1、測控電路第1頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第一節 調制解調的功用與類型1、什么是信號調制？調制就是用一個信號（稱為調制信號）去控制另一個做為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特征參數按前者變化。 2、什么是解調？從已經調制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調。 第2頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第一節 調制解調的功用與類型3、在測控系統中為什么要采用信號調制？ 在測控系統中，進入測控電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還往往有各種噪聲。傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測控電路的一項重

2、要任務。為了便于區別信號與噪聲，往往給測量信號賦予一定特征，這就是調制的主要功用。 第3頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第一節 調制解調的功用與類型4、在測控系統中常用的調制方法有哪幾種？在信號調制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。一個正弦信號有幅值、頻率、相位三個參數，可以對這三個參數進行調制，分別稱為調幅、調頻和調相。也可以用脈沖信號作載波信號。可以對脈沖信號的不同特征參數作調制，最常用的是對脈沖的寬度進行調制，稱為脈沖調寬。 第4頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第一節 調制解調的功用與類型5、什么是調制信號、載波信號、已調信號？調制是

3、給測量信號賦予一定特征，這個特征由作為載體的信號提供。常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為載波信號。用來改變載波信號的某一參數，如幅值、頻率、相位的信號稱為調制信號。經過調制的載波信號叫已調信號。 第5頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第二節 調幅式測量電路一、調幅原理與方法(一)調幅信號的一般表達式 調幅用調制信號x去控制高頻載波信號的幅值。常用的是線性調幅，即讓調幅信號的幅值按調制信號x的線性函數變化。數學表達式：us=(Um+mx)coswct第6頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五(一)調幅信號的一般表達式 數學表達式：us

4、=(Um+mx)coswctc:載波信號的角頻率;Um: 調幅信號中載波信號的幅值;m: 調制度。第7頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五(一)調幅信號的一般表達式 波形。第8頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五(一)調幅信號的一般表達式 波形。txOtOucusa)調制信號b)載波信號Otc)雙邊帶調幅信號第9頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五雙邊帶調幅:假設調制信號x是角頻率為的余弦信號x=Xmcost，調幅信號可寫為：它包含三個不同頻率的信號: 角頻率為c的載波信號和角頻率分別為c的上下邊頻信號。第10頁，共162頁，2

5、022年，5月20日，1點43分，星期五雙邊帶調幅:載波信號中不含調制信號x的信息，因此可以取Um=0，只保留兩個邊頻信號。這種調制稱為雙邊帶調制。數學表達式為： us=mXmcost cosct= Uxmcost cosct第11頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五雙邊帶調幅:數學表達式為： us=mXmcost cosct= Uxmcost cosct雙邊帶調制可以用調制信號與載波信號相乘來實現。 必須要求c，通常至少要求c10。 在這種情況下，解調時濾波器能較好地將調制信號與載波信號分開，檢出調制信號。 第12頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期

6、五在測控系統中被測信號的變化頻率為0100Hz，應怎樣選取載波信號的頻率？應怎樣選取調幅信號放大器的通頻帶？信號解調后，怎樣選取濾波器的通頻帶？必須要求c，通常至少要求c10。若被測信號的變化頻率為0100Hz，則載波信號的頻率c1000 Hz。調幅信號放大器的通頻帶應為9001100 Hz。信號解調后，濾波器的通頻帶應100 Hz，即讓0100Hz的信號順利通過，而將900 Hz以上的信號抑制，可選通頻帶為200 Hz。 第13頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）傳感器調制為了提高測量信號抗干擾能力，常要求從信號一形成就已經是已調信號，因此常常在傳感器中進行調制。

7、 第14頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）傳感器調制1、通過交流供電實現調制如，電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器。R1FR4R2 R3R1R2UoUR3R4應變式傳感器輸出信號的調制 第15頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）傳感器調制用4個應變片測量梁的變形，并由此確定作用在梁上的力F的大小。采用交流電壓U供電。設4個應變片在沒有應力作用的情況下它們的阻值R1=R2=R3=R4=R。則電橋的輸出： 實現了載波信號口與測量信號的相乘，即調制， 第16頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、用機械或光學的方法

8、實現調制1234567第17頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五由激光器4發出的光束經光欄3、調制盤2照到被測工件1上。 工件表面的微觀不平度使反射光產生漫反射。 根據鏡面反射方向與其它方向接收到的光能量之比可以測定被測件1的表面粗糙度。光欄6與光電元件7一起轉動，依次接收各個方向的反射光能。 這樣用同一光電元件接收各個方向的反射光能可以消除用不同光電元件接收時光電元件特性不一致帶來的測量誤差。 由于鏡面反射方向接收到的光能量比其它方向強得多，會使光電元件飽和， 為避免其飽和，加入濾光片5。 為了 減小雜散光的影響，采用多孔盤或多糟盤2使光信號得到調制，以提高信噪比。也可

9、以不用多孔盤，而采用頻閃燈作光源，同樣可以實現信號調制。 第18頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）電路調制1、乘法器調制a)原理圖ucuxuoxyKxyb) 實用電路 -8V47k0.1F1k0.1F5175014 10 161k38MC14961k3.3k3.3k7501k680k20F20Fuc1k0.1F21254uoux+12V用乘法器將與測量信號x成正比的調制信號ux與載波信號uc相乘，就可以實現雙邊帶調幅 第19頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、開關電路調制uxuoUcV2V1Uc uotO Uc OttO ux第20頁，共

10、162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、開關電路調制在輸入端加入調制信號ux， V1、V2是兩個場效應晶體管，工作在開關狀態。 在它們的柵極分別加入高頻載波方波信號Uc與Uc。 當Uc為高電平、Uc為低電平時，V1導通，V2截止:輸出電壓uo=ux.當Uc為低電平、Uc為高電平時，V1截止，V2導通:輸出電壓uo=0.其波形如圖b所示。經過調制,ux與幅值按0、1變化的載波 信號相乘。第21頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第22頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、信號相加調制T1+ ux -+ ux -+ uc -VD1i1V

11、D2i2載波信號T3T2RLi3+uo_RP調制信號第23頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、信號相加調制第24頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、信號相加調制調制信號ux=Uxmcost與載波信號uc=Ucmcosct相加減后去控制開關器件， 選取ucux， 實際起控制作用的是載波信號uc。如圖，調制信號ux與載波信號uc分別通過變壓器T1和T2輸入, 加到兩個起開關作用的二極管VD1、VD2的電壓分別為: uc+ux uc-ux 通過兩個二極管VD1、VD2的電流分別為： r:二極管的內阻、Rp(有效部分)與負載電阻RL折合到T3一次側的

12、等效電阻之和。第25頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、信號相加調制由上兩式有： 式中 n3：變壓器T3的電壓比。 通過濾波器濾除角頻率為的低頻信號與角頻率為3c及更高頻率的高頻信號后，就可以得到雙邊帶調幅信號Uxmcostcosct。第26頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、信號相加調制 這里采用兩個二極管VD1、VD2進行兩路調制，兩個載波電流以相反方向通過變壓器T3的一次側，靠調整Rp使uc在變壓器T3的兩個一次側產生的電流相等，從而使其影響消除。 這種電路常稱為平衡調制電路。 兩個信號線性相加是不能實現調制的，這里還是通過控制開關電路

13、獲得乘積項，實現調制。 第27頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第二節 調幅式測量電路二、包絡檢波電路包絡檢波？從已調信號中檢出調制信號的過程稱為解調或檢波。幅值調制就是讓已調信號的幅值隨調制信號的值變化，因此調幅信號的包絡線形狀與調制信號一致。只要能檢出調幅信號的包絡線即能實現解調。這種方法稱為包絡檢波。第28頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五包絡檢波的基本工作原理只要從圖a所示的調幅信號中，截去它的下半部，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號 (經全波檢波或截去它的上半部也可)，再經低通濾波，濾除高頻信號，即可獲得所需調制信號，實現解調。包絡檢波

14、就是建立在整流的原理基礎上的。 usuoOOtta)b)第29頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第30頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（一）二極管與三極管包絡檢波1、基本電路VDRLC2Ti+us_+uo_非線性 器件 低通濾波器C1a) 二極管檢波電路調幅信號us，通過由電容C1與變壓器T的一次側構成的諧振回路輸入，這樣有利于濾除雜散信號。二極管VD檢出半波信號，再經由RL和C2構成的低通濾波器檢出調制信號，實現解調。第31頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（一）二極管與三極管包絡檢波1、基本電路C1VRLC2Tic+

15、us_+_非線性 器件 低通濾波器uoEcb) 晶體管檢波電路晶體管V只有在us為負 的半周期有電流通過，其余部分原理與圖a相同。第32頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、峰值檢波與平均值檢波圖a電路，作用在二極管VD上的電壓等于us-uo。 只有當usuo時，二極管VD才導通，導通區間所對應的相位角稱為導通角， =arccos(uo/Usm)在二極管導通期間，二極管VD上的壓降很小，uo=us 由于二極管導通電阻很小，電容器C2充電很快，uoUsm 即輸出電壓uo接近us在一個載波信號周期內的峰值， 這種檢波稱為峰值檢波。 需要指出，這種檢波方法由于導通角很小，負載

16、能力較差， 只有當RL足夠大時電路才能正常工作。 VDRLC2Ti+us_+uo_C1第33頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五a)二極管iiUsmctctuuo0us=usmcosct0imax/20uo0t峰值檢波 第34頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、峰值檢波與平均值檢波圖b晶體管檢波電路中,信號經過了放大，晶體管的輸出電壓icRL可能大于us的半波整流值。 晶體管檢波電路中集電極電壓對ic的影響很小，基本上由us決定，而與輸出電壓uo無關。 由于晶體管V只在半個周期導通，導通時向電容C2充電; 在另半個周期電容C2向RL放電。 電容C

17、2的充電量等于放電量， 也就是說流經電阻RL的電流等于載波信號一個周期ic的平均值，這種檢波方式稱為平均值檢波。 C1VRLC2Tic+us_+_uoEc第35頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五平均值檢波ctb)晶體管i0ube0Usmus=usmcoscti0Icicmaxctuo0t第36頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）精密檢波電路為什么要采用精密檢波電路？二極管VD和晶體管V都有一定死區電壓，即二極管的正向壓降、晶體管的發射結電壓超過一定值時才導通，它們的特性也是一根曲線。二極管VD和晶體管V的特性偏離理想特性會給檢波帶來誤差。為了

18、提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱為線性檢波電路。 第37頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）精密檢波電路1、半波精密檢波電路+ us 半波整流器低通濾波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+ u i-+N1-+N2+uA+uAA第38頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）精密檢波電路1、半波精密檢波電路第39頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）精密檢波電路1、半波精密檢波電路+ us 半波整流器+usiiR1R2R2VD1VD2+ u i-+N1+uA+uAA第40頁，共162頁，2022

19、年，5月20日，1點43分，星期五1、半波精密檢波電路在調幅波us為正的半周期，由于運算放大器N1的倒相作用，N1輸出低電平，因此VD1導通、VD2截止， A點接近于虛地，uA0。 在調幅波us為負的半周期，N1輸出高電平，因此VD1截止、VD2導通，uA有輸出。 + us 半波整流器+usiiR1R2R2VD1VD2+ u i-+N1+uA+uAAKd為N1開環放大倍數。 第41頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五1、半波精密檢波電路 加入VD1反饋回路一是為了防止在us的正半周期因VD2截止而使運放處于開環狀態而進入飽和，另一方面也使us在兩個半周期負載基本對稱N2與

20、R3、R4、C等構成低通濾波器。對于低頻信號電容C接近開路，增益為-R4/R3。對于高頻信號電容C接近短路，使高頻信號受到抑制。屬于平均值檢波器。Kd很大，這時上式可簡化為： 第42頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、全波精密檢波電路+ us 半波整流器低通濾波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+ u i-+N1-+N2R3+uA+uAAOtuAOtuoOtus線性全波檢波電路第43頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、全波精密檢波電路us通過R3與uA相加,取R3=2R3。在不加電容器C時，N2的輸出為： 第44頁，共162頁

21、，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、全波精密檢波電路第45頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、全波精密檢波電路圖a為輸入調幅信號us的波形， 圖b為N1輸出的反相半波整流信號uA，圖c為N2輸出的全 波整流信號uo。電容C起濾除載波頻率信號的作用。 第46頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五 uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1-+N1-+N2線性全波檢波電路之二2、全波精密檢波電路第47頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、全波精密檢波電路 usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1R2-+

22、N2電 路 圖高輸入阻抗線性全波整流電路第48頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五高輸入阻抗線性全波整流電路 uo=usus0usR2R1R3R4us-+N1-+N2b）正輸入等效電路us0時，VD1導通、VD2截止，N2的同相輸入端與反相輸入端輸入相同信號，得到： uo=us第49頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五 uo=-usus0uAR2R1R3R4us-+N1-+N2c) 負輸入等效電路高輸入阻抗線性全波整流電路 usmXm 第91頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第三節 調頻式測量電路一、調頻原理與方法（一）調頻信

23、號的數學表達式xtOOtusa) 調制信號b) 調頻信號第92頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五 第93頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調頻原理與方法421TNS3測力或壓力的振弦式傳感器（二）傳感器調制第94頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調頻原理與方法（三）電路調制1、電容三點式LC振蕩器調頻電路LCTC1C2+Ec第95頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調頻原理與方法2、多諧振蕩器調頻電路uo-+NCR310k5k10kR1RRPR4VS15k30k10kR2+FUruuouc

24、+Ur-Ur-FUrOtT2T1T0a)b)第96頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調頻原理與方法2、多諧振蕩器調頻電路第97頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、多諧振蕩器調頻電路輸出電壓uo為穩壓管Vs的穩定電壓Ur。若輸出電壓為+Ur，則它通過R+Rp向電容C充電，uc升高。當： ucR4/(R3+R4)Ur N的狀態翻轉，使uo=-Ur，電容C放電，uc降低。當：uc-R4/(R3+R4)Ur N的狀態再次翻轉，使uo=+Ur，又對電容C充電，這樣就構成一個在Ur間來回振蕩的多諧振蕩器，其振蕩頻率由充電回路的時間常數(R+Rp)C決定

25、。 可以用一個電容傳感器作為圖中的C，這樣就可使振蕩器頻率得到調制 也可以用一個電阻式傳感器的電阻作R。 第98頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五二、鑒頻電路什么是鑒頻？對調頻信號實現解調，從調頻信號中檢出反映被測量變化的調制信號稱為頻率解調或鑒頻。微分鑒頻斜率鑒頻相位鑒頻比例鑒頻第99頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（一）微分鑒頻1、工作原理將調頻信號us=Umcos(wc+mx)t 對t求導數得這是調頻調幅信號。利用包絡檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調制信號的信息 Um (wc+mx)。第100頁，共162頁，2022年，5月20日，1點

26、43分，星期五2、微分鑒頻電路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分網絡包絡檢波C1usud+r+-第101頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、微分鑒頻電路第102頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、微分鑒頻電路電容C與晶體正向電阻r組成微分電路二極管VD為晶體管V提供直流偏壓，同時為電容C1提供放電回路。 電容C2為濾除高頻載波信號用。 微分時，微分電流： 為了正確微分，要求： 因而，這種電路靈敏度較低。 第103頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、窄脈沖鑒頻電路uoOc)ustttOOb)a)Usuo放大

27、與電平鑒別器單穩態觸發器 低通濾波器usUsUs第104頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、窄脈沖鑒頻電路第105頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、窄脈沖鑒頻電路調頻信號窄脈沖輸出第106頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、窄脈沖鑒頻電路調頻信號us經放大后進入電平鑒別器，當輸入信號超過一定電平時，電平鑒別器翻轉，它使單穩態觸發器輸出窄脈沖。 us的瞬時頻率越高，窄脈沖越密，經低通濾波后輸出的電壓越高。它將頻率變化轉換為電壓變化。為了避免發生混疊現象，要求單穩脈寬：fm、xm分別為us的最高瞬時頻率和x的最大值。第

28、107頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第三節 調頻式測量電路（二）斜率鑒頻us+us1us2fo1fo2RLRLuo1uo2uoVD2VD1TC1C2c)d)e)f)usUsmus1us2uooooottttuo1uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsintfcfm調頻波瞬時頻率變化tff第108頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第三節 調頻式測量電路（三）相位鑒頻I1L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLU1Cuo1uo2uo耦合網絡平衡疊加型鑒相器U2RLCU2EI2U1第109頁，

29、共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第三節 調頻式測量電路（四）比例鑒頻U5L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLCU3auo耦合網絡U2R1C3C4C5R2U4bU1a)b)c)U3U4U22_U3U4U3U4U22_U1U1U1_U22U22U22U22第110頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五在測控系統中為實現解調，并不一定需要恢復原調制信號， 只要能把代表被測量值的儲息檢出即可。 對于調頻信號，就是要檢出頻率變化的信息， 只要能測得調頻信號的瞬時頻率，即可實現調頻信號的解調。 測量頻率有兩種方法：（五）數字式頻率

30、計第111頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五測量頻率有兩種方法：一種是： 測量在某一時段內信號變化的周期數，這種方法難以用于測量信號的瞬時頻率。從而難以用于調頻信號的解調。另一種方法是： 測量信號的周期。根據在信號的一個 周期內進入計數器的高頻時鐘脈沖數即可測得信號的周期，從而確定頻率。 這種方法可用于調頻信號的解調。 （五）數字式頻率計第112頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第三節 調頻式測量電路（五）數字式頻率計CpusUU計數器鎖存器清零DG&SRQDZDS第113頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第三節 調頻式測

31、量電路（五）數字式頻率計第114頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（五）數字式頻率計調頻信號us，經整形器Dz成為方波信號U，經單穩Ds形成窄脈沖。窄脈沖U的后沿使RS觸發器為時“1”態，計數器的門DG打開，時鐘脈沖CP進入計數器。信號us變化一個周期后，出現第二個窄脈沖U，它的前沿發出鎖存指令，將計數器計的數送入鎖存器。鎖存器中存的數代表信號的周期，由它可以確定信號的瞬時頻率。第二個窄脈沖的后沿將計數器清零。計數器對信號的第二個周期計數。這樣每次送到鎖存器的數代表信號的周期。第115頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（五）數字式頻率計為使測量正

32、確，必須要求在U的脈沖寬度間隔時段內，能完成計數器對鎖存器送數。與此同時U的脈沖寬度應小于鐘脈沖的一個周期，以減小由于送數與清零所需的時間帶來的誤差。這種方法個缺點是：鎖存器的示數代表信號周期，它與頻率間的轉換關系是非線性的。第116頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第四節 調相式測量電路一、調相原理與方法（一）調相信號的數學表達式調相就是用調制信號x去控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調相，即讓調相信號的相位按調制信號x的線性函數變化。調相信號us的一般表達式可寫為： us=Umcos(wc t +mx)c:載波信號的角頻率Um：調相信號中載波信號的幅度; m：調制

33、度。 第117頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調相原理與方法 a)b)c)txOttucusOO第118頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調相原理與方法 調相信號與載波信號的相位差隨x變化第119頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調相原理與方法當x0時，調相信號超前于載波信號。實際上調相信號的瞬時頻率也在不斷變化， 由上式可以得到調相信號的瞬時頻率為：可以看到，若調制信號為x,us是調相信號; 若調制信號為dx/dt，則us是調頻信號。第120頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調相

34、原理與方法（二）傳感器調制13245M扭矩測量第121頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五一、調相原理與方法（二）傳感器調制第122頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五 XY21a)aabWB12VP1VPnYOb)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫爾條紋信號的調制第123頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五 第124頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）電路調制1、調相電橋oURUCUsUUCURUTRCUs第125頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）電路調制1、調相

35、電橋例如，C為電容式傳感器的電容，而R為一個固定電阻;也可以C為固定電容，而R為電阻式傳感器的電阻。由于電容C上的壓降Uc和電阻R上的壓降UR相位差90，當傳感器的電阻或電容變化時，輸出電壓矢量Us的末端在以O為圓心、以U/2為半徑的半圓上移動，如圖b。Us的幅值不變，其相位隨傳感器的電阻或電容變化，輸出調相信號。變壓器制作麻煩、體積較大，可用運算放大器代替變壓器。 第126頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）電路調制1、調相電橋-+N2-+N1RR1R1CUsU2U2U2-由運 算放大器N1、N2形成兩個幅值相同、極性相反的電壓U/2與-U/2， 第127頁，共1

36、62頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）電路調制1、調相電橋第128頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）電路調制1、調相電橋第129頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、脈沖采樣式調相電路U0門限檢測電路脈沖發 生器載波頻率鋸齒波發生器輸出調相脈沖ujux+a)UcususOttOujtOuj=kux+ujtOuxb)d)c)e)UcU0第130頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、脈沖采樣式調相電路第131頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、脈沖采樣式調相電路第132頁，共1

37、62頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五二、鑒相電路鑒相就是從調相信號中將反映被測量變化的調制信號檢出來，實現調相信號的解調，又稱為相位檢波。第133頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五二、鑒相電路（一）用相敏檢波器或乘法器鑒相1、乘法器鑒相ucusuoxyKxyN第134頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五1、乘法器鑒相乘法器的兩個輸入信號分別為： 調相信號：us=Usmcos(wct+) 與參考信號： uc=Ucmcoswct 乘法器的輸出送低通濾波器濾除由于載波信號引起的高頻成分， 低通濾波相當于求平均值，整個程可用下述數學式表示，

38、輸出電壓： 輸出信號隨相位差的余弦而變化。 在=/2附近，有較高的靈敏度與較好的線性。 這種乘法器電路簡單， 不足之處是輸出信號同時受調相信號與參考信號幅值的影響。第135頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、用開關式相敏檢波電路鑒相第136頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五3、用相加式相敏檢波電路檢相 b) a)Us-UsU1UcU212-2_20uo第137頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）通過相位脈寬變換鑒相1、異或門鑒相a)UCUSDG1=1Uoc)CPUs計數器鎖存器 延時時鐘脈沖DG2Uo鎖存指令清零Uc

39、DG1=1&Nd)-2-0N,uo2b)UcUsOOtuotUotOB第138頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）通過相位脈寬變換鑒相1、異或門鑒相第139頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（二）通過相位脈寬變換鑒相1、異或門鑒相將調相信號與參考信號整形后形成占空 為l:1的方波信號Us和Uc。將它們送到異或門DGl，異或門輸出Uo的脈寬B與 Us和Uc的相位差相對應，如圖b所示。這一脈寬有兩種處理方法。一種方法：將Uo送入一個低通濾波器，濾波后的輸出uo與脈寬B成正比， 也即與相位差成正比，根據uo可以確定相位差。 另一種方法：是Uo作問控

40、信號。如圖c所示， 只有當Uo為高電平時，時鐘脈沖CP才能通過門DG2進入計數器。 這樣進入計數器的脈沖數N與脈寬B成正比，也即與相位差成正比。 Uo的下跳沿來到時，發出鎖存指令，將計數器計的脈沖 N送入鎖存器。延時片刻后將計數器清零。 這樣鎖存器鎖存的數N為在Us和Uc 的一個周期內進入計數器的脈沖數，它反映Us和Uc的相位差 電路的輸出特性如圖d所示，在0-范圍內它具有線性關系，它不能鑒別Us 和Uc哪個相位超前。鑒相器的鑒相范圍為0-。鑒相器要求Us和Uc的占空比 均為1:1，否則會帶來誤差。第140頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、RS觸發器鑒相a)QQSR

41、UcUsc)N,uo0221ttttb)OOBQUsUcuoOUcUsOOt第141頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、RS觸發器鑒相第142頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五2、RS觸發器鑒相將由調相信號Us和參考信號Uc形成窄脈沖Us、Uc分別加到RS觸發器的S端和R端，如圖所示，Q=1的脈寬B與Us和Uc的相位差相對應，如圖b所示。這一脈寬與異或門鑒相一樣有兩種處理方法。一種方法:是將Q端輸出送入一個低通濾波器，濾波后的輸出uo與脈寬B成正比， 也即與相位差成正比，根據uo可以確定相位差。 另一種方法：是用Q代替c中的Uo作門控信號， 鎖

42、 存器鎖存的數代表Us和Uc的相位差。 這種鑒相器的鑒相范圍為-(2-)。其中為窄脈沖寬度所對應的相位角，其輸出特性如圖c中實線1。 如果將Q與Q分別送到差分放大器的同相和反相輸入端; 或者在Q=1時， 讓計數器作加法計數，Q=0時作減法計數，就可以使鑒相器具有圖c中虛 線2所示輸出特性，鑒相范圍為(-)。RS觸發器鑒相線性好，鑒相范圍寬。并且對Us和Uc的占空比沒有要求。應用廣泛。第143頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）脈沖采樣式鑒相uo單穩鋸齒波發生器采樣保 持濾波器Ucuj UcUsue)tOa)b)c)d)UcOttOUstOujtOuuo第144頁，共

43、162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）脈沖采樣式鑒相脈沖采樣式鑒相電路的工作原理與脈沖采樣式調相電路相似。 它實現脈沖采樣調相的逆過程，其原理圖如圖 第145頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）脈沖采樣式鑒相第146頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五（三）脈沖采樣式鑒相由參考信號Uc形成窄脈沖Uc送到鋸齒波發生器的輸入端， 形成圖c所示鋸齒波信號uj。 由調相信號Us形成窄脈沖Us,通過采樣保持電路采集此時的uj值，并將其保持。采樣保持電路來得的電壓值由Us與Uc的相位差p決定。采樣保持電路輸出u的波形如圖d所示，經平滑濾

44、波后得到圖e所示輸出波形。實現調相信號的解調。脈沖采樣式鑒相電路的工作原理基于相位-時間-電壓的變換。隨Us與Uc的相位差的變化，采樣脈沖Us出現的時刻不同，通過對鋸齒波引的采樣實現時間-電壓的變換。這種鑒相器的鑒相范圍為0-(2-)，其中為與鋸齒波回掃區所對應的相位角。鋸齒波uj的非線性對鑒相精度有較大影響。 第147頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第四節 調相式測量電路各種鑒相方法比較（精度、誤差因素、鑒相范圍）影響鑒相誤差的主要因素有：非線性、信號幅值、占空比、門電路與時鐘脈沖頻率等。RS觸發器鑒相精度最高，線性好，對Us和Uc的占空比沒有要求。鑒相范圍接近2。

45、相敏檢波器或乘法器鑒相原理上有非線性，信號幅值影響鑒相誤差。鑒相范圍為/2 。脈沖采樣鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相范圍接近2。異或門鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒相范圍為0-。通過相位脈寬變換鑒相時門電路的動作時間與時鐘脈沖頻率誤差對精度有影響，但一般誤差較小。第148頁，共162頁，2022年，5月20日，1點43分，星期五第五節 脈沖調制式測量電路一、脈沖調制原理與方法脈沖調制是指用脈沖作為載波信號的調制方法。在脈沖調制中具有廣泛應用的一種方式是脈沖調寬。脈沖調寬的數學表達式為：B=b+mxb: 常量;m: 調制度脈沖的寬度為調制信號x的線性函數。它的波形見圖 第149頁，共162