四个桥臂中一个或数个桥臂的电 阻值变化会引起电桥输出电压的变化,基于此可使输出 仅与被测量引起的阻值变化有关
广东工业大学机电工程学院 2. 平衡条件 0 1 2 3 4 1 3 2 4 0 3 4 4 0 1 2 1 U R R R R R R R R U R R R U R R R U y Ua b Ua d R1 R3 R2 R4 电桥平衡:直流电桥输出为零 * 直流电桥的工作原理:四个桥臂中一个或数个桥臂的电 阻值变化会引起电桥输出电压的变化,基于此可使输出 仅与被测量引起的阻值变化有关。 则有 第五章 模拟信号调理与转换
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 3.直流电桥的特点 1)优点:采用稳定性高的直流电源作激励电源;电桥的 输出是直流量,可用直流仪表测量,精度高。电桥与后 接仪表间的连接导线不会形成分布参数,因此,对导线 连接的方式要求较低。 2)缺点:易引入工频干扰,由于输出为直流量,故需对 其作直流放大,而直流放大器一般都比较复杂,容易受 到零点漂移和接地电位的影响
广东工业大学机电工程学院 3. 直流电桥的特点 1)优点:采用稳定性高的直流电源作激励电源;电桥的 输出是直流量,可用直流仪表测量,精度高。电桥与后 接仪表间的连接导线不会形成分布参数,因此,对导线 连接的方式要求较低。 2)缺点:易引入工频干扰,由于输出为直流量,故需对 其作直流放大,而直流放大器一般都比较复杂,容易受 到零点漂移和接地电位的影响。 第五章 模拟信号调理与转换
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 4.直流电桥有零值法和偏值法两种 1)零值法 工作原理:电桥在平衡状态下,检流计输出为零,由于被测量 变化引起电阻R变化引起电桥不平衡。 ·R:由于被测物理量的变化而发生变化时. R2:可变电阻,可调整变电阻使电桥再次平衡. ·G:检流计
广东工业大学机电工程学院 4. 直流电桥有零值法和偏值法两种 1)零值法 工作原理:电桥在平衡状态下,检流计输出为零,由于被测量 变化引起电阻R1变化引起电桥不平衡。 • R1 : 由于被测物理量的变化而发生变化时 . • R2 :可变电阻,可调整变电阻使电桥再次平衡 . • G: 检流计 第五章 模拟信号调理与转换
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 零值法的优缺点 零值法多用于测量静态物理量 优点: ●不需要知道输入电压,不影响测量的准确性; ●检流计只要求检测是否有电流流过,而无需测量它的 大小 缺点: 因为检流计的分辨率是有限的,不 G 能确定电流是否精确为零,引入检 流计的分辨误差。 ex
广东工业大学机电工程学院 零值法的优缺点 零值法多用于测量静态物理量 优点: 不需要知道输入电压,不影响测量的准确性; 检流计只要求检测是否有电流流过,而无需测 量它的 大小 缺点: 因为检流计的分辨率是有限的,不 能确定电流是否精确为零,引入检 流计的分辨误差。 第五章 模拟信号调理与转换
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 2)偏值法 工作原理:在不平衡条件下,电路中一个或多个桥电阻的变 化可以通过电压表的压降或者桥式电路的电流表的大小显示 出来。 在基本电桥中,可通过内阻无穷 大的电压表测得从节点b到节点d 的电压降,作为电阻变化的指示。 6 R G0用滑t0nn= 1198
广东工业大学机电工程学院 在基本电桥中,可通过内阻无穷 大的电压表测得从节点b到节点d 的电压降,作为电阻变化的指示。 2)偏值法 工作原理:在不平衡条件下,电路中一个或多个桥电阻的变 化可以通过电压表的压降或者桥式电路的电流表的大小显示 出来。 第五章 模拟信号调理与转换
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 (1)电桥的和差特性 b RR-RRa U. R (R+R)(R+R) a 为了简化,采用全等臂电桥,即 R,=R2=R3=R4=R 当每个电桥上有电阻值变化且满足: 若△R<RAR<R, △R<R △R4<R 忽略△R的高次项 则电桥的输出 U (AR-△R,+AR-AR) ·电桥的和差特性:相邻相减,相对相加
广东工业大学机电工程学院 (1)电桥的和差特性 为了简化, 采用全等臂电桥,即 1 3 2 4 0 1 2 3 4 y R R R R U U R R R R R R R R R 1 2 3 4 0 若 R R 1 1 R R 2 2 R R 3 3 R R 4 4 0 1 2 3 4 0 4 y U U R R R R R 则电桥的输出 电桥的和差特性:相邻相减,相对相加 当每个电桥上有电阻值变化且满足: a b c d R1 R2 R4 R3 Uy U0 1 I 2 I 第五章 模拟信号调理与转换 忽略 Ri 的高次项
第五章模拟信号调理与转换 广东工业大学机电工程学院 ■电桥的和差特性:相邻相减,相对相加 相邻两桥臂电阻的变化所产生的输出电压为该两 桥臂各电阻值变化产生的输出电压之差; 相对两桥臂电阻的变化所产生的输出电压为该两 桥臂各电阻值变化产生的输出电压之和。 R-说+-s) U,=7
广东工业大学机电工程学院 • 相对两桥臂电阻的变化所产生的输出电压为该两 桥臂各电阻值变化产生的输出电压之和。 • 相邻两桥臂电阻的变化所产生的输出电压为该两 桥臂各电阻值变化产生的输出电压之差; 第五章 模拟信号调理与转换 电桥的和差特性:相邻相减,相对相加 0 1 2 3 4 0 4 y U U R R R R R