传感器与测量技术之信号的调制与解调

1、5.2.3 5.2.3 信号的调制与解调信号的调制与解调1 1、为什么要调制信号？、为什么要调制信号？ 如上节所示，电桥的作用仅仅将电参数的变化转换为电信号，但该信号如上节所示，电桥的作用仅仅将电参数的变化转换为电信号，但该信号一半比较微弱不易于传输或显示，因此有时候要对信号进行调制，使缓一半比较微弱不易于传输或显示，因此有时候要对信号进行调制，使缓变的信号易于放大和传输。变的信号易于放大和传输。2 2、什么是调制？、什么是调制？ 调制调制就是是一个信号的某些参数在另一信号的作用下发生变化的过程。就是是一个信号的某些参数在另一信号的作用下发生变化的过程。前一信号称为前一信号称为载波载波，后一信

2、号称为，后一信号称为调制信号，一般为被测信号调制信号，一般为被测信号。3、什么是解调？、什么是解调？ 在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。为解调。 4、在测控系统中为什么要采用信号调制？、在测控系统中为什么要采用信号调制？ 在测控系统中，进入测控电路的除了传感器输出的测在测控系统中，进入测控电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号

3、一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测控电路的一项重要任务。为了便于区别信号出来是测控电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用。的主要功用。 5、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。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，分别称为个

4、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。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。 6、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，这个载体称为信号作为载体，这个载体称为载波信号载波信号。用

5、来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为位的信号称为调制信号调制信号，一般为被测信号。一般为被测信号。在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。经在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫过调制的载波信号叫已调信号已调信号。 信号的调幅与解调信号的调幅与解调一、调幅原理与方法一、调幅原理与方法1 1、什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出其波、什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出其波形。形。 调幅调幅就是用调制信号就是用调制信号x x去控制高频载波信号的幅值，去控制高频载波信号的幅值，即将一个高频简谐信号（

6、载波）与被测信号（调制信即将一个高频简谐信号（载波）与被测信号（调制信号）在时域相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变号）在时域相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。化而变化。调幅信号的调幅信号的一般表达式一般表达式可写为：可写为：u us s=(=(U Uc c+ +mxmx)cos)cosw wc ct t txOtOucusa)调制信号b)载波信号Otc)双边带调幅信号u us=(s=(U Uc+c+mxmx)cos)coswctwct 调幅电路通常用乘法器（包括电桥）或是将调幅电路通常用乘法器（包括电桥）或是将电参数直接调制。电参数直接调制。R1FR4R2 R3R1R2UoR3R

7、4应变式传感器输出信号的调制 交流电桥本质上交流电桥本质上就是一个就是一个乘法器乘法器分压调幅电路分压调幅电路ZRZuu0晶体振荡器产生一个频率和幅值都固定的高频信号，通过固定电阻晶体振荡器产生一个频率和幅值都固定的高频信号，通过固定电阻R R加加到由电感到由电感L L和电容和电容C C组成的并联回路上去，当被测量引起电感或电容发生组成的并联回路上去，当被测量引起电感或电容发生变化时，并联回路的阻抗变化时，并联回路的阻抗Z Z也发生了变化，这时也发生了变化，这时O O点电输出电压点电输出电压UoUo也发生也发生变化，出电压为变化，出电压为 ，是一个调幅波。，是一个调幅波。0uO开关电路调制开关

8、电路调制uxuoUcV2V1Uc uotO Uc OttO ux二、调幅波的解调原理与方法二、调幅波的解调原理与方法 从已调信号中检出调制信号的过程称从已调信号中检出调制信号的过程称为为解调解调或或检波检波。 调幅波的解调调幅波的解调主要有同步解调、整流主要有同步解调、整流检波和相敏检波三种方法。检波和相敏检波三种方法。 相敏检波是最常用的方法，不仅能鉴别信号相敏检波是最常用的方法，不仅能鉴别信号的幅值，还能鉴别信号的相位。的幅值，还能鉴别信号的相位。（一）相敏检波的功用和原理（一）相敏检波的功用和原理 1 1、什么是相敏检波电路？、什么是相敏检波电路？ 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选

9、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。通常是由频能力的检波电路。通常是由4 4个二极管组成的环个二极管组成的环形结构，利用二极管的单向导电性将电路输出极形结构，利用二极管的单向导电性将电路输出极性换向。性换向。 相敏检波器的工作原理相敏检波器的工作原理上图就是一个典型的二极管相敏检波电路。变压器上图就是一个典型的二极管相敏检波电路。变压器A的输入信号为调的输入信号为调幅波幅波xm，B的输入信号为载波的输入信号为载波z，uf为输出。为输出。在设计上要求在设计上要求B的二次边输出远大于的二次边输出远大于A的二次边输出。的二次边输出。当调制信号当调制信号x0时时（0t1时间内），时

10、间内），xm与与z同相。若同相。若xm0，z0，则二极管，则二极管D1D2导导通，在负载上形成两个、通，在负载上形成两个、电流回路：电流回路：f-a-D1-b-e-g-f及及f-g-e-b-D2-c-f。其中回路其中回路1在负载电容在负载电容C及电阻及电阻Rf上产生的输上产生的输出为出为uf1=z/2+xm/2；回；回路路2在在C及及Rf上产生的上产生的输出为输出为uf2=-z/2+xm/2，则总输出为则总输出为uf=uf1+ uf2=xm。当调制信号当调制信号x0时时（0t1时间内），时间内），xm与与z同相。若同相。若xm0，z0时，无论调制波是否为时，无论调制波是否为正，相敏检波器的输出

11、正，相敏检波器的输出波形均为正，即保持与波形均为正，即保持与调制信号极性相同。同调制信号极性相同。同时可知，这种电路想当时可知，这种电路想当于在于在0t1段对段对xm全波全波整流，故解调后的频率整流，故解调后的频率比原调制波高一倍。比原调制波高一倍。同理也可以得出，调制同理也可以得出，调制信号在信号在t1t2段内，相段内，相敏检波器的输出波形均敏检波器的输出波形均为负，保持与调制信号为负，保持与调制信号一致，相当于对一致，相当于对xm全全波整流后反相，解调后波整流后反相，解调后的频率比原调制波高一的频率比原调制波高一倍。倍。信号的调频与解调信号的调频与解调一、调频原理与方法一、调频原理与方法（

12、一）什么是调频？写出调频信号的数学表达式，什么是调频？写出调频信号的数学表达式，画出其波形。画出其波形。调频调频就是用调制信号x去控制高频载波信号的频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号x的线性函数变化。调频信号us的一般表达式一般表达式可写为：us=Umcos(wc+mx)t 所以，调频波是指随信号而变化的疏密不等的等幅波。所以，调频波是指随信号而变化的疏密不等的等幅波。 调频有两种方法：将电参数直接调频；利用压控振荡器来调频有两种方法：将电参数直接调频；利用压控振荡器来调频。调频。二、鉴频电路二、鉴频电路什么是鉴频？什么是鉴频？ 对调频信号实现解调，从调频信号中检出反映被对调频信号实现解调，从调频信号中检出反映被测量变化的调制信号称为测量变化的调制信号称为频率解调频率解调或或鉴频鉴频。常用的鉴频方