機(jī)械電子第八章信號(hào)處理(參考版)
2025-02-14 13:36本頁面
【正文】 為了處理這些數(shù)據(jù)，發(fā)展了一種數(shù)據(jù)融合 (Data Fusion)的思想，用人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)來分析并解釋數(shù)據(jù)。在機(jī)械電子學(xué)領(lǐng)域，諸如工作條件監(jiān)測(cè)、故障分析、視覺系統(tǒng)、機(jī)器人等方面，專家系統(tǒng)也將發(fā)揮同樣的作用。 ? 與其它器件和中心控制單元之間的雙向通信功能。 ? 有診斷能力的自檢和自校準(zhǔn)。 ?這種智能型敏感器件應(yīng)該具有以下部分或全部特點(diǎn)： ? 對(duì)溫度等外部環(huán)境因素和失調(diào)、漂移等內(nèi)部因素有補(bǔ)償功能。 ? DFT通常用 FFT算法實(shí)現(xiàn)， FFT能減少計(jì)算時(shí)間。用正變換和逆變換可以把信號(hào)從時(shí)域變換到頻域或反過來從頻域變換到時(shí)域，在頻域里可以獲得功率譜密度等信息，可以應(yīng)用相關(guān)分析和譜分析等工具。 ? 信號(hào)的平均 ?重復(fù)信號(hào)易受隨機(jī)噪聲的干擾 ,求信號(hào)平均值能從噪聲中恢復(fù)信號(hào)。 ? 補(bǔ)償 ?有些傳感器用的材料是硅之類性質(zhì)較活潑的材料，對(duì)溫度等諸多環(huán)境條件很敏感，這樣會(huì)使輸出信號(hào)畸變。另外，必須保證數(shù)字系統(tǒng)固有的延時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。 ? 數(shù)字系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，不受漂移等因素的影響。 預(yù) 處 理 系 統(tǒng) 后 處 理輸 入 信 號(hào)輸 出 信 號(hào)AfOAfO(a) 結(jié)構(gòu)(b) 預(yù)處理濾波特性 (c) 后處理濾波特性48 數(shù)字信號(hào)的處理和分析 ? 數(shù)字信號(hào)處理是用微處理器的計(jì)算功能分析信號(hào)數(shù)據(jù)。為了完全重現(xiàn)被采樣的連續(xù)信號(hào)，采樣頻率必須至少高于原信號(hào)中最高頻率分量的頻率兩倍，即 fs＞ 2fmax ATt46 數(shù)字濾波器的特性 ? 與許多比模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)特性近乎理想；無零漂，很容易用于低頻信號(hào)；無插入損失，能實(shí)現(xiàn)線性相頻特性，而且能做成自適應(yīng)濾波器。 +RaCCRbRcRdUiUo(a) 低通+C CRaRbRcRdUiUo(b) 高通45 數(shù)字濾波器 ? 數(shù)字濾波器以一系列離散采樣值的方式采集數(shù)據(jù)，這一系列量化的電平經(jīng)處理后輸出，處理的過程就是濾波的過程。 44 有源濾波器 ? 有源模擬濾波器使用了運(yùn)算放大器模擬“理想”元件，并且在濾波器輸入輸出端可以實(shí)現(xiàn)正確的阻抗匹配。 ? 契比雪夫?yàn)V波器 ?契比雪夫?yàn)V波器又稱為等起伏濾波器，其幅頻特性在通頻帶內(nèi)是等起伏函數(shù)，而在通帶外和阻帶內(nèi)則為單調(diào)減函數(shù)。 響應(yīng)時(shí)間 即指出信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定電平值實(shí)際所需的時(shí)間，是帶寬的倒數(shù)。 Af3 d B帶 寬6 0 d B帶 寬40 濾波器的主要特性指標(biāo) 2 ? 有效噪聲帶寬 是把實(shí)際濾波器性能與一個(gè)理想濾波器性能作比較，設(shè)一個(gè)理想濾波器與一個(gè)實(shí)際濾波器在各自通帶內(nèi)傳送白噪聲，并且兩個(gè)被傳送的白噪聲信號(hào)的幅度和功率都相同，這時(shí)該理想濾波器的帶寬就是該實(shí)際濾波器的有效噪聲帶寬。 39 濾波器的主要特性指標(biāo) 1 ? 3dB帶寬 指濾波器通頻帶內(nèi)增益水平下降 3dB時(shí)的帶寬 ? 波形因數(shù) 用于表示濾波器的選擇性，是濾波器對(duì)不同頻率分量分辨能力的度量。 ?有源模擬濾波器使用了運(yùn)算放大器模擬“理想”元件，并且在濾波器輸入輸出端可以實(shí)現(xiàn)正確的阻抗匹配。 ?無源濾波器簡(jiǎn)單，無需外加電源。 ? 實(shí)際上要完全去除不需要的頻率分量是不可能的，只能把它們衰減到一定程度。在接收端，把高頻載波解調(diào)后，用濾波器分離出各副載波，就能從各副載波中提取出信息。 ? TDM通常用于數(shù)據(jù)量大而變化相對(duì)緩慢的系統(tǒng) ?由于用了離散數(shù)據(jù)， TDM尤適于數(shù)字信號(hào)處理。 相 敏檢 波 器壓 控振 蕩 器放 大 器輸 出輸 入36 多路復(fù)用 ? 多路復(fù)用是為了使若干個(gè)數(shù)據(jù)源能共用一個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)通道。 ? ? ? ?? ? ? ?? ?0 i r i i ri r i r i i r isin sinc os c os 2u u u t tu u t t? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?35 鎖相環(huán) ? 用相敏檢波器和壓控振蕩器還可以構(gòu)成如圖所示的鎖相環(huán)，可用以跟蹤某個(gè)頻率的信號(hào)而無需再用任何外部參考量。時(shí)，輸出信號(hào)等于零。時(shí)，輸出信號(hào)最大，當(dāng) ωi為 90176。當(dāng) ωi為 0176。結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)參考信號(hào)和輸入信號(hào)的乘積 u0=uiur 低 通濾 波 器輸 入反 相 放 大 器開 關(guān)參 考 信 號(hào)輸 出uiuour34 相敏檢波器 ? 如果和都是正弦信號(hào) ,則 ?如果把輸出信號(hào) u0送到一個(gè)截止頻率近乎 0Hz的低通濾波器，由上式可見， 僅當(dāng) ui與 ur頻率相等時(shí)，濾波器才會(huì)有輸出，且含直流分量。 ?隔離放大器 ?隔離變壓器 ?光隔離器 輸 入 級(jí) 輸 出 級(jí) 變 壓 器 解 調(diào) 調(diào) 制 反 饋 電 阻 變 壓 器 解 調(diào) 調(diào) 制 Ui電 源 變 壓 器
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