应变测试信号处理电路

应变测试信号处理电路设计

摘要：电阻应变式传感器应用十分广泛。利用电阻应变式传感器作为转换器件进行力的测试是一种常用的测力方法，但是由应变传感器直接输出的信号很微弱，需进行信号调理才能进行数字化处理。本文通过对应变传感器输出信号的分析，设计了一种高精度应变测试放大滤波电路作为微弱应变信号的前置处理电路。电路以高精度仪表放大器AD620与高精度运放OP07作为核心器件。经过实验证明其效果良好，线性失真很低，满足工程运用的要求。

0 引言

电阻应变式传感器应用十分广泛，一般采用桥式电路结构，从应变传感器所获得信号常为差模微弱信号，并含有较大共模部分，其数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。这就要求前置测量放大电路具有高增益、高精度、低噪声、低漂移、高共模抑制比等特点。仪表用放大器AD620是一种低功耗的仪用放大器，增益可调节，还具有高输入阻抗和高共模抑制比，特别适合做小信号的前置放大级。OP07为高精度运算放大器，噪声低，具有极低的输入失调电压及温漂，与阻容构成有源放大滤波电路，做为电路的第二级。通过级联方式对应变电桥输出的小信号进行放大滤波。

1 电阻应变电桥工作原理

应变片是常用的测力传感元件，通过测量应变片电阻值的变换来确定力的变化。常将应变片构成经典的电桥电路，组桥电路常用直流电桥，交流电桥，差动电桥。本文采用直流电桥。

设桥臂四个电阻静态时R

1=R

=R，电桥平衡时(无应变发生)电桥没有信号输出。发生应变

时，电桥失衡，电桥会又应变信号输出。设电阻的相对变化率分别为ΔR

1／R

，ΔR

／R

，ΔR

／R

3，ΔR

／R

。一个应变片组成单臂电桥时ΣR=ΔR／R；两个应变片组成差对状态工作即半

桥电路(见图1)，则有ΣR=2ΔR／R；用四个应变片组成两个差动工作即全桥电路时，ΣR=4ΔR ／R。由此可知单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。以半桥电路为例，如图1所示，

R 1=R

=R应变片构R

，R

成差动工作片，其形变大小均为ΔR，但是极性相反。其输出电压

Uo与输入电压U

的计算关系为：

2 应变测试电路总体框图

本系统主要由系统供电电源模块、应变电桥稳压模块、电阻应变桥式电路、前置放大电路、第二级放大滤波电路、电压跟随器等6部分组成，电路总体框图如图2所示。电源模块主要为其他模块提供稳定可靠的电压；应变桥式电路作为信号转换电路把力信号转换成电压信号；前置

放大电路主要由高精度仪用运算放大器AD620为核心，对输入信号进行前置放大并对噪声进行有效抑制；放大滤波电路作为后级放大器，同时也起到了低通滤波的作用。

3应变测试电路

电阻桥式电路输出的差模应变信号很小，大概在mV 级。基于信号的该特点，放大器的设计主要是高增益，高共模抑制比，低噪声。一方面。提高增益的最直接的措施是采用多个放大器级联，但这种结构在提高增益的同时也引入了噪声干扰，而且级

数越多引入电路的传输函数极点越多，造成系统不稳定，一般不选择三级以上级联方式，常用两级级联方式。多级放大电路总噪声主要取决于第一级。AD 公司生产的仪用集成运放AD620在抑制噪声、增益、漂移方面都有优异的特性，是解决微信号前置放大问题的廉价方案。

3．1应变桥稳压模块

由于应变片输出的信号微弱，其供桥电压需要相对稳定，利用LM7805稳压芯片使其电压稳定在5 V ，也避免了再额外增加供电模块。

3．2应变电桥

理论上全桥电路能产生最大的灵敏度，但是具体的接桥电路还应视实际的应用环境。本设计使。用于不易接成全桥电路的环境。采用两片应变片，一片为工作片，一片为补偿片(与工作片成90℃粘贴)，两应变片连接在相邻桥臂，有温度补偿功能。桥臂上电位器用于电桥调零。

3．3前置放大电路

采用高精确、噪声低、高性能、低成本的仪表放大器AD620构成差分放大电路，如图3所示能有效去除共模干扰，接线路结构简单，只需通过外接一个电阻可以精确放大所需倍数，本电路外接499Ω电阻将应变电桥输出的信号精确放大A 1=100倍。

3．4第二级放大滤波与电压跟随电路

OP07是高精度运算放大器，具有极低的输入失调电压，低温漂，低的输入噪声、电压幅度及长期稳定等特点，与电阻电容构成有源低通滤波电路，兼有放大功能。随后接电压跟随器与模数转换电路连接，如图4所示。当采集信号为低频信号时，要根据欲采集的应变信号来设定低通截止频率。本电路采用阻容配置成截止频率为f p =1／（2πR 1C 7）= 72.38Hz 完全满足本次

设计的滤波功能。放大倍数可以视实际需要进行匹配，此处设置的电路的放大倍数A2=79R R =10。

图4放大滤波与电压跟随电路

在电路中，电压跟随器做缓冲级及隔离级。电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲，尽量减少信号的衰减。起到承上启

下的作用。由R

10、C

阻容配置的低通截止频率与前级一致。由此输出的信号可直接用于AD转换

器进行数字化处理。

4 实验结果分析

4.l 验证电路的放大功能

实验室条件下，采用应变仪做标定。一个微应变对应0.002mV，然后测得100、300、500、1000不同微应变时所对应的电压值，其实际测量结果见表1。实验数据的误差主要来源于元器件内部与连接线路噪声干扰，测量仪器的误差．由此可以看出电路有精确的放大系数，线性度优良。

表1 放大实验测量结果

4．2 验证电路的滤波功能

通过信号发生器为电路提供20Hz，60Hz，100Hz，500Hz的交流信号测得结果表2可以看出在通带内(0～73Hz)放大电路有很好的放大精度，随着频率的升高，信号损耗的越严重，证明该电路有较好的低通滤波效果，抑制了环境中的高频干扰。

表2 滤波实验结果

5 结论

以仪用运放AD620与高精度通用运放OP07构成的应变测试信号处理电路，具有体积小，精度高，价格低廉等优点，经实验检验达到很好的效果，为应变测试提供了一种很好的前置电路。

测试信号处理实验

实验一离散时间系统的时域分析一、实验目的１. 运用MATLAB 仿真一些简单的离散时间系统，并研究它们的时域特性。２. 运用MATLAB 中的卷积运算计算系统的输出序列，加深对离散系统的差分方程、冲激响应和卷积分析方法的理解。二、实验原理离散时间系统其输入、输出关系可用以下差分方程描述： ∑=∑=-=-M k k N k k k n x p k n y d 00] [][ 当输入信号为冲激信号时，系统的输出记为系统单位冲激响应 ][][n h n →δ，则系统响应为如下的卷积计算式： ∑∞ -∞=-= *=m m n h m x n h n x n y ][][][][][ 当h[n]是有限长度的（n ：[0，M]）时，称系统为FIR 系统；反之，称系统为IIR 系统。在MA TLAB 中，可以用函数y=Filter(p,d,x) 求解差分方程，也可以用函数 y=Conv(x,h)计算卷积。例1 clf; n=0:40; a=1;b=2; x1= 0.1*n; x2=sin(2*pi*n); x=a*x1+b*x2; num=[1, 0.5,3]; den=[2 -3 0.1]; ic=[0 0]; %设置零初始条件 y1=filter(num,den,x1,ic); %计算输入为x1(n)时的输出y1(n) y2=filter(num,den,x2,ic); %计算输入为x2(n)时的输出y2(n) y=filter(num,den,x,ic); %计算输入为x (n)时的输出y(n) yt= a*y1+b*y2; %画出输出信号 subplot(2,1,1) stem(n,y); ylabel(‘振幅’)； title(‘加权输入a*x1+b*x2的输出’)；

数字信号处理实验一

一、实验目的 1. 通过本次实验回忆并熟悉MATLAB这个软件。 2. 通过本次实验学会如何利用MATLAB进行序列的简单运算。 3. 通过本次实验深刻理解理论课上的数字信号处理的一个常见方法——对时刻n的样本附近的一些样本求平均，产生所需的输出信号。 3. 通过振幅调制信号的产生来理解载波信号与调制信号之间的关系。二、实验内容 1. 编写程序在MATLAB中实现从被加性噪声污染的信号中移除噪声的算法，本次试验采用三点滑动平均算法，可直接输入程序P1.5。 2. 通过运行程序得出的结果回答习题Q1.31-Q1.33的问题，加深对算法思想的理解。 3. 编写程序在MATLAB中实现振幅调制信号产生的算法，可直接输入程序P1.6。 4. 通过运行程序得出的结果回答习题Q1.34-Q1.35的问题，加深对算法思想的理解。三、主要算法与程序 1. 三点滑动平均算法的核心程序： %程序P1.5 %通过平均的信号平滑 clf; R=51; d=0.8*(rand(R,1)-0.5);%产生随噪声 m=0:R-1; s=2*m.*(0.9.^m);%产生为污染的信号 x=s+d';%产生被噪音污染的信号 subplot(2,1,1); plot(m,d','r-',m,s,'g--',m,x,'b-.');

xlabel('时间序号n');ylabel('振幅'); legend('d[n]','s[n]','x[n]'); x1=[0 0 x];x2=[0 x 0];x3=[x 0 0]; y=(x1+x2+x3)/3; subplot(2,1,2); plot(m,y(2:R+1),'r-',m,s,'g--'); legend('y[n]','s[n]'); xlabel('时间序号n');ylabel('振幅'); 2. 振幅调制信号的产生核心程序：（由于要几个结果，因此利用subplot函数画图） %程序P1.6 %振幅调制信号的产生 n=0:100; m=0.1;fH=0.1;fL=0.01; m1=0.3;fH1=0.3;fL1=0.03; xH=sin(2*pi*fH*n); xL=sin(2*pi*fL*n); y=(1+m*xL).*xH; xH1=sin(2*pi*fH1*n); xL1=sin(2*pi*fL1*n); y1=(1+m1*xL).*xH; y2=(1+m*xL).*xH1; y3=(1+m*xL1).*xH; subplot(2,2,1); stem(n,y); grid; xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');title('m=0.1;fH=0.1;fL=0.01;'); subplot(2,2,2); stem(n,y1); grid; xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');title('m=0.3;fH=0.1;fL=0.01;'); subplot(2,2,3); stem(n,y2); grid; xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');title('m=0.3;fH=0.3;fL=0.01;'); subplot(2,2,4); stem(n,y3); grid;

大学本科语音信号处理实验讲义8学时

语音信号处理实验讲义时间：2011-12

目录实验一语音信号生成模型分析 (3) 实验二语音信号时域特征分析 (7) 实验三语音信号频域特征分析 (12) 实验四语音信号的同态处理和倒谱分析 (16)

实验一语音信号生成模型分析一、实验目的 1、了解语音信号的生成机理，了解由声门产生的激励函数、由声道产生的调制函数和由嘴唇产生的辐射函数。 2、编程实现声门激励波函数波形及频谱，与理论值进行比较。 3、编程实现已知语音信号的语谱图，区分浊音信号和清音信号在语谱图上的差别。二、实验原理语音生成系统包含三部分：由声门产生的激励函数()G z 、由声道产生的调制函数()V z 和由嘴唇产生的辐射函数()R z 。语音生成系统的传递函数由这三个函数级联而成，即 ()()()()H z G z V z R z = 1、激励模型发浊音时，由于声门不断开启和关闭，产生间隙的脉冲。经仪器测试它类似于斜三角波的脉冲。也就是说，这时的激励波是一个以基音周期为周期的斜三角脉冲串。单个斜三角波的频谱表现出一个低通滤波器的特性。可以把它表示成z 变换的全极点形式 12 1()(1) cT G z e z --= -? 这里c 是一个常数，T 是脉冲持续时间。周期的三角波脉冲还得跟单位脉冲串的z 变换相乘： 112 1 ()()()1(1)v cT A U z E z G z z e z ---=?= ?--? 这就是整个激励模型，v A 是一个幅值因子。 2、声道模型当声波通过声道时，受到声腔共振的影响，在某些频率附近形成谐振。反映在信号频谱图上，在谐振频率处其谱线包络产生峰值，把它称为共振峰。一个二阶谐振器的传输函数可以写成 12 ()1i i i i A V z B z C z --= -- 实践表明，用前3个共振峰代表一个元音足够了。对于较复杂的辅音或鼻音共振峰要到5个以上。多个()i V z 叠加可以得到声道的共振峰模型 12 1 11 ()()11R r r M M i r i N k i i i i k k b z A V z V z B z C z a z -=---======---∑∑∑ ∑ 3、辐射模型从声道模型输出的是速度波，而语音信号是声压波。二者倒比称为辐射阻抗，它表征了

数字信号处理-低通滤波器设计实验

实验报告课程名称：数字信号处理实验名称：低通滤波器设计实验院（系）：专业班级：姓名：学号：指导教师：一、实验目的：掌握IIR数字低通滤波器的设计方法。二、实验原理： 2.1设计巴特沃斯IIR滤波器在MATLAB下，设计巴特沃斯IIR滤波器可使用butter 函数。 Butter函数可设计低通、高通、带通和带阻的数字和模拟IIR滤波器，其特性为使通带内的幅度响应最大限度地平坦，但同时损失截止频率处的下降斜度。在期望通带平滑的情况下，可使用butter函数。butter函数的用法为：

[b,a]=butter(n,Wn)其中n代表滤波器阶数，W n代表滤波器的截止频率，这两个参数可使用buttord函数来确定。buttord函数可在给定滤波器性能的情况下，求出巴特沃斯滤波器的最小阶数n，同时给出对应的截止频率Wn。buttord函数的用法为：[n,Wn]= buttord(Wp,Ws,Rp,Rs)其中Wp和Ws分别是通带和阻带的拐角频率（截止频率），其取值范围为0至1之间。当其值为1时代表采样频率的一半。Rp和Rs分别是通带和阻带区的波纹系数。 2.2契比雪夫I型IIR滤波器。在MATLAB下可使用cheby1函数设计出契比雪夫I 型IIR滤波器。 cheby1函数可设计低通、高通、带通和带阻契比雪夫I 型滤IIR波器，其通带内为等波纹，阻带内为单调。契比雪夫I型的下降斜度比II型大，但其代价是通带内波纹较大。cheby1函数的用法为：[b,a]=cheby1(n,Rp,Wn,/ftype/)在使用cheby1函数设计IIR滤波器之前，可使用cheblord 函数求出滤波器阶数n和截止频率Wn。cheblord函数可在给定滤波器性能的情况下，选择契比雪夫I型滤波器的最小阶和截止频率Wn。cheblord函数的用法为： [n,Wn]=cheblord(Wp,Ws,Rp,Rs)其中Wp和Ws分别是通带和阻带的拐角频率（截止频率），其取值范围为0至1之间。当其值为1时代表采样频率的一半。Rp和Rs分别是通带和阻带区的波纹系数。三、实验要求：利用Matlab设计一个数字低通滤波器，指标要求如下：

数字信号处理(北航)实验二报告

数字信号处理实验二信号的分析与处理综合实验 38152111 张艾一、实验目的综合运用数字信号处理的理论知识进行信号的采样，重构，频谱分析和滤波器的设计，通过理论推导得出相应结论，再利用Matlab作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。二、基本要求 1．掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 2．学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法； 3．掌握用MATLAB设计简单实验验证采样定理的方法； 4．掌握在Windows环境下语音信号采集的方法； 5．学会用MATLAB对信号进行频谱分析； 6．掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法；三、实验内容 1．利用简单正弦信号设计实验验证采样定理：（1）Matlab产生离散信号的方法，作图的方法，以及基本运算操作（2）对连续正弦信号以不同的采样频率作采样（3）对采样前后信号进行傅立叶变换，并画频谱图（4）分析采样前后频谱的有变化，验证采样定理。

掌握画频谱图的方法，深刻理解采样频率，信号频率，采样点数，频率分辨率等概念2．真实语音信号的采样重构：录制一段自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样前后语音信号的时域波形和频谱图；对降采样后的信号进行插值重构，滤波，恢复原信号。（1）语音信号的采集（2）降采样的实现（改变了信号的采样率）（3）以不同采样率采样后，语音信号的频谱分析（4）采样前后声音的变化（5）对降采样后的信号进行插值重构，滤波，恢复原信号 3．带噪声语音信号的频谱分析（1）设计一频率已知的噪声信号，与实验2中原始语音信号相加，构造带噪声信号（2）画出原始语音信号和加噪声后信号，以及它们的频谱图（3）利用频谱图分析噪声信号和原语音信号的不同特性 4．对带噪声语音信号滤波去噪：给定滤波器性能指标，采样窗函数法或双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采样的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号；（1）分析带噪声信号频谱，找出噪声所在的频率段（2）利用matlab中已有的滤波器滤波（3）根据语音信号特点，自己设计滤波器滤波（4）比较各种滤波器性能（至少四种），选择一种合适的滤波器将噪声信号滤除（5）回放语音信号，比较滤波前后声音的变化

工程测试与信号处理试题

1.用超声波探伤器对100个发动机叶片进行裂纹检查，根据先验记载，80％没有裂纹，20％有裂纹．试列出该系统的信源空间．在检测一个零件后，仪器显示出“没有裂纹”或“有裂纹”，两种情况下各获信息量多少? 2.即将同时举行甲-乙、丙-丁两场足球赛，根据多次交锋记载，甲-乙间胜球比为8:2；丙—丁间胜球比为5:5。试比较两场球贷的不确定性。 6. 在对机械系统进行冲击激振试验时，常常用冲击锤获得冲击力，这种冲击力近似于半正弦波，延续时间为τ ???>≤≤=) (0)0(sin )(τττπt t t A t x 试求其频谱。 7.信息熵有哪些基本性质？什么情况下信息熵达到最大值？ 8.选用传感器的基本原则是什么？在实际中如何运用这些原则？举例说明。 9.有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，列举出两种以上方法，并阐明所用传感器的工作原理。 10.已知一阶测量系统，其频率响应函数11)(+= ωωj H ，试分析当测定信号t t t x 3sin sin )(+=时，有无波形失真现象，并绘出输入输出波形。 11.试证明，当系统的传输函数满足条件0)()(t j e X H ωωω-=时，此传输系统即为信噪比)/(N S 最大信道。 12.已知理想低通滤波器 ???<<-=-0 )()(00c c j e A H ωωωωωτ试求当δ函数通过此滤波器以后，（1）时域波形；（2）频谱；（3）为什么说该滤波器不是因果系统。 13.已知有限长序列 ???---? ??=21,1,21,0,21,1,21,0)(n x ，计算DFT[)(n x ]。 14.已知有限长序列 ???????==-===) 3(3)2(1)1(2)0(1)(n n n n n x （1）用直接DFT 方法求DFT[x(n)]；再由所得结果求IDFT[X(k)]=x(n)；（2）用FFT 方法，按运算流程求X(k)，再以所得X(k)，利用IFFT 反求x(n)。 15.分别用卷积定理和相关定理证明巴什瓦等式。 16.选用传感器的基本质则是什么?在实际中如何运用这些原则?试举例说明。 17.什么叫泄漏效应？它是否可以避免，可从哪两个方面来考虑减小泄漏效应的影响？ 18.什么是频率效应？简述时域和频域采样定理。 19.什么是能量泄露效应？如何减小？ 20.什么是DFT?它和FT 之间有什么关系？ 21.什么是Gibbs 现象？

测试信号分析与处理作业实验一二

王锋实验一：利用FFT 作快速相关估计一、实验目的 a.掌握信号处理的一般方法，了解相关估计在信号分析与处理中的作用。 b.熟悉FFT算法程序；熟练掌握用FFT作快速相关估计的算法。 c.了解快速相关估计的谱分布的情况。二、实验内容 a.读入实验数据[1]。 b.编写一利用FFT作相关估计的程序[2]。 c.将计算结果表示成图形的形式，给出相关谱的分布情况图。注[1]：实验数据文件名为“Qjt.dat”。实验数据来源：三峡前期工程 “覃家沱大桥” 实测桥梁振动数据。实验数据采样频率：50Hz。可从数据文件中任意截取几段数据进行分析，数据长度N 自定。注[2]：采用Matlab 编程。三、算法讨论及分析算法为有偏估计，利用FFT计算相关函数 Step 1: 对原序列补N个零，得新序列x2N(n) Step2: 作FFT[x2N(n)]得到X2N(k) Step 3: 取X2N(k)的共轭，得 Step 4: 作 Step 5: 调整与的错位。四、实验结果分析 1. 该信号可以近似为平稳信号么？可以近似为平稳信号，随机过程的统计特性不随样本的采样时刻而发生变化。取N=8192，分别取间隔m=500,m=700,m=1000,所得到的均值均为0.5366，方差为47369，与时间无关。

图1-1 自相关函数图 (上图表示的R0，下图为调整后的R0) 2. 该信号是否具有周期性，信噪比如何？ >> load Qjt.dat; %加载数据 N=32768; %数据长度 i=1:1:N; %提取数据 plot(i,Qjt(i)); 抛去几个极值点，从图1-2可以看出，数据具有一定的周期性，杂音比较少，说明信噪比较高。图1-2 数据图

数字信号处理实验——维纳滤波器设计..

实验一维纳滤波 1. 实验内容设计一个维纳滤波器：（1）产生三组观测数据，首先根据()(1)()s n as n w n =-+产生信号()s n ，将其加噪，（信噪比分别为20,10,6dB dB dB ），得到观测数据123(),(),()x n x n x n 。（2）估计()i x n ，1,2,3i =的AR 模型参数。假设信号长度为L ，AR 模型阶数为N ，分析实验结果，并讨论改变L ，N 对实验结果的影响。 2. 实验原理滤波目的是从被噪声污染的信号中分离出有用的信号来，最大限度地抑制噪声。对信号进行滤波的实质就是对信号进行估计。滤波问题就是设计一个线性滤波器，使得滤波器的输出信号()y n 是期望响应()s n 的一个估计值。下图就是观测信号的组成和信号滤波的一般模型。观测信号()()()x n s n v n =+ 信号滤波的一般模型维纳滤波解决从噪声中提取信号的滤波问题，并以估计的结果与真值之间的误差均方值最小作为最佳准则。它根据()()(),1, ,x n x n x n m --估计信号的当前值，它的解以系统的系统函数()H z 或单位脉冲()h n 形式给出，这种系统常称为最佳线性滤波器。维纳滤波器设计的任务就是选择()h n ，使其输出信号()y n 与期望信号()d n 误差的均方值最小。

假设滤波系统()h n 是一个线性时不变系统，它的()h n 和输入信号都是复函数，设 ()()()h n a n jb n =+ 0,1, n = 考虑系统的因果性，可得到滤波器的输出 ()()()()()0 *m y n h n x n h m x n m +∞ ===-∑ 0,1, n = 设期望信号()d n ，误差信号()e n 及其均方误差()2 E e n ???? 分别为 ()()()()()e n d n y n s n y n =-=- ()()()()()()22 2 0m E e n E d n y n E d n h m x n m ∞=?? ????=-=--????? ????? ∑ 要使均方误差为最小，需满足： ()() 2 0E e n h j ?????=? 整理得()()0E x n j e n *??-=??，等价于()()0E x n j e n * ??-=?? 上式说明，均方误差达到最小值的充要条件使误差信号与任一进入估计的输入信号正交，这就是正交性原理。将()()0E x n j e n * ??-=??展开，得 ()()()()00m E x n k d n h m x m +∞ *** =????--=?? ???? ?∑ 整理得 ()()()0 dx xx m r k h m r m k +∞ *=-=-∑ 0,1,2, k = 等价于()()()()()0 dx xx xx m r k h m r k m h k r k +∞ ==-=*∑ 0,1,2, k = 此式称为维纳-霍夫（Wiener-Holf ）方程。解此方程可得到最优权系数 012,,, h h h ，此式是Wiener 滤波器的一般方程。定义

2017 年全国大学生电子设计竞赛试题-调幅信号处理实验电路(F题)

2017年全国大学生电子设计竞赛试题参赛注意事项（1）8月9日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。【本科组】一、任务设计并制作一个调幅信号处理实验电路。其结构框图如图1所示。输入信号为调幅度50% 的AM信号。其载波频率为250MHz~300MHz，幅度有效值V irms 为10μV~1mV，调制频率为300Hz~ 5kHz。低噪声放大器的输入阻抗为50Ω，中频放大器输出阻抗为50Ω，中频滤波器中心频率为10.7MHz，基带放大器输出阻抗为600Ω、负载电阻为600Ω，本振信号自制。图1调幅信号处理实验电路结构框图二、要求 1．基本要求（1）中频滤波器可以采用晶体滤波器或陶瓷滤波器，其中频频率为10.7MHz；

（2）当输入AM信号的载波频率为275MHz，调制频率在300Hz~ 5kHz 范围内任意设定一个频率，V irms=1mV时，要求解调输出信号为V orms=1V±0.1V的调制频率的信号，解调输出信号无明显失真；（3）改变输入信号载波频率250MHz~300MHz，步进1MHz，并在调整本振频率后，可实现AM信号的解调功能。 2．发挥部分（1）当输入AM信号的载波频率为275MHz，V irms在10μV~1mV之间变动时，通过自动增益控制（AGC）电路（下同），要求输出信号V orms稳定在1V±0.1V；（2）当输入AM信号的载波频率为250MHz~300MHz（本振信号频率可变），V irms在10μV~1mV之间变动，调幅度为50%时，要求输出信号V orms稳定在1V±0.1V；（3）在输出信号V orms稳定在1V±0.1V的前提下，尽可能降低输入AM信号的载波信号电平；（4）在输出信号V orms稳定在1V±0.1V的前提下，尽可能扩大输入AM信号的载波信号频率范围；（5）其他。三、说明 1.采用+12V单电源供电，所需其它电源电压自行转换； 2.中频放大器输出要预留测试端口TP。四、评分标准

信号处理电子电路图全集

信号处理电子电路图全集一．波形发生器电路图交流驱动电路实现的基本要求是要在选通像素点两端施加交变脉冲信号，而在非选通端加零偏压或负偏压。为了增加电路应用的灵活性，并且为研究OLED的驱动信号变化对于其性能的影响提供方便，要求交流驱动电路的相位和占空比可调。为此，本文设计了一个可以灵活控制的波形信号发生器，其结构为图1所示的一个由双D型触发器构成的振荡器。该振荡器的起振、停止可以控制，输出波形的相位和占空比也可以调节，其工作波形如图2所示。二．红外接收头的构造红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成，放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组成，并且需要封装在一个金属屏蔽盒里，因而电路比较复杂，体积却很小，还不及一个7805体积大！ SFH506-38与RPM-638是一种特殊的红外接收电路，它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高，并且价格低廉，市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在5V左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。它的主要功能包括放大,选频,解调几大部分,要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简化！灵敏度和抗干扰性都非常好，可以说是一个接收红外信号的理想装置。 · [图文] T形R-2R电阻网络D/A转换电路

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模拟信号运算电路和信号处理电路例题

第7章模拟信号运算电路 1、（10分）写出下面电路中o1U 、o2U 及o U 与输入电压i1U 、i2U 、i3U 的关系式。 o U R U U 3 R U 解：⑴ A1：反相输入求和电路；A2：电压跟随器；A3：差分输入求和电路。（3分） ⑵ 22 31131I I O u R R u R R u ?-?- =………………(2分) 32I O u u =………………(2分) ()35 6252631516312563I I I O O O u R R u R R R R u R R R R u u R R u ?+?+?=-?= ………………(3分) 2、（10分）理想运放组成的电路如下图所示，试分别指出A1、A2和A3各构成什么基本电路，并写出O1 u 、O2u 和O u 与输入信号I1u 和I2u 的关系式。 O u 解：⑴ A1：同相输入比例电路；A2：求和电路；A3：电压跟随器电路。

3 311167212 465 6712 4615 211()()O I O O I I I O O R u u R R R u u u R R R R R R u u R R R R u u =+ =-+ =+-+= 3、（15分）如下图所示，设所有运放为理想器件。其中Ω=k 41R ，Ω==k 652R R ， 7324k R R ==Ω，89101110k R R R R ====Ω，Ω=k 10012R ，μF 1=C 。V 6.0i1=U ，V 4.0i2=U ，V 1i3-=U 。 ⑴ 写出o1U 、o2U 及o3U 与输入电压i1U 、i2U 、i3U 的关系式；（9分） ⑵ 设电容的初始电压值为2V ，求使输出电压V 6o -=U 所需要的时间t 。（6分） o R U U R U 解：⑴ 电压表达式 V V U R R U R R U i i o 2.54.06246.04242231131-=??? ???+?-=??? ? ???+?-=（反相输入求和电路） V V U R R U i o 51624113572 -=-???? ??+=????? ? ?+=（同相比例电路） ()()V V U U R R U o o o 2.052.510 1021810 3=+--=-- =（差分比例电路） ⑵ 积分时间 333601212102002010010110.()()t o o o t U U U d U U t V R C R C ττ-?? =-+=-?+=-- ?????? ? ()22t V =-- 令()226o U t V V =--=-，得出所需要的积分时间为：

工程测试与信号处理综合复习题

第一章习题 1.描述周期信号频谱的数学工具是（）。 .A.相关函数 B.傅氏级数 C. 傅氏变换 D.拉氏变换 2. 傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的（）。 A.相位 B.周期 C.振幅 D.频率 3.复杂的信号的周期频谱是（）。 A ．离散的 B.连续的 C.δ函数 D.sinc 函数 4.如果一个信号的频谱是离散的。则该信号的频率成分是（）。 A.有限的 B.无限的 C.可能是有限的，也可能是无限的 5.下列函数表达式中，（）是周期信号。 A. 5cos10()0x t ππ ≥?= ? ≤?当t 0当t 0 B.()5sin 2010cos10)x t t t t ππ=+ (-∞<<+∞ C .()20cos 20()at x t e t t π-= -∞<<+∞ 6.多种信号之和的频谱是（）。 A. 离散的 B.连续的 C.随机性的 D.周期性的７.描述非周期信号的数学工具是（）。 A.三角函数 B.拉氏变换 C.傅氏变换 D.傅氏级数８.下列信号中，（）信号的频谱是连续的。 A.12()sin()sin(3)x t A t B t ω?ω?=+++ B.()5sin 303sin x t t =+ C.0()sin at x t e t ω-=? ９.连续非周期信号的频谱是（）。 A.离散、周期的 B.离散、非周期的 C.连续非周期的 D.连续周期的 10.时域信号，当持续时间延长时，则频域中的高频成分（）。 A.不变 B.增加 C.减少 D.变化不定 11.将时域信号进行时移，则频域信号将会（）。 A.扩展 B.压缩 C.不变 D.仅有移项 12.已知()12sin ,(x t t t ωδ= ,()x t t t ωδ=为单位脉冲函数，则积分()()2x t t dt πδω∞ -∞?-?的函数值为（）。A ．6 B.0 C.12 D.任意值

《测试信号分析与处理》实验报告

测控1005班齐伟0121004931725 （18号）实验一差分方程、卷积、z变换一、实验目的通过该实验熟悉 matlab软件的基本操作指令，掌握matlab软件的使用方法，掌握数字信号处理中的基本原理、方法以及matlab函数的调用。二、实验设备 1、微型计算机1台； 2、matlab软件1套三、实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件，分为总包和若干个工具箱，其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力，是广泛应用于信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用，本实验主要是针对数字信号处理中的差分方程、卷积、z变换等基本运算的matlab函数的熟悉和应用。差分方程（difference equation)可用来描述线性时不变、因果数字滤波器。用x表示滤波器的输入，用y表示滤波器的输出。 a0y[n]+a1y[n-1]+…+a N y[n-N]=b0x[n]+b1x[n-1]+…+b M x[n-M] (1) ak,bk 为权系数，称为滤波器系数。 N为所需过去输出的个数，M 为所需输入的个数卷积是滤波器另一种实现方法。 y[n]= ∑x[k] h[n-k] = x[n]*h[n] (2) 等式定义了数字卷积，*是卷积运算符。输出y[n] 取决于输入x[n] 和系统的脉冲响应h[n]。传输函数H(z)是滤波器的第三种实现方法。 H(z)=输出/输入= Y(z)/X(z) （3）即分别对滤波器的输入和输出信号求z变换，二者的比值就是数字滤波器的传输函数。序列x[n]的z变换定义为 X (z)=∑x[n]z-n (4) 把序列x[n] 的z 变换记为Z{x[n]} = X(z)。

例说信号处理与滤波器设计

例说信号处理与滤波器设计目录数字时代 (2) 数字信号处理的应用 (3) 频率——信号的指纹 (5) 卷积可以不卷 (8) 向量运算的启示 (11) 滤波器设计征程 (16) 最后一击——滤波的实现方法 (22) 纵览全局 (27)

数字时代信号处理是对原始信号进行改变，以提取有用信息的过程，它是对信号进行变换、滤波、分析、综合等处理过程的统称。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术；模拟信号处理是指用模拟系统对模拟信号进行处理的方法或过程。数字信号处理课程的主要内容包括信号分析与处理。两者并不是孤立的，不同的信号处理方法往往需要选择不同的信号表示形式。两者的区别主要表现在，信号处理是用系统改变输入信号，以得到所期望的输出信号，如信号去噪；而信号分析往往是通过变换(傅里叶变换、小波变换等)，或其它手段提取信号的某些特征，如语音信号的基本频率，图像的直方图等。早期的信号处理局限于模拟信号，随着数字计算机的飞速发展，信号处理的理论和方法得以飞速发展，出现了不受物理制约的纯数学的加工，即算法，并确立了数字信号处理的领域。现在，对于信号的处理，人们通常是先把模拟信号变成数字信号，然后利用高效的数字信号处理器(DSP：Digital Signal Processor)或计算机对其进行数字形式的信号处理。一般地讲，数字信号处理涉及三个步骤： (1)模数转换(A/D转换)：把模拟信号变成数字信号，是一个对自变量和幅值同时进行离散化的过程，基本的理论保证是采样定理。 (2)数字信号处理(DSP)：包括变换域分析(如频域变换)、数字滤波、识别、合成等。 (3)数模转换(D/A转换)：把经过处理的数字信号还原为模拟信号。通常，这一步并不是必须的。图1数字信号处理基本步骤

华中科技大学工程测试与信息处理(08009650) 作业及答案

1 请给出3种家用电器中的传感器及其功能。洗衣机：水位传感器冰箱：温度传感器彩电：亮度传感器热水器：温度传感器空调：温度传感器 2 请给出智能手机中用到的测试传感器。重力传感器、三维陀螺仪、GPS、温度传感器、亮度传感器、摄像头等。 3 系统地提出（或介绍）你了解的（或设想的）与工程测试相关的某一（小）问题。考虑通过本门课程的学习，你如何来解决这一问题。（注意：本题的给出的答案将于课程最后的综合作业相关联，即通过本课程的学习，给出详细具体可行的解决方案）第二章普通作业1 请写出信号的类型 1)简单周期信号 2)复杂周期信号 3)瞬态信号准周期信号 4)平稳噪声信号

5) 非平稳噪声信号第二章信号分析基础测试题 1. 设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋fo ）。 A . B. C. D. 2. 周期信号截断后的频谱必是（A ）的。 A. 连续 B. 离散 C. 连续非周期 D. 离散周期 3. 不能用确定的数学公式表达的信号是 (D) 信号。 A 复杂周期 B 非周期 C 瞬态 D 随机 4. 信号的时域描述与频域描述通过 (C) 来建立关联。 A 拉氏变换 B 卷积 C 傅立叶变换 D 相乘 5. 以下 (B) 的频谱为连续频谱。 A 周期矩形脉冲 B 矩形窗函数 C 正弦函数 D 周期方波 6. 单位脉冲函数的采样特性表达式为（A ）。 A )(d )()(00t x t t t t x =-?∞ ∞-δ B )()(*)(00t t x t t t x -=-δ C )()(*)(t x t t x =δ D 1)(?t δ 2.6 思考题 1) 从下面的信号波形图中读出其主要参数。解答提示：峰值9.5V ，负峰值-9.5V ，双峰值19V ，均值0V 。周期=0.06/3.5S 2) 绘出信号的时域波形解答提示： )(0t t x -)(0t t x +t f j e t x 0 2)(π-t f j e t x 02)(π) 502cos()(10t e t x t ???=?-π

光电转换及信号处理电路设计

光电转换及信号处理电路设计与CCD等探测器不同，PIN光电二极管对于探测目标输出信号是一个电流信号，而且在距离探测目标较远时照射到探测面的光信号很微弱，在预定电压偏置下输出电流会比较小，因而可以概括PIN的输出信号为一个微弱电流信号，对于PIN的输出信号处理，是一个微弱信号处理的过程。光电转换及信号处理模块图1 光电转换及信号处理模块整体设计示意图通常情况下，电流信号的采集和处理都是比较困难的，故首先需要对PIN 的信号进行电流到电压的转化。微弱电流信号转化而来的电压信号一般也是微弱信号，而且传输线耦合进去的交流噪声有可能会淹没目标信号，故为了提高信噪比，需要在采集之前对信号进行前置放大。由于被测信号也是可见光信号，在进行光电探测时很容易受到杂散光和PIN 自身暗电流的影响，导致噪声信号和目标信号一同被放大，在后续电路中不易消除，为了减少杂散光和PIN暗电流带来的噪声、背景噪声和元器件噪声，本光电信号处理电路设计了一个参考PIN光电转换电路，用来接收杂散光和背景噪声，参考PIN光电转换电路与探测信号PIN光电转换电路及的参数一致，前置放大电路的参数也一样，但是在实验过程中由于与目标光信号之间的光路被人为完全遮挡，故只能接收到杂散光信号和背景噪声信号。在后续的差分放大电路中通过信号同向相减，把系统噪声和背景噪声去除，保证了最终采集信号具有较高的信噪比。在最后的滤波电路设计过程中，考虑到被测目标光信号的调制频率不会超过200KHz，而空气和电路中存在着大量的高频噪声，为了保证即将进入数据采集

模块的信号有较高的信噪比，需要滤除掉高频噪声，于是需要根据被测信号频率的不同设计一款低通滤波器或者带通滤波器。综上所述，本光电转换和信号处理模块由光电转换电路、前置放大电路、差分放大电路和滤波电路四个部分组成，模块整体示意图如图4-1所示。 1 光电转换电路设计光电二极管的光探测方式有两种结构：一是光电导模式，在这种模式下，需给光电二极管加反向偏置电压，存在暗电流I d，由此会产生较大的噪声电流，有非线性，通常应用在高速场合；二是光电压模式，在这种模式下，光电二极管处于零偏状态，不存在暗电流I d，有较低的噪声，线性好，噪声低（主要是热噪声），适合于比较精确的测量[31]。在微弱信号检测中比较常用的是光电压模式，具体光电检测电路图如图2所示。图2 光电压模式PIN光电转换电路光电二极管工作于短路状态，极大地降低了暗电流的影响，从而使光电二极管得到最大SNR，进而使后续放大电路仅放大与光强成正比的电流。考虑到对目标光信号的探测频率不同，本文采用了两款响应率不同PIN光电二极管，用于探测低频光信号的PIN选择的是西门子（SIEMENS）公司的BPX65硅光敏二极管，用于探测高频光信号的高速PIN选择的是日本滨松的S5973硅光敏二极管。 BPX65具有频率响应范围广，暗电流小，高灵敏度等特点，最高工作温度可达125°，其主要特性参数如下所示：（1）光谱响应范围为350nm~1100nm，峰值波长850nm，适合白光测量；（2）暗电流I R≤5nA；（3）光谱灵敏度（Sλ）：0.55 A/W；（4）光敏面接收半角（Half angle）：±45°；（5）受光面积为1mm2，远小于传感器与探测目标的距离；

《测试信号分析与处理》实验报告

《测试信号分析与处理》实验一差分方程、卷积、z变换一、实验目的通过该实验熟悉 matlab软件的基本操作指令，掌握matlab软件的使用方法，掌握数字信号处理中的基本原理、方法以及matlab函数的调用。二、实验设备 1、微型计算机1台； 2、matlab软件1套三、实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件，分为总包和若干个工具箱，其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力，是广泛应用于信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用，本实验主要是针对数字信号处理中的差分方程、卷积、z变换等基本运算的matlab函数的熟悉和应用。差分方程（difference equation)可用来描述线性时不变、因果数字滤波器。用x表示滤波器的输入，用y表示滤波器的输出。 a0y[n]+a1y[n-1]+…+a N y[n-N]=b0x[n]+b1x[n-1]+…+b M x[n-M] (1) ak,bk 为权系数，称为滤波器系数。

N为所需过去输出的个数，M 为所需输入的个数卷积是滤波器另一种实现方法。 y[n]= ∑x[k] h[n-k] = x[n]*h[n] (2)等式定义了数字卷积，*是卷积运算符。输出y[n] 取决于输入x[n] 和系统的脉冲响应h[n]。传输函数H(z)是滤波器的第三种实现方法。 H(z)=输出/输入= Y(z)/X(z) （3）即分别对滤波器的输入和输出信号求z变换，二者的比值就是数字滤波器的传输函数。序列x[n]的z变换定义为 X (z)=∑x[n]z-n (4)把序列x[n] 的z 变换记为Z{x[n]} = X(z)。由X(z) 计算x[n] 进行z 的逆变换x[n] = Z-1{X(z)}。 Z 变换是Z-1的幂级数，只有当此级数收敛，Z 变换才有意义，而且同一个Z 变换等式，收敛域不同，可以代表不同序列的Z 变换函数。这三种数字滤波器的表示方法之间可以进行相互转换。四、实验步骤 1、熟悉matlab软件基本操作指令。读懂下列matlab程序指令，键入程序并运行，观察运行结果。 Conv.m% 计算两个序列的线性卷积； %-----------------------------------------------------------------

(完整版)信号处理电路的研究与设计毕业设计

南京师范大学中北学院毕业设计（论文）（2013届）题目：信号处理电路的研究与设计专业：电子信息工程姓名：学号：指导教师：职称：教授南京师范大学中北学院教务处制

摘要目前，信号产生与处理电路应用非常广泛。例如，在测量、遥控、通信、自动控制、和超声波电焊等加工设备之中，都有正弦波振荡器的应用；在工程应用中，例如在实验用的低频及高频信号产生电路中，往往要求正弦波震荡电路的震荡频率有一定的稳定度，有时要求震荡频率十分稳定，如通讯系统中的射频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。非正弦波在一些电子系统中有着日益广泛的应用，如数字系统需要的特殊信号，如方波﹑三角波都可以通过非正弦波产生电路来得到。此外，在电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。基于TL082CD，本设计介绍了正弦波信号的产生，以及基于555定时器构成的多谐振荡电路的探究与设计。同时也介绍了信号处理的相关内容，其中包括信号的叠加和二阶有源滤波放大电路的探究与设计。使用Multisim电路仿真软件对其进行仿真，用来验证电路理论设计的正确性和可行性。关键词：正弦波信号产生方波信号产生信号叠加二阶有源滤波放大

Abstract Currently, the signal generation and processing circuit is widely used. For example, in the measurement, remote control, communication, automatic control, and ultrasonic welding and other processing equipment into, engineering applications, for example in the experiment with the low and sine-wave oscillation frequency of the oscillator circuit degree of stability, sometimes requires