测控电路内科大老师上课授课课件.pptx

1、第一节 调制解调的功用与类型4、在测控系统中常用的调制方法有哪几种？、在测控系统中常用的调制方法有哪几种？在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅、调频和调相调幅、调频和调相。也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲调宽脉冲调宽。第一节 调制解调的功用与类型5、什么是调制信号、载波信号、已调信号？、什么是调制信号、载波信号、已调信号？调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波

2、载波信号信号。用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号调制信号。在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号已调信号。第二节 调幅式测量电路一、调幅原理与方法一、调幅原理与方法（一一）1、什么是调幅？写出调幅信号的数学表、什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出其波形。达式，画出其波形。调幅调幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号x的线性函数变化。调幅信号的一般表达式一般表达式可写为：us=(Um+mx)coswct 第二节 调幅式测量电路 txOtOucusa)调制信号b)载波信号Otc)

3、双边带调幅信号第二节 调幅式测量电路 2、何谓双边带调幅？写出其数学表达式，画出波形、何谓双边带调幅？写出其数学表达式，画出波形 假设调制信号x是角频率为的余弦信号x=Xmcost，由式（3-1）调幅信号可写为：us=Umcosct+mXmcos(c+)t+mXmcos(c-)t/2 它包含三个不同频率的信号:角频率为c的载波信号和角频率分别为c的上下边频信号。载波信号中不含调制信号x的信息，因此可以取Um=0，只保留两个边频信号。这种调制称为双边带调制双边带调制。其数学表达式数学表达式为：us=Uxmcost cosct第二节 调幅式测量电路 3、在测控系统中被测信号的变化频率为在测控系统中

4、被测信号的变化频率为0100Hz，应怎，应怎样选取载波信号的频率？应怎样选取调幅信号放大器样选取载波信号的频率？应怎样选取调幅信号放大器的通频带？信号解调后，怎样选取滤波器的通频带？的通频带？信号解调后，怎样选取滤波器的通频带？为了正确进行信号调制必须要求c，通常至少要求c10。这样，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号的变化频率为0100Hz，则载波信号的频率c1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为9001100 Hz。信号解调后，滤波器的通频带应100 Hz，即让0100Hz的信号顺利通过，而将900 Hz以上的信号抑制，可选通频带为200 Hz。第二

5、节 调幅式测量电路（二）传感器调制1、为什么在测控系统中常常在传感器中进行信为什么在测控系统中常常在传感器中进行信号调制？号调制？为了提高测量信号抗干扰能力，常要求从信号一形成就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制。第四节 调相式测量电路第二节 调幅式测量电路（相敏检波电路的鉴相特）性第三节 调频式测量电路第二节 调幅式测量电路（一）什么是调频？写出调频信号的数学表达式，画出其波形。Uc=1 时uo=-Us第五节 脉冲调制式测量电路脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。也可以用脉冲信号作载波信号。2、用开关式相敏检波电路鉴相（ppt30)2、脉冲采样式调相电路从包络检波电路的输出无法

6、确定磁芯向上或向下移动。这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。第二节 调幅式测量电路;2、开关式全波相敏检波电路第三节 调频式测量电路第二节 调幅式测量电路2、通过交流供电实现调制、通过交流供电实现调制 如，电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。R1FR4R2 R3R1R2UoUR3R4应变式传感器输出信号的调制 第二节 调幅式测量电路3、用机械或光学的方法实现调制、用机械或光学的方法实现调制1234567第二节 调幅式测量电路（三）电路调制1、乘法器调制、乘法器调制a)原理图ucuxuoxyKxyb)实用电路-8V47k0.1F1k0.1F5175014 10 161k38MC

7、14961k3.3k3.3k7501k680k20F20Fuc1k0.1F21254uoux+12V第二节 调幅式测量电路2、开关电路调制、开关电路调制uxuoUcV2V1Uc uotO Uc OttO ux第二节 调幅式测量电路3、信号相加调制、信号相加调制T1+ux -+ux -+uc -VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo_RP调制信号第二节 调幅式测量电路二、包络检波电路二、包络检波电路n什么是包络检波？什么是包络检波？从已调信号中检出调制信号的过程称为解调解调或检波检波。幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调

8、幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波包络检波。第二节 调幅式测量电路n包络检波的基本工作原理是什么？包络检波的基本工作原理是什么？由图可见，只要从图a所示的调幅信号中，截去它的下半部，即可获得图b所示半波检波后的信号(经全波检波或截去它的上半部也可)，再经低通滤波，滤除高频信号，即可获得所需调制信号，实现解调。包络检波就是建立在整流的原理基础上的。usuoOOtta)b)第二节 调幅式测量电路（一）二极管与三极管包络检波1、基本电路、基本电路VDRLC2Ti+us_+uo_非线性 器件 低通滤波器C1a)二极管检波电路C1VRLC2Tic+us_+_非线性 器件 低通滤波器uoEc

9、b)晶体管检波电路第二节 调幅式测量电路2、峰值检波与平均值检波、峰值检波与平均值检波a)二极管iiUsmctctuuo0us=usmcosct0imax/20uo0tctb)晶体管i0ube0Usmus=usmcoscti0Icicmaxctuo0t第二节 调幅式测量电路（二）精密检波电路n为什么要采用精密检波电路？为什么要采用精密检波电路？二极管VD和晶体管V都有一定死区电压，即二极管的正向压降、晶体管的发射结电压超过一定值时才导通，它们的特性也是一根曲线。二极管VD和晶体管V的特性偏离理想特性会给检波带来误差。为了提高检波精度，常需采用精精密检波电路密检波电路，它又称为线性检波电路线性检

10、波电路。第二节 调幅式测量电路1、半波精密检波电路、半波精密检波电路+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2+uA+uAA+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2+uA+uAA不影响检波输出二极管的死区和非线性即sAAsddAdsSdASAASSsuRRuuRRuKuRRKuRRKRRuuKuiRuuuuuiRuuRiu12212121212111)1(1)1(1虚地止，通，时ADDasuVVuu21,0,0通止，时21,0,0DDasVVuu21Rii于若运放的输入阻抗远大

11、（一）什么是脉冲调宽？写出脉冲调宽信号的数学表达式，画出其波形。第四节 调相式测量电路它与相对运动的速度成正比。相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向，双失谐幅频特性网使电路的灵敏度提高一倍，单幅频回路的非线性得到补偿从包络检波电路的输出无法确定磁芯向上或向下移动。第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。为了正确进行信号调制必须要求c，通常至少要求c10。第二节 调幅式测量电路当声源与接收器的位置在均匀介质中发生相对运动时,接收器所接收的声波频率不同于声源所辐射的声频率,这种相对运动产生的声波之差值,称为多普勒

12、频移。用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号。第二节 调幅式测量电路第二节 调幅式测量电路为了提高测量信号抗干扰能力，常要求从信号一形成就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制。相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2+uA+uAA称正负半周期负载基本对同时也使电路在输入的环状态而进入饱和；无反馈而使运放处于开截止周期因反回路：防止输入正半21DDVV构成低通滤波器、与CRRN432对于高频信号，电容接近于短路，深负反馈，高频信号受到抑制。而且电容的

13、左端虚地，电容上的充电电压不影响二极管的通断。因此完成平均值检波。第二节 调幅式测量电路2、全波精密检波电路、全波精密检波电路+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2R3+uA+uAA213412341234343322,020,0)2(2RRuRRuuRRRRuuRRuuuRRuuuuuRRuRRsssosAssoAssAo若）（，时；，时当取OtuAOtuoOtus+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2R3+uA+uAA第二节 调幅式测量电路 uoR4VD1VD2R2R

14、5VD3VD4R3usR1-+N1-+N2线性全波检波电路之二sosoDDDDssoDDDDsuuuuVVVVuuuVVVVu止，通，通，止，时通，止，止，通，时43214321,0,0第二节 调幅式测量电路 uo=usus0usR2R1R3R4us-+N1-+N2b）正输入等效电路线性全波检波电路之三 高输入阻抗线性全波整流电路sssoDDsuuRRRuRRRuNRRaVVu43443423221)1(,0的反相端输入到、点跟随输入，并通过止，通，时uo=-usus0,Vd1,Vd2导通;Uc100 Hz，即让0100Hz的信号顺利通过，而将900 Hz以上的信号抑制，可选通频带为200 H

15、z。脉冲调宽的数学表达式为：包络检波就是建立在整流的原理基础上的。（二）通过相位脉宽变换鉴相4、相敏检波电路与调幅电路在结构上有哪些相似之处？它们又有哪些区别？第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。第二节 调幅式测量电路应变式传感器输出信号的调制Uc=1 时uo=-Us取R1=R2=R3=R4=R5=R6/2为了提高测量信号抗干扰能力，常要求从信号一形成就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制。第四节 调相式测量电路（三）脉冲采样式鉴相uo单稳锯齿波发生器采 样保 持滤波器Ucuj UcUsue)tOa)b)c)d)UcOttOUstOujtOuuo第四节 调相式测量电

16、路各种鉴相方法比较各种鉴相方法比较（精度、误差因素、鉴相范围）影响鉴相误差的主要因素影响鉴相误差的主要因素有：非线性、信号幅值、占空比、门电路与时钟脉冲频率等。RS触发器鉴相触发器鉴相精度最高，线性好，对Us和Uc的占空比没有要求。鉴相范围接近2。相敏检波器或乘法器鉴相相敏检波器或乘法器鉴相原理上有非线性，信号幅值影响鉴相误差。鉴相范围为0-。脉冲采样鉴相脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。鉴相范围接近2。异或门鉴相异或门鉴相中占空比影响鉴相误差。鉴相范围为0-。通过相位通过相位脉宽变换鉴相脉宽变换鉴相时门电路的动作时间与时钟脉冲频率误差对精度有影响，但一般误差较小。第五节 脉冲调制式测

17、量电路一、脉冲调制原理与方法一、脉冲调制原理与方法（一）什么是脉冲调宽？写出脉冲调宽信号的什么是脉冲调宽？写出脉冲调宽信号的数学表达式，画出其波形。数学表达式，画出其波形。脉冲调制脉冲调制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。在脉冲调制中具有广泛应用的一种方式是脉冲调宽。脉冲调宽的数学表达式数学表达式为：B=b+mx第五节 脉冲调制式测量电路 Ua)调制信号b)脉冲调宽信号txOxTBtO第五节 脉冲调制式测量电路（二）传感器调制12435 67910118M用激光扫描的方法测量工件直径第五节 脉冲调制式测量电路（三）电路调制1、参量调宽、参量调宽R2RP3VD1RP2R4VD2RP1CuCuoV

18、SR3-+NR1uo=-usus0uAR2R1R3R4us-+N1-+N2c)负输入等效电路sosossAsosADDsuuuuRRRRuRRRRuRRuRRuRRuuRRuVVu43211234343434121221)1()1()1()1(,0当止，通，时在图1-3所示用电感传感器测量工件轮廓形状的例子中，磁芯3由它的平衡位置向上和向下移动同样的量，传感器的输出信号幅值相同，只是相位差180。从包络检波电路的输出无法确定磁芯向上或向下移动。usucx214图1-3 用电感传感器测量 工件轮廓形状3（一）1、什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出其波形。将调频信号us=Umcos(wc+

19、mx)t 对t求导数得到第二节 调幅式测量电路第四节 调相式测量电路第三节 调频式测量电路第五节 脉冲调制式测量电路uo=(KUsmUcm/2)cos二者主要区别是调幅电路实现低频调制信号与高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；从包络检波电路的输出无法确定磁芯向上或向下移动。（二）常用相敏检波电路第二节 调幅式测量电路第四节 调相式测量电路第三节 调频式测量电路2、用开关式相敏检波电路鉴相（ppt30)+uc -第二节 调幅式测量电路;2、开关式全波相敏检波电路 uousUcRVRR-+Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2-+NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOt

20、usOtd)取R1=R2=R3=R4=R5=R6/2 在Uc=1的半周期，V1导通、V2截止放大倍数为1326RRR在Uc=0的半周期，V1截止、V2导通放大倍数为1331)1(365415RRRRRRUc=1 时uo=-UsUc=0 时uo=2 Us-Us第二节 调幅式测量电路5、脉冲箝位式相敏检波电路、脉冲箝位式相敏检波电路ttuottttttR2R1CVusuoUc-+NUcDsAuA,uousOOuAUcOUcOuA,uousOOuAuoUcOUcO第三节 调频式测量电路2、微分鉴频电路、微分鉴频电路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微 分网络包络检波C1usud+r+-微分时间远小于载波周期crc11第四节 调相式测量电路（三）电路调制1、调相电桥、调相电桥oURUCUsUUCURUTRCUs-+N2-+N1RR1R1CUsU2U2U2-第四节 调相式测量电路（三）脉冲采样式鉴相uo单稳锯齿波发生器采 样保 持滤波器Ucuj UcUsue)tOa)b)c)d)UcOttOUstOujtOuuo第五节 脉冲调制式测量电路 Ua)调制信号b)脉冲调宽信号txOxTBtO