信号调理的技巧与方法

模拟信号的变换与处理是直接对连续时间信号进行分析处理的过程，是利用一定的数学模型所组成的运算网络来实现的。从广义上讲，它包括了调制、滤波、放大、微积分、乘方、开方、除法运算等。模拟信号分析的目的是便于信号的传输与处理，例如，信号调制后的放大与远距离传输；利用信号滤波实现剔除噪声与频率分析；对信号的运算估值，以获取特征参数等。

尽管数字信号分析技术已经获得了很大发展，但模拟信号分析仍然是不可少的，即使在数字信号分析系统中，也要加入模拟分析设备。例如，对连续时间信号进行数字分析之前的抗频混滤波，信号处理以后的模拟显示记录等。

传感器输出的电信号，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去。其主要原因是大多数传感器输出的电信号很微弱，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换；有些传感器输出的是电参量，要转换为电能量；输出信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比；若测试工作仅对部分频段的信号感兴趣，则有必要从输出信号中分离出所需的频率成分；当采用数字式仪器、仪表和计算机时，模拟输出信号还要转换为数字信号等。因此，传感器的输出信号要经过适当的调理，使之与后续测试环节相适应。常用的信号调理环节有电桥、放大器、滤波器、调制器与解调器等。尽管各类放大器的知识在有关电子电路课程中已有详细介绍，但由于信号放大是信号调理的最基本内容，因此在本章中仍对放大电路作一个简要的回顾。本节主要介绍放大、滤波、调制与解调等常用模拟信号调理方法的基本知识。

（1）电桥

当传感器把被测量转换为电路或磁路参数的变化后，电桥可以把这种参数变化转变为电桥输出电压的变化。电桥按其电源种类的不同可分为直流电桥和交流电桥。直流电桥只能用于测量电阻的变化，而交流电桥可用于测量电阻、电感和电容的变化。

当电桥输出端接入的仪表或放大器的输入阻抗足够大时，可认为其负载阻抗为无穷大。这时把电桥称为电压桥；当其输入阻抗与内电阻匹配时，满足最大功率传输条件，这时电桥被称为功率桥或电流桥。

（2）放大电路

对信号的放大有很多种电路可以实现，但工程测试中所遇到的信号，多为100 kHz以下的低频信号，在大多数情况下，都可用放大器集成芯片来设计放大电路。(www.xing528.com)

集成运算放大器可作为一个器件构成各种基本功能的电路。这些基本电路又可作为单元电路组成电子应用电路。

（3）滤波器

根据滤波器的选频作用分类，有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

（4）信号的调制与解调

在测试技术中，调制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。例如，被测物理量（如温度、位移、力等参数）经过传感器交换以后，多为低频缓变的微弱信号，对这样一类信号，直接送入直流放大器或交流放大器放大会遇到困难，因为，采用级间直接耦合式的直流放大器放大，将会受到零点漂移的影响。当漂移信号大小接近或超过被测信号时，经过逐级放大后，被测信号会被零点漂移淹没。为了很好地解决缓变信号的放大问题，信息技术中采用了一种对信号进行调制的方法，即先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。上述信号传输中的变换过程称为调制与解调。在信号分析中，信号的截断、窗函数加权等，也是一种振幅调制；在声音信号测量中，由回声效应所引起的声音信号叠加、乘积、卷积，其中声音信号的乘积就属于调幅现象。

信号调制的类型，一般正（余）弦调制可分为幅度调制、频率调制、相位调制3种，简称为调幅AM、调频FM、调相PM。