信号的调理和记录资料Word文档格式.docx

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（A）信号放大；

（B）信号衰减；

（C）滤波；

（D）调制

6、在1/3倍频程分析中，带宽是（）。

（A）常数；

与中心频率成正比的；

（B）与中心频率成指数关系的；

最高频率的三分之一

7、如果比较同相放大器和反相放大器，下列说法中，（）是不符合实际的。

（A）它们都具有低输出阻抗的特性，一般小于1Ω

（B）它们的增益取决于反馈电阻与输入电阻的比值，而非实际电阻值

（C）它们的增益带宽积相同

（D）对于这两种放大器，相角与频率之间的关系相同

8、为了减少测量噪声，除了（），应避免以下做法。

（A）为了节省导线，使传感器外壳和测量仪器的外壳分别接地

（B）为了安装方便，把仪器的接地点连接到电源插头的地线

（C）为了减小电磁干扰，两电源线尽可能互相靠近并互相缠绕，两信号线也应如此

（D）为了减小耦合电容，使用屏蔽电缆并且使屏蔽层在传感器端和仪器端接地

5.2填空题

1、交流电桥4个桥臂的阻抗按时针顺序分别是Z1、Z2、Z3、Z4，其平衡条件是（）。

2、调幅波可用看作是载波与调制波的（）。

3、一个变送器用24V电源供电，就其测量范围，输出4~20的电流。

为了把信号输入虚拟仪器，可在变送器电路串连一个（）Ω的标准电阻，以便在该电阻两端取出1~5V的电压信号。

4、恒带宽比滤波器的中心频率越高，其带宽（），频率分辨率越低。

5、增益在高频率的下降是运放的固有特征，低频增益与截止频率之间的关系可以用（）（GDP）来描述。

如果希望较高的增益并保持带宽，可以使用两个放大器（）。

6、为了减小负载误差，放大器的输入阻抗一般是很（）的。

7、设计滤波器时，必须指明滤波器的种类、（）、逼近方式和阶数。

对于某些逼近方式，还要指明通带或阻带的波纹。

5.3简答题

1、通常测试系统由哪几部分组成？

简要说明各组成部分的主要功能。

传感器：

把被测量转换为电量；

中间电路：

对传感器输出的信号进行转换和处理；

显示记录装置：

对来自中间电路的信号做显示和记录。

2、等臂电桥单臂工作，电源电压为U0=Umsinωt，输入信号为ε=EsinΩt，写出输出电压UBD并示意画出各曲线，ω>

>

Ω。

输出电压UBD表达式和各信号曲线（图5.1）如下：

UBD=（1/4）UmKEsinΩtsinωt

图5.1

3、选择一个正确的答案并阐述其原理。

将两个中心频率相同的滤波器串联，可以达到：

（1）扩大分析频带；

（2）滤波器选择性变好，但相移增加；

（3）幅频、相频特性都得到改善。

选

（2）。

两个中心频率相同的滤波器串联，总幅频特性为两个滤波器的乘积，因此通带外的频率成分将有更大的衰减斜率。

总的相频特性为两个滤波器的叠加，所以相角变化更加剧烈。

4、什么是滤波器的分辨力？

与那些因素有关？

滤波器的分辨力是指滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。

滤波器的分辨力与滤波器的带宽有关，通常带宽越窄分辨率越高。

5、设一带通滤波器的下截止频率为fc1，上截止频率为fc2，中心频率为fc，试指出下列技术中的正确与错误。

①倍频程滤波器

。

错误

②

正确

③滤波器的截止频率就是此通频带的幅值

处的频率。

④下限频率相同时，倍频程滤波器的中心频率是1/3倍频程滤波器的中心频率的

倍。

；

6、设有一低通滤波器，其带宽为300Hz。

问如何与磁带纪录仪配合使用，使其分别当作带宽为150Hz和600Hz的低通滤波器使用？

答：

使重放速度为记录速度的2倍，即使时间尺度压缩，这样所得到信号频带就可以加宽至600Hz；

使重放速度为记录速度的1/2，即使时间尺度伸长，这样所得到信号频带就可以变窄至150Hz。

5.4应用题

1、以阻值R=120Ω，灵敏度K=2的电阻丝应变片与阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为2V，并假定负载为无穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，求出单臂工作的输出电压。

若采用双臂电桥，另一桥臂的应变为-2με和-2000με时，求其输出电压并比较两种情况下的灵敏度。

解

单臂工作：

应变为2με时，

V

应变为2000με时，

双臂工作：

应变为2με时，

显然，双臂工作时，灵敏度增加了一倍。

2、有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度,如图5.2所示。

试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？

说明为什么？

图5.2

解：

工作臂为多个应变片串联的情况。

、

桥臂由n个应变片串联，

，当

桥臂的n个

都有增量

时，则电桥输出：

一定时，桥臂应变片相串联后并不能使电桥输出增加。

但是桥臂阻值增加，在保证电流不变的情况下，可适当提高供桥电压，使电桥输出增加。

在一个桥臂上有加减特性。

工作臂并联的情况。

采用并联电阻方法也不能增加输出。

3、已知调幅波

其中

kHz，

Hz

试求所包含的各分量的频率及幅值；

绘出调制信号与调幅波的频谱。

调幅波的频谱如表。

表调幅波的频谱

频率Hz

10,000

10,500

9,500

11,500

8,500

幅值

100

15

10

4、用电阻应变片接成全桥，单臂工作，测量某一构件的应变，已知其变化规律为

如果电桥激励电压是

，应变片灵敏度系数K=2。

求此电桥输出信号的频谱（并画出频谱图）。

解输出电压

=

频谱如图5-3所示。

画5-3

解法2：

虚频谱和频谱分别如图5-4（a）和（b）所示。

图5-4

5、一1/3倍频程滤波器，其中心频率，建立时间Te=0.8s。

求该滤波器：

①带宽B；

②上、下截止频率fc1、fc2；

③若中心频率改为fn΄=200Hz，求带宽、上下截止频率和建立时间。

Hz

若中心频率改为

s

6、一个测力传感器的开路输出电压为95mV，输出阻抗为500Ω。

为了放大信号电压，将其连接一个增益为10的放大器。

若放大器输入阻抗为4kΩ或和1MΩ，求输入负载误差。

传感器可以模拟为一个串连500Ω电阻的95mV的电压发生器。

当它和放大器连接时，如图所示。

解出电流：

放大器输入电阻上的电压为：

V=RI=4000

0.0211

10-3=84.4mV

因此，负载误差为10.6mV或者传感器无负载时输出的11%。

图5-5

同理，用1MΩ电阻代替4kΩ的电阻，误差变为0.047mV或者是0.05%。

7、μA741运放同相放大器的增益为10，电阻R1=10kΩ，确定电阻R2的值。

741运算放大器的增益带宽积（GBP）为1MHz，求频率为10000Hz的正弦输入电压的截止频率和相位移动。

增益

令R1=10kΩ，可计算出R2为90kΩ。

由于741运算放大器的增益带宽积（GBP）为1MHz，求截止频率

kHz

频率为10kHz时的相角：

这意味着输出和输入之间相角差为5.7o，即约为周期的1.6%。

8、测力传感器的输入100N，开路输出电压为90mV，输出阻抗为500Ω。

为了放大信号电压，将其连接一个增益为10的反相放大器。

若放大器输入阻抗为4kΩ，求放大器输入负载误差和测量系统的灵敏度。

（2）放大器的增益带宽积（GBP）为10kHz正弦电压的输出与输入之间的相角差。

（1）传感器可以模拟为一个串连500Ω电阻的90mV的电压发生器。

0.02

10-3=80mV

因此，负载误差为10mV。

灵敏度K=80

10/100=8mV/N

（2）参见上题。

9、单边指数函数

与余弦振荡信号

的乘积为z（t）=x（t）y（t）,在信号调制中,x（t）叫调制信号,y（t）叫载波,z（t）便是调幅信号。

若把z（t）再与y（t）相乘得解调信号w（t）=x（t）y（t）z（t）。

（1）求调幅信号z（t）的傅里叶变换并画出调幅信号及其频谱。

（2）求解调信号w（t）的傅里叶变换并画出解调信号及其频谱。

（1）首先求单边指数函数

的傅里叶变换及频谱

余弦振荡信号

的频谱：

利用δ函数的卷积特性,可求出调幅信号=x（t）•y（t）的频谱：

图5.6中，（a），（b）分别为信号x（t）及其频谱的曲线；

（c），（d）分别为信号y（t）及其频谱的曲线；

（e），（f）分别为调幅信号z（t）及其频谱的曲线。

图5.6调幅信号及其频谱

（2）求解调信号w（t）的傅里叶变换并画出解调信号及其频谱。

利用δ数的卷积特性,求出调幅信号

的频谱,见图5.7。

图5.7解调信号频谱

若

足够大，从解调信号频谱图中区间（-

，

）的图像可恢复原信号的波形，图略。

10、交流应变电桥的输出电压是一个调幅波。

设供桥电压为

，电阻变化量为

，单臂工作，其中

试求电桥输出电压

的频谱。

11、一个信号具有从100Hz到500Hz范围的频率成分，若对此信号进行调幅，试求调幅波的带宽，若载波频率为10kHz，在调幅波中将出现那些频率成分？

参见上题，调幅波带宽为1,000Hz。

调幅波频率成份为10,100~10,500Hz以及9,500~9,900Hz。

12、图5.8所示的磁电指示机构和内阻的信号源相连，其转角

和信号源电压

的关系可用二阶微分方程来描述，即

设其中动圈部件的转动惯量I=2.5×

10-5kg.m2，弹簧刚度K=10-3N.m.rad-1，线圈匝数n=100，线圈横截面积A=10-4m2，线圈内阻Rl为75Ω，磁通密度B为150Wb.m-1和信号内阻Ri为125Ω。

①试求该系统的静态灵敏度；

②为了得到的阻尼比，必须把多大的电阻附加在电路中？

改进后系统的灵敏度为多少？

图5.8

解因为信号静态时

因此，信号的静态灵敏度

rad/V

阻尼比

=35.6

改进后

于是，有

所以，附加电阻

改进后的灵敏度

13、实验中用以供给加热器的公称电压为120V。

为记录该电压，必须采用分压器使之衰减，衰减器的电压衰减系数为15。

电阻R1和R2之和为1000Ω。

（a）求R1、R2和理想电压输出。

（忽略