油气井工程测量理论与方法5-1(信号调理)
工程测试考试知识点 (1)(1)
第一章1.测试是测量和试验的综合。
2.机械工业中，测试的非电物理量主要有位移，摩擦力，长度，速度，加速度，力，温度，压力，流量，质量，液位，频率。
3.典型的测试系统主要由传感器、调理电路、信号分析处理、信号显示记录。
4.测试技术在机械工业中的应用主要包括产品开发与性能试验、质量控制与生产监督、机械故障诊断。
5.什么是测量？什么是测试？测量：把被测对象中的某种信息检测出来并加以定量测试：把被测对象中的某种信息人为的激发出来6.什么是电测法?电测法为应力测试方法中的一种，金属电阻丝承受拉伸或压缩变形时，电阻也将发生变化。
传感器:直接用于被测量，并能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出。
这种输出通常是电信号。
信号调理:把来自传感器的信号转换成更适合于传输和处理的形式。
如幅值放大、阻抗的变化转换成电压的变化、或阻抗的变化转换成频率的变化。
信号处理:接受来自条理的信号，并进行各种运算、滤波、分析，将结果输至显示记录或控制系统。
信号显示记录:以观察者易于识别的形式来显示测量的结果，或将结果进行存储，供必要时使用。
7.简述测试系统的基本组成及各部分的作用,和并画出系统框图。
传感器是测试系统的第一环节，其主要作用是感知被测的非电量，并将非电量转化为电量。
传感器输出的电信号经信号调理电路加工处理后，才能进一步输送到记录装置和分析其中。
信号分析，设备可以通过数据或图像的形式输出人们感兴趣的信息。
8.列出你身边的测试技术应用的例子。
生活中的水表，电表，燃气表。
天气预报中的温度，湿度，风向。
医院中病人的心跳，血压等。
飞机，汽车的仪表盘。
生活中的红绿灯9.简述测试技术与信号处理的基本内容和在机械工业中的重要性。
在工程领域,它贯穿于产品的设计开发、制造加工、使用和售后服务全过程,产生巨大的经济和社会效益。
特别是当今处于“自动化时代”，就更离不开测试技术。
第二章1.煤矿提升机的承载钢丝绳突然断裂,其断裂时的应力信号属于瞬变信号。
【学习】第五章信号调理电路
一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
整理课件
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§2 调频与解调
（1）调频
调频（频率调制）是利用信号电 压的幅值控制一个振荡器，振荡 器输出的是等幅波，但其振荡频 率偏移量和信号电压成正比。
当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率（载波频 率）；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调 频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。
-fm
fm
－f0
f0
时域分析
频域分析
由脉冲函数的卷积性质知：一个函数与单位脉冲函数卷积的结
果，就是将其以坐标原点为中心的频谱平移到该脉冲函数处。
即调制后的结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至
载波频率 f 0 处，幅值减半。
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从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原 信号中的最高频率 f m 才能使已调波仍 保持原信号的频谱图形，不致重叠。
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g(t)1 2x(t)1 2x(t)co4sf0t
据傅里叶变换性质可得：
G (f) 1 2X (f) 1 4X (f 2 f0 ) 1 4X (f 2 f0 )
若用一个低通滤波器滤去中心
频率为 2 f 0 的高频成分，那
么将可以复现原信号的频谱 （幅值减小为一半），若用放 大处理来补偿幅值减小，可得 到原调制信号。
工程测试技术基础第五章信号调理
5.3调制与解调
动手做： 用个人测试实验室中数字 信号发生器、波形运算器 等软件芯片，设计一个非 抑制调幅与解调系统。
5.3调制与解调
4 频率调制
调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频 率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压 幅值而变化的疏密度不同的等幅波.
y (t) A c2 o[f0 s x ( (t)* t ])
y (t) [A 0* x (t)c ]o 2 fs t()
调制
缓变信号
放大
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析）
x(t) z(t)
乘法器
x m(t)
放大器
z(t)
乘法器
滤波器
x(t)
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（频谱分析）
x(t) z(t)
3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
第五章、测试信号调理技术
5.2 信号放大
分类
直流放大器
特点 低频保留,高频截止
放大器
交流放大器 直流电桥 交流电桥
高频保留,低频截止
电荷放大器
5.2 信号放大电路
1 直流放大电路
1) 反相放大器
电压增益:
Av
RF R1
t
5.3调制与解调
a) 幅度凋制(AM)
y (t) [A * x (t)c ]o 2 fs t( )
b) 频率调制(FM)
y (t) A c2 o[fs 0 x ((t)* t])
c) 相位调制(PM)
y(t)A co 2 fs t[(0 x(t)])
工程测试(有简答题答案)
填空题1. 可以用数学关系式或图表精确描述的信号称为确定性信号。
2.周期信号可分为谐波信号和一般周期信号两类。
3.周期信号的强度特征常用峰值、绝对均值、有效值和平均功率来表示。
4.信息技术中比较典型的代表技术有传感技术、通信技术和计算机技术。
5.要实现不失真测试，测试装置的幅频特性为常数，相频特性应为直线。
6.表征测试装置的静态响应特性的参数主要有灵敏度、非线性度、回程误差7.测试装置的响应特性包括静态特性和动态特性。
8.描述测试系统的动态响应特性的函数主要有微分方程、传递函数和频率响应函数9.电容式传感器可分为三种基本类型，即变极距型、变面积型和变介电常数型。
10.传感器按工作原理分可分为机械式、电气式、辐射式、流体式传感器等。
11.传感器的选用原则主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面。
12.按被测物理量来分传感器可分为位移、速度、加速度和力传感器等。
13.传感器按输出量的性质不同可分为模拟式和数字式传感器。
14.滤波器根据频率特性不同可分为高通滤波、低通滤波、带通滤波和带阻滤波。
15.信号调制时根据可调参数可分为调幅、调频和调相三种调制形式。
16.直流电桥按联接方式不同可分为半桥单臂、半桥双臂和全桥电路等工况。
17.常用的信号调理环节有电桥、放大器、滤波器、调制器和模数转换器。
18.将模拟信号转换为数字信号通常分为采样、量化和编码三个步骤。
19.电桥按桥臂接入的阻抗元件不同则可分为电阻电桥、电容电桥和电感电桥三类20.DA转换过程分为两个步骤，即解码和低通滤波。
21.一般虚拟仪器系统由通用计算机、仪器硬件和应用软件三要素构成。
选择题1.电路中鉴频器的作用是（C）A、使高频电压转变为直流电压B、使电感量转变为电压量C、使频率变化转变为电压变化D、使频率转变为电流2.下列不是电阻应变片的输入为（D）A、力B、应变C、加速度D、速度3.下列传感器可实现非接触测量的是（C）A、压电式加速度B、电动式速度C、电磁式速度D、电阻式应变4.交流的动态电阻应变仪中，具有预调平衡的装置是（C）A、电阻调平衡B、电容调平衡C、电阻、电容调平衡D、标定电桥5.直流电桥电桥中相邻半桥工况的灵敏度是单臂工况的（B）A、1倍B、2倍C、3倍D、4倍6.极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（D）A成正比B、平方成正比C、成反比D、平方成反比7.不属于测试系统的静态特性的有（D）A、灵敏度B、非线性度C、回程误差D、阻尼系数8.超声波传感器是实现（A）转换的装置A、声电B、声光C、声磁D、声压9.描述周期信号的数学工具是（b）A、相关函数B、傅里叶级数C、拉普拉斯变换D、傅里叶变换10描述非周期信号的数学工具是（C）A、三角函数B、拉普拉斯变换C、傅里叶变换D、傅里叶级数11.将时域信号进行时移，则频域信号将会（D）A、扩展B、压缩C、不变D、仅有相移12.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（D ）A、精度B、灵敏度C、精密度D、分辨力13.描述传感器静态特性的指标有（B ）A幅频特性B线性度C稳定时间D动态范围14.不失真测量除要求测量系统幅频特性是常值外，其相频特性要求满足（A ）A相移与频率成正比B常值相移C任意相移D无特殊要求15.二阶系统中引入合适的阻尼率的目的是（C ）A使得系统输出值稳定B使系统不共振C获得较好的幅频、相频特性D获得好的灵敏度16.液柱式温度计系统是（B ）系统A零阶B一阶C二阶D高阶17.半导体应变片是根据（D）原理工作的。
油田工程测量技术方案模板
油田工程测量技术方案模板一、前言油田工程测量技术是油田开发的重要环节，它直接影响着油田的开发效率和成本控制。
因此，对于油田工程测量技术的研究和应用具有重要的意义。
本文将介绍油田工程测量技术方案，包括测量原理、测量仪器、测量方法等内容。
二、测量原理1. 坐标系油田工程测量技术通常采用直角坐标系来描述地球上的地理位置。
直角坐标系包括X轴、Y轴和Z轴，分别表示东西方向、南北方向和高程方向。
通过这三个轴，可以精确定位地球上的每一个点。
2. 测量基准在油田工程测量技术中，测量基准是非常重要的。
测量基准是以某一点作为起始点，建立起坐标系，并以此为基础进行测量。
一般来说，测量基准点会选取在地面比较稳定的地方，一般有三种类型的基准点：平面基准点、高程基准点和控制基准点。
3. 测量误差在实际测量过程中，由于地形、环境、设备等诸多因素的影响，都会导致测量结果与真实值之间存在一定的差距。
这种差距就是测量误差。
而测量误差的大小，会直接影响到油田工程的设计和开发。
三、测量仪器1. 全站仪全站仪是一种高精度的测量仪器，它能够同时测定目标点的水平角和垂直角，从而确定目标点在地理坐标系中的位置。
全站仪广泛应用于测量工程测量、建筑测量和地形测量等方面。
2. GPS定位仪GPS定位仪是一种利用卫星信号测定地理位置的仪器。
它能够在任何地方实现高精度的定位，并且不受地形、环境等条件的限制。
因此，在油田工程测量中，GPS定位仪也被广泛使用。
3. 激光测距仪激光测距仪是一种可以通过激光束来测定距离的仪器。
它通常用于测量较短距离的目标点，精度高，测量速度快，非常适用于油田工程中短距离的测量任务。
四、测量方法1. 静态测量静态测量是指测量仪器在不动的状态下进行测量。
这种方法通常适用于对静态目标点的测量，比如建筑物、管道等的测量。
2. 动态测量动态测量是指测量仪器在移动的状态下进行测量。
这种方法适用于对动态目标点的测量，比如车辆、机械设备等的测量。
油气井工程测量理论与方法5-1(信号调制和解调)
cm
cm
a
U cm max U cm min
U cm
U cm
油气井工程测量理论与方法
1.2普通调幅信号的波形 U 如图所示， cm (1 ma cos t ) 是 u o (t) 的振幅，调幅波的包络与调制 信号的形状完全一致，它反映调幅信号的包络线的变化。 由图可见，在输入调制信号的一个周期内，调幅信号的最 大振幅为 U cm max U cm (1 ma ) ，最小振幅为 U cm min U cm (1 ma ) 。
u I (t )
u 为普通调幅波： I (t ) U im (1 ma cos t ) cos ct
油气井工程测量理论与方法
则乘法器的输出电压为
如图所示：
图 单频信号调制时的频谱 三个频率相距很近。由图可以看出，上、下边频分量对 称地排列在载波分量的两侧。调幅波的频谱宽度简称带宽， 用 fbw 表示。显然 fbw ( fc F ) ( fc F ) 2F
因此，调幅电路的作用是在时域实现 u (t ) 和 uc (t ) 相乘，反 映在波形上就是将 u (t ) 不失真地搬移到高频振荡的振幅上，而 在频域则将 u (t )的频谱不失真地搬移到 f c的两边。
油气井工程测量理论与方法
第五章
信号调理
传感器的本身是以一定精确度把被测量转换为与之 有对应关系的便于应用某种物理量的装置。 如将非电量（振动、位移、加速度、光、湿度、温 度…….）转换成电量（如电阻、电容、电感等） ，当然刚 刚还学习了光强的调制。那么这些被转换的电信号通常要 进行某些调理和处理，以便提高信噪比。 （拿出有用的，抛 开无用的） 并把信号转换成更便于处理、 ， 显示和接收的形 式。最终转换为仪表示值或被记录。
信号的调理和处理
4.0 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到 显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还 要进行阻抗变换。 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需 要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感 器测量信进行调制解调处理。
I1 I2
R4
R1 R
R2 I1 I2
R1 R
c Uo
a
R4
I1 I2
c Uo
c Uo
R3 R
R3
R3
d Ui
R4 R
d Ui
半桥、单臂输出 R Uo Ui 4 R0
S Uo Ui R0 / R0 4
半桥、双臂输出 R Uo U i 推导 2 R0
S Uo U i R0 / R0 2
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
第四章
信号变换及调理
▼
▼ ▼ ▼
4.0 变换及调理的目的 4.1 电桥 4.2 信号的调制解调 4.3 信号的滤波器
Guangdong University of Petrochemical Technology
广东石油化工学院
1
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
广东石油化工学院
21
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
y m (t )
调幅 AM
0
t
Ym ( f ) X ( f ) * Y ( f )
½
f0
2 fm
½
0
f0
2 fm
R1 R2 c U o R3 d Ui
14-第四章 信号调理-调制
测试技术
1 1 x(t ) cos 2πf 0t cos 2πf 0t x(t ) x(t ) cos 4πf 0t 2 2
频谱
1 1 1 Z ( f ) X ( f ) X ( f 2 f0 ) X ( f 2 f0 ) 2 4 4
乘法器
z(t)
五 频率调制测试技术 调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是 一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波. 信号 电压为正值时调频波的频率升高，负值时则降低；信号电压为零 时，调频波的频率就等于中心频率。其频谱结构非常复杂，虽与 原信号频谱有关，但却不像调幅那样进行简单的 “搬移” ，也不 能用简单的函数关系描述。为了保证测量精度，对应于零信号的 载波中心频率应远高于信号的最高频率成分。
华北电力大学机械工程学院
测试术
x' (t ) D x(t )
,
xm (t ) [ A x(t )] cos(2ft )
华北电力大学机械工程学院
测试技术
若所加的偏置电压未能使信号电压都为正，x(t)的相位将发生 180。，只有简单的整流不能恢复原调制信号，这时需要采用 相敏检波方法。
测试技术
x(t)
乘法器
x m(t)
z(t)
放大器 五、解调 1)同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域信号将再一次进行 “搬移”,当用一低通滤波器滤去频率大于fm的成分时，则可以 复现原信号的频谱。与原频谱的区别在于幅值为原来的一半， 这可以通过放大来补偿。这一过程称为同步解调，同步是指解 调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。
调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制 信号）相乘，使载波信号随测试信号的变化而变化。调幅的 目的是为了便于缓变信号的放大和传送，然后再通过解调从 放大的调制波中取出有用的信号。所以调幅过程就相当于频 谱“搬移”过程。而解调的目的是为了恢复被调制的信号
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2.3 集成模拟乘法器的应用 1、乘方器
模拟乘法电路的两个输入端接同一个输入信号，就可以组成平方运算
电路。电路如图4-5所示。
它的输出电压与输入电压的关系是 u0 KuI 2
uI uim sin t
如果平方运算电路的输入信号是正弦波
则输出电压将是
u0
K (Uim
sin t )2
K 2
Uim2 (1
一、基础部分
1 频谱变换的基本概念 1.1 信号的频谱
信号的频谱，是指组成信号的各个频率正弦分量按频率的分布 情况。
如果以频率为横坐标、以组成这个信号的各个频率正弦分量的 振幅为纵坐标作图，就可以得到该信号的频谱图，简称频谱。用频 谱表示信号，可以直观地了解信号的频率组成和特点。
因此，一个信号有三种表示方法： • 写出数学表达式 • 画出它的波形 • 画出它的频谱
第五章 信号调理
传感器的本身是以一定精确度把被测量转换为与之 有对应关系的便于应用某种物理量的装置。
如将非电量（振动、位移、加速度、光、湿度、温 度…….）转换成电量（如电阻、电容、电感等），当然刚 刚还学习了光强的调制。那么这些被转换的电信号通常要 进行某些调理和处理，以便提高信噪比。（拿出有用的，抛 开无用的），并把信号转换成更便于处理、显示和接收的形 式。最终转换为仪表示值或被记录。
2.2 模拟乘法器的基本工作原理
1、原理电路
变跨导型模拟乘法器原理电路如图所示，它是一个具有恒 流集源电的极差电动流放I0 大器，只是I0受输入电压控制uy，uy控制V3管的
＋Ec
＋
ux －
＋ uy
－
ic1 Rc Rc ic2
V1 ＋ uBE1 －
uz
V2
＋
－ uBE2 Io
V3
Re
变跨导型模拟乘法器原理电路
调制的种类：
1、调幅：使载波的幅值随调制信号改变； 2、调频：使载波的频率随调制信号改变： 3、调相：使载波的相位随调制信号改变。
（描述一个交变的信号可以用幅值、频率、和相 位这三个参数。）
载波信号 调制信号
调幅波信号
它保持着高频载波的频率特性，但包络线的形状则和调制信号波形相似， 调幅波的振幅大小，由调制信号的强度决定
三种表示方法在本质上是相同的，因此可由一种表达方法得到其 它两种表示方法。应该指出，对于某些复杂的信号或无规律的信号， 要写出它的数学表达式或画出它的波形是很困难的，这时用频谱来 表示这种信号既容易、又方便。
1.2 频率变换
调制：所谓调制是将所需传送的基带信号加载到载波信号上去， 以调幅波、调相波或调频波的形式辐射出去。
ux uo
(a)
模拟乘法器的符号
uo
uy (b)
根据两个输入电压的不同极性，乘法输出的极性有四种组合，用 下图所示的工作象限来说明。
若信号均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单 象限乘法器。
若其中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极 性电压，则为二象限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为 四象限乘法器。
第一节 电桥
电桥电路是一种在传感检测中应用最广泛，也是 最传统的一种测量电路。它通过电桥的运算特性，可以将
桥路中的电阻、电感或电容等参量的变化变为桥路的输出电 压或电流的变化。如果我们能将被测的物理量转化为桥路中 电参数的变化，则通过对桥路输出电压的检测，就可以知道 被测物理量的变化情况。在此不再赘述。
uz
iF RF
uI1 R1
Rf
uI1
从上式知，电路的输出电压与两个输入电压之பைடு நூலகம்成正比， 于是实现了除法运算。
3 频谱搬移的实现原理 模拟乘法器实现频谱搬移的原理 (a) 原理电路
（b)频谱变换
模拟乘法器实现频谱搬移的原理
二、调幅及其解调 我们在测量中遇到的一些被测量，常常是一些缓
变的信号，这些缓变的信号当然可以采用直流放大，但 直流放大的误差较大，也不利于远距离传输，因此实际 上应用的更多的还是先调制后交流放大。
因此调制、解调和变频电路都属于频谱变换电路。 频率变换：指输出信号的频率与输入信号的频率不同，而且满足一 定的变换关系。 3、频谱变换电路： 频谱变换电路分为频谱搬移电路和频谱非线性变换电路两种。 （1）频谱搬移电路：将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移，频谱 内部结构保持不变，如调幅、检波、变频电路都是这类电路。 （2）频谱非线性变换：将输入信号频谱进行特定的非线性变换，如调频、 鉴频、调相、鉴相等电路。
cos2t)
这时只要在电路输出端接一个电容隔断直流输出，就可得到频率为输 入信号频率两倍（即2ω）的正弦波，即实现了正弦波倍频作用。
2、除法器 除法运算电路可以由模拟乘法器和运放组成，乘法器置
于运放的反馈支路中。
相除运算电路
u Z K M xy
由上图可以得到乘法器的输出端电位为：
而当uR0 1＝KRMuZFu时I 2 ，有K1M则uuII12
解调：所谓解调是将接收到的已调波的原调制信号取出来，例如 从调幅波的振幅变化中取出原调制信号。从调相波的瞬时相位变化中取 出原调制信号。从调频波的瞬时频率变化中取出原调制信号。
从频谱的角度来看： （1）调制：把低频的调制信号频谱变换为高频的已调波频谱 （2）解调：把高频的已调波频谱变换为低频的调制信号频谱 （3）变频：把高频的已调波频谱变换为中频的已调波频谱。
第二节 调制与解调
什么叫调制？调制就是使一个信号的某些参数在 另一个信号的控制下发生变化的过程。前一个信号称为
载波，一般是较高频率的交变信号。后一个信号（控制信 号）称为调制信号。最后的输出是调制波。已调制的信号 都便于放大和传输（这是调制信号的优点、特色，也是为
什么采用调制的原因），最终从已调制波中恢复出调制信 号的过程，称为解调。
1、调幅 1.1普通调幅波的表达式 设高频载波 uc (t) 的表达式为uc (t)=Ucm cosct Ucm cos 2 fct
调幅时，载波的频率和相位不变，而振幅将随着调制信 号 u (t) 线性地变化。由于调制信号为零时调幅波的振幅应 等于载波振幅 Ucm ，则调幅波 Ucm(t)的振幅可写作：
2 模拟乘法器 2.1 模拟乘法器 1、模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压 或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个 输数出，端称，为若模输拟入乘信法号器用的相、ux乘表增u y示益，，输其出单信位号为为V－1，，u则o 为kM比例系
u0 KM uxuy
ux
x
×z
uy
y