1、5.3 5.3 信号的滤波信号的滤波 第五章、测试信号调理技术第五章、测试信号调理技术滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其它频率成频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分分1 1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）低通低通高通高通带通带通带阻带阻实验实验作用作用:频率分析、抑制噪声频率分析、抑制噪声2 滤波器的串滤波器的串/并联并联 低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。其它的滤波器都可
2、以分解为这两种类型的滤波器。3 3 理想滤波器理想滤波器 理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。低通滤波器对阶跃响应的建立时低通滤波器对阶跃响应的建立时间和带宽成反比。间和带宽成反比。通带愈窄，滤波器的分辨力越高。通带愈窄，滤波器的分辨力越高。滤波器的高分辨力和测量时快速滤波器的高分辨力和测量时快速响应的要求是相矛盾的。响应的要求是相矛盾的。02 t3.阶跃响应阶跃响应若滤波器的通频带很宽，即fc很大，那么y(t)的图形将很陡峭，响应的建立时间tb-ta也将很小
3、。反之，若通频带窄，则建立时间就长。f.ttcab610constBTe4 4 实际滤波器实际滤波器 理想滤波器是不存在的，理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特在实际滤波器的幅频特性图中通带和阻带间应性图中通带和阻带间应没有严格的界限，存在没有严格的界限，存在一个过渡带。一个过渡带。1)1)纹波幅度纹波幅度d d：波动幅度：波动幅度d d与幅频特性平均值与幅频特性平均值A A0相比应小于相比应小于-3dB3dB。2)2)截止频率截止频率fc:fc:幅频特性值等于幅频特性值等于0.707A0.707A0所对应的频率所对应的频率 3)3)带宽带宽B B和品质因数和品质因数Q:Q:上下两截频间
4、的频率范围称为带宽，上下两截频间的频率范围称为带宽，带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。中心频。中心频率和带宽之比称为品质因数率和带宽之比称为品质因数Q ，Q越大，滤波器的分辨力越高越大，滤波器的分辨力越高。fffcc210ffffBfQcccc122104)4)倍频程选择性倍频程选择性W:W:指在上截止频率指在上截止频率fc2fc2与与 2fc22fc2之间，幅频特性之间，幅频特性 的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量，的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量，以dB表示。5)5)滤波器因数滤波器因数(或矩形系数或矩形系数)滤波器选择
5、性的另一种表示滤波器选择性的另一种表示方法是用滤波器幅频特性的方法是用滤波器幅频特性的-60 dB-60 dB带宽与带宽与-3 dB-3 dB带宽的比值，带宽的比值，即即 )()2(20)(22fAfAlgdBcc)()21(20)(11fAfAlgdBccBBdBdB3604 RC4 RC无源滤波器无源滤波器 在测试系统中，常用在测试系统中，常用RCRC滤波器。因为这一领域中信号频滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。而率相对来说不高。而RCRC滤波器电路简单，抗干扰强，有滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件较好的低频性能，并且选用标准阻容元件 。1)1)一
6、阶一阶RCRC低通滤波器低通滤波器 2)2)一阶一阶RCRC高通滤波器高通滤波器 fjfjfH212)()2(212)(fffA3)RC3)RC带通滤波器带通滤波器 可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联 )()()()()()(S)()(212121ffffAfAfAHSHSH高通高通低通低通1/31/3倍频程滤波器倍频程滤波器恒带宽、恒带宽比滤波器恒带宽、恒带宽比滤波器 实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实际滤波器中实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实际滤波器中心频率与带宽之间的数值关系，可以分为两种。心频率与带宽之间的数值关系，可以分为两种。1)
7、1)恒带宽比滤波器恒带宽比滤波器 2/2/12211222/1/2nnnccccncncQQfBfffffff2)2)恒带宽滤波器恒带宽滤波器 恒带宽滤波器不宜作成定中心频率的，一般利用一个定带恒带宽滤波器不宜作成定中心频率的，一般利用一个定带宽的定中心频率的滤波器，加上一个可变参考频率的差频宽的定中心频率的滤波器，加上一个可变参考频率的差频变换器变换器,来适应各种不同中心频率的定带宽滤波的要求来适应各种不同中心频率的定带宽滤波的要求常用恒带宽滤波器有相关滤波和变换跟踪滤波两种。常用恒带宽滤波器有相关滤波和变换跟踪滤波两种。滤波器的应用滤波器的应用6 6 滤波器的应用滤波器的应用超门限报警超门
8、限报警 案例：案例：旅游索道钢缆检测旅游索道钢缆检测5.3 信号的滤波信号的滤波 由案例提炼的典型实验：由案例提炼的典型实验：钢管无损探伤钢管无损探伤滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警实验实验5.3 信号的滤波信号的滤波 案例：机床轴心轨迹的滤波处理案例：机床轴心轨迹的滤波处理 5.3 信号的滤波信号的滤波 案例：机床轴心轨迹的滤波处理案例：机床轴心轨迹的滤波处理 滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律实验实验 5.3 信号的滤波信号的滤波 思考题：思考题：1 1 信号调理的内容和目的信号调理的内容和目的？2 2 信号放大电路的种类，如何根据传感器输出信号放大电路的种类，如何根据传感器输出 特性选择合适的放大电路特性选择合适的放大电路？3 3 信号调制与解调的种类信号调制与解调的种类？4 4 幅度调制与解调的原理幅度调制与解调的原理？5 5 调幅波的失真，如何消除调幅波的失真，如何消除？6 6 信号滤波器的种类信号滤波器的种类？7 7 如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的 频谱来选择滤波器种类和设定其参数频谱来选择滤波器种类和设定其参数？计算题：计算题：2 2）1 1）3 3）
