张国雄版测控电路PPTChapter3-5-2

第三章信号调制解调电路第一节调制解调的功用与类型第二节调幅式测量电路第三节调频式测量电路第四节调相式测量电路第五节脉冲调制式测量电路第一节调制解调的功用与类型1、什么是信号调制？调制就是用一个信号(称为调制信号)去控制另一个做为载体的信号(称为载波信号)，让后者的某一特征参数按前者的变化而变化，这一过程称为调制

2、什么是解调？从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调第一节调制解调的功用与类型3、在测控系统中为什么要采用信号调制？

在测控系统中，传感器的输出信号一般又很微弱，在传输及放大过程中往往会引入噪声为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用而到了接收端，将测量信号从已调制信号中分离出来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、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PWM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？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，这个载体称为载波信号用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位、脉冲宽度的信号称为调制信号经过调制的载波信号叫已调信号第二节调幅式测量电路一、调幅原理与方法(一)调幅信号的一般表达式

调幅用调制信号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的线性函数变化数学表达式：us=(Um+mx)cosωct(一)调幅信号的一般表达式

数学表达式：us=(Um+mx)cosωctUm:调幅信号中载波信号的幅值x:调制信号m:

调制度ωc:载波信号的角频率(一)调幅信号的一般表达式

波形双边带调幅:假设调制信号x是角频率为Ω的余弦信号x=XmcosΩt，调幅信号可写为：它包含三个不同频率的信号:角频率为ωc的载波信号和角频率分别为ωc±Ω的上下边频信号(一)调幅信号的一般表达式

波形txOtOucusa)调制信号b)载波信号Otc)双边带调幅信号双边带调幅: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数学表达式为：

us=mXmcosΩt

cosωct=UxmcosΩt

cosωct双边带调幅:数学表达式为：

us=mXmcosΩt

cosωct=UxmcosΩt

cosωct双边带调制可以用调制信号与载波信号相乘来实现必须要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω在这种情况下，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号在测控系统中被测信号的变化频率为0~100Hz，应怎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？必须要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω若被测信号的变化频率为0~100Hz，则载波信号的频率ωc>1000Hz调幅信号放大器的通频带应为900~1100Hz信号解调后，滤波器的通频带应>100Hz，即让0~100Hz的信号顺利通过，而将100Hz以上的信号抑制，可选通频带为200Hz

(二)传感器调制为了提高测量信号抗干扰能力，常要求从信号一旦形成就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制

(二)传感器调制1、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~电阻应变式传感器输出信号的调制(二)传感器调制用4个应变片测量梁的变形，并由此确定作用在梁上的力F的大小采用交流电压U供电设4个应变片在没有应力作用的情况下它们的阻值(名义电阻)R1=R2=R3=R4=R。则电桥的输出：

实现了载波信号口与测量信号的相乘，即调制

2、用机械或光学的方法实现调制Ψθθ12345671、被测工件2、调制盘3、光栏4、激光器5、滤光片6、光栏7、光电敏感元件工件表面的微观不平度测量由激光器4发出的光束经光栏3、调制盘2照到被测工件1上。工件表面的微观不平度使反射光产生漫反射根据镜面反射方向与其它方向接收到的光能量之比可以测定被测件1的表面粗糙度光栏6与光电元件7一起转动，依次接收各个方向的反射光能。用同一光电元件接收各个方向的反射光能可以消除用不同光电元件接收时光电元件特性不一致带来的测量误差由于镜面反射方向接收到的光能量比其它方向强得多，会使光电元件饱和，为避免其饱和，加入滤光片5

为了减小杂散光的影响，采用多孔盘或多槽盘2使光信号得到调制，以提高信噪比也可以不用多孔盘，而采用频闪灯作光源，同样可以实现信号调制

(三)电路调制1、乘法器调制a)原理图ucuxuoxyKxyb)实用电路-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254uoux+12V用乘法器将与测量信号x成正比的调制信号ux与载波信号uc相乘，就可以实现双边带调幅2、开关电路调制2、开关电路调制在输入端加入调制信号ux

V1、V2是两个场效应晶体管，工作在开关状态。在它们的栅极分别加入高频载波方波信号Uc与/Uc

当Uc为-1电平、/Uc为0电平时，V1导通，V2截止:输出电压uo=ux当Uc为0电平、Uc为-1电平时，V1截止，V2导通:输出电压uo=0其波形如图b所示。经过调制,ux与幅值按0、1变化的载波信号相乘3、信号相加调制3、信号相加调制调制信号ux=UxmcosΩt与载波信号uc=Ucmcosωct相加减后去控制开关器件选取uc>>ux，实际起控制作用的是载波信号uc。如上页图调制信号ux与载波信号uc分别通过变压器T1和T2输入,加到两个起开关作用的二极管VD1、VD2加到VD1的电压为：uc+ux加到VD2的电压为：uc-ux

通过两个二极管VD1、VD2的电流分别为：r:二极管的内阻Rp(有效部分)与负载电阻RL折合到T3一次侧的等效电阻之和3、信号相加调制由上两式有：式中n3：变压器T3的电压比

通过滤波器滤除角频率为Ω的低频信号与角频率为3ωc及更高频率的高频信号后，就可以得到双边带调幅信号UxmcosΩtcosωct3、信号相加调制这里采用两个二极管VD1、VD2进行两路调制两个载波电流以相反方向通过变压器T3的一次侧靠调整Rp使uc在变压器T3的两个一次侧产生的电流相等，从而使其影响得以消除这种电路常称为平衡调制电路

两个信号线性相加是不能实现调制的，这里还是通过控制开关电路获得乘积项，实现调制第二节调幅式测量电路二、包络检波电路包络检波？从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或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的基本工作原理只要从图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原理基础上的检波方法

usuo'OOtta)b)(一)二极管与三极管包络检波1、基本电路VDRLC2Ti+u’s_+uo_非线性器件低通滤波器C1a)二极管检波电路+us_LC谐振器调幅信号us，通过由电容C1与变压器T的一次侧构成的谐振回路输入，这样有利于滤除杂散信号二极管VD检出半波信号，再经由RL和C2构成的低通滤波器检出调制信号，实现解调(一)二极管与三极管包络检波1、基本电路C1VRLC2Tic+u's_+uo_Ecb)晶体管检波电路+us_晶体管V只有在us为负的半周期有电流通过，其余部分原理与图a相同非线性器件低通滤波器LC谐振器2、峰值检波与平均值检波图a电路，作用在二极管VD上的电压等于us-uo只有当us>uo时，二极管VD才导通导通区间所对应的相位角称为导通角θ，

θ=arccos(uo/Usm)在二极管导通期间，二极管VD上的压降很小，uo=us

由于二极管导通电阻很小，电容器C2充电很快，uo≈Usm

即输出电压uo接近us在一个载波信号周期内的峰值，这种检波称为峰值检波

需要指出，这种检波方法由于导通角很小，负载能力较差，只有当RL足够大时电路才能正常工作

VDRLC2Ti+u’s_+uo_C1a)二极管检波电路+us_a)二极管峰值检波波形iiθUsmωctωctuuo0us=usmcosωct0πimaxπ/20uo0t峰值检波2、峰值检波与平均值检波图b晶体管检波电路中,信号经过了放大，晶体管的输出电压icRL可能大于us的半波整流值晶体管检波电路中集电极电压对ic的影响很小，基本上由us决定，而与输出电压uo无关由于晶体管V只在半个周期导通，导通时向电容C2充电;在另半个周期电容C2向RL放电。电容C2的充电量等于放电量也就是说流经电阻RL的电流等于载波信号一个周期ic的平均值，这种检波方式称为平均值检波

C1VRLC2Tic+u's_+uo_Ecb)晶体管检波电路+us_平均值检波ωctb)晶体管平均值检波iθ0ube0Usmus=usmcosωcti0θicicmaxωctuo0t(二)精密检波电路为什么要采用精密检波电路？二极管、晶体管检波电路非线性误差二极管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，常需采用精密检波电路，它又称为线性检波电路

(二)精密检波电路1、半波精密检波电路+us–

半波整流器低通滤波器+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–u΄AA(二)精密检波电路1、半波精密检波电路+us–

半波整流器+u΄s–iiR1R΄2R2VD1VD2+u–i∞-++N1+–uA+–u΄AA1、半波精密检波电路在调幅波us为正的半周期，由于运算放大器N1的倒相作用，N1输出低于0电平的信号，因此VD1导通、VD2截止，A点接近于虚地，uA≈0

在调幅波us为负的半周期，N1输出高于0电平的信号，因此VD1截止、VD2导通，uA有输出Kd为N1开环放大倍数+us–

半波整流器+u΄s–iiR1R΄2R2VD1VD2+u–i∞-++N1+–uA+–u΄AA1、半波精密检波电路加入VD1反馈回路一是为了防止在us的正半周期因VD2截止而使运放处于开环状态而进入饱和，另一方面也使us在两个半周期负载基本对称，对前级有利N2与R3、R4、C等构成低通滤波器对于低频信号电容C接近开路，增益为-R4/R3对于高频信号电容C接近短路，增益为0/R3使高频信号受到抑制本检波电路属于平均值检波Kd很大，这时上式可简化为：

2、全波精密检波电路+us–

半波整流器低通滤波器+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u΄AAOtuAOtuoOtus线性全波检波电路2、全波精密检波电路us通过R'3与uA相加,取R'3=2R3。在不加电容器C时，N2的输出为：

+us–

半波整流器低通滤波器+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u΄AA线性全波检波电路2、全波精密检波电路图a为输入调幅信号us的波形图b为N1输出的反相半波整流信号uA图c为N2输出的全波整流信号uo电容C起滤除载波频率信号的作用

uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2线性全波检波电路之二2、全波精密检波电路第二节调幅式测量电路三、相敏检波电路(一)相敏检波的功用和原理1、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频能力的检波电路(一)相敏检波的功用和原理2、为什么要采用相敏检波？包络检波有两个问题：一是解调是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位二是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对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号频率的能力为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路3、相敏检波电路与包络检波电路在功能与电路构成上最主要的区别是什么？主要区别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相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力3、相敏检波电路与包络检波电路在功能与电路构成上最主要的区别是什么？相敏检波电路的主要特点除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率参考信号应与所需解调的调幅信号具有同样的频率

采用载波信号作参考信号就能满足这一条件由于相敏检波电路需要有一个与输入的调幅信号同频的信号作参考信号，因此相敏检波电路又称为同步检波电路

txOtOucusOt(一)相敏检波的功用和原理将调制信号ux乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边带调幅信号us将双边带调幅信号us再乘以载波信号(一)相敏检波的功用和原理利用低通滤波器滤除频率为2ωc-Ω和2ωc+Ω的高频信号后就得到调制信号UxmcosΩt，只是乘上了系数1/2

第二节调幅式测量电路三、相敏检波电路(二)常用相敏检波电路1、乘法器式相敏检波电路ucusuoxyKxyN0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω-8V1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ910Ω1kΩ6.8kΩ0.1μFuc1kΩ0.01μF+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF007us1、乘法器式相敏检波电路将它与前图调幅电路相比，十分相似。主要区别是:(1)在前图中，接到输入端l的输入电容与接在引脚4的补偿电容均为20uf，而在上图b中，它们的值为0.1uf。这是因为在前图中接到输入端1的输入信号为低频调制信号ux。而在图上图b中，输入信号为高频调幅信号us

(2)在上图b中增加了一级由运算放大器F007和R、C等构成的低通滤波器幅值调制器a)原理图ucuxuoxyKxyb)调制器实用电路-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254uoux+12V2、开关式相敏检波电路tuoOuoOtucOtusOtuxOtˊusuoUcV2V1Uc2、开关式相敏检波电路开关式相乘调制电路同样可用作相敏检波电路这时在输入端送入双边带调幅信号，而在V1、V2的栅极输入方波参考信号由于载波信号的频率远高于调制信号，可以认为载波信号与调幅信号具有相同的频率2、开关式相敏检波电路在载波信号uc(图b)正半周期：Uc=-1,/Uc=0，V1导通、V2截止，有信号输出。这里Uc是uc整形后的方波信号在载波信号uc(图b)负半周期：Uc=0,/Uc=-1，V1截止、V2导通，输出为零输出信号uo的波形如图d所示

经低通滤波器滤除高频分量后得到与调制信号ux(见图a)成正比的输出2、开关式相敏检波电路从图d中还可看出当调幅信号us(见图c)与载波信号uc(见图b)同相时，输出信号uo为正当调幅信号us与载波信号uc反相时，输出信号uo为负半波相敏检波电路的不足是输出信号的脉动较大，为了减小脉动量可采用全波相敏检波电路

图e是全波相敏检波输出波形2、开关式相敏检波电路

uousUcRVRR∞-++Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)全波2、开关式相敏检波电路

uousUcRVRR∞-++Na)UcOtusOtuoOtc)Us与Uc同相全波UcOtuoOtusOtd)Us与Uc反相2、开关式相敏检波电路

图a中:在Uc=“1”的半周期，同相输入端被接地，us只从反相输入端输入，放大器的放大倍数为-1，输出信号uo,如图c和图d中实线所示Uc="0"的半周期，V截止，us同时从同相输入端和反相输入端输入，放大器的放大倍数为+1，输出信号uo如图c和图d中虚线所示2、开关式相敏检波电路uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtuoOtusOtd)Us与Uc反相全波UcOtusOtuoOtc)Us与Uc同相2、开关式相敏检波电路

图b中:取R1=R2=R3=R4=R5=R6/2。在Uc="1"的半周期，V1导通、V2截止，同相输入端被接地，us从反相输入端输入，放大倍数为：

-R6/(R2+R3)=-1在Uc=“0”的半周期，V1截止、V2导通，反相输入端通过R3接地，us从同相输入端输入,放大倍数为+1:效果与图a相同，实现了全波相敏检波三、相敏检波电路4、精密整流型相敏检波电路在前面的讨论中，都把相敏检波电路中的开关器件视为理想开关器件。忽略了晶体管导通时的等效内阻和截止时的漏电流为了减小由于开关器件不理想而带来的误差，可以仿照精密整流包络检波电路的原理构成精密整流型相敏检波电路三、相敏检波电路Us,Uc同相 Us,Uc反相Us+Ua+2-1=1 Us+Ua-0-1=-1Us-Ua-0+1=1 Us-Ua+-2+1=-1 A=-1A=-2A=-1UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)三、相敏检波电路4、精密整流型相敏检波电路在Uc为正、/Uc为负的半周期:V1截止，V2导通，N1用作反相放大器，uA为us的反相信号

在Uc为负、/Uc为正的半周期:V1导通，V2截止，N1的输出uA为零。这样，uA的波形为一半波整流信号

取R'3=2R3，N2对uA的放大倍数比对us的放大倍数大一倍，在不接电容C情况下，N2的输出uo波形为全波整流信号，其原理与图3-11相同三、相敏检波电路4、精密整流型相敏检波电路该图与前图(精密检波)相比，其输出的区别在于:前图输出的全波整流信号的极性是固定的。而该图中，在Uc与us同相时，在Uc为正的半周期uA为负，输出uo为正的全波检波信号

在Uc与us反相时，在Uc为正的半周期uA为正，输出uo为负的全波检波信号;实现相敏检波电容C用来滤除经全波检波后us中的高频成分，以获得调制信号ux三、相敏检波电路5、脉冲箝位式相敏检波电路ttuottttttR2R1CVusuoUc′∞-++NUcDsAuA,uousOOuAUc′OUcOuA,uousOOuAuoUcOUc′O单稳Dsb)φ=90°时波形c)φ=270°时波形5、脉冲箝位式相敏检波电路参考信号Uc经单稳Ds形成窄脉冲U’c,使开关管V瞬时导通，A点瞬时接地电容C被充电到此时us的瞬时值:Usmsinφ

其中Usm为us的幅值，φ为us与Uc的相位差窄脉冲过去后，V被切断，C的放电回路时间常数很大，可以认为C上一直保持充电电压UsmsinφA点的电位为:uA=us-Usmsinφ当φ=90°时，uA为全负值，其波形如图b所示当φ=270°时，uA为全正值，其波形如图c所示经接在N后面的低通滤波器(图中未表示)滤波后得到解调后的uo输出需要指出，这种相敏检波电路没有实现输入信号与载波信号的相乘，它不能用于信号的调制。抑制干扰的性能也不如其它相敏检波电路第二节调幅式测量电路(三)相敏检波电路的选频与鉴相特性1、相敏检波电路的选频特性什么是相敏检波电路的选频特性？相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波，所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零，即它有抑制偶次谐波的功能。对于n=1,3,5等各奇次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的1/n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用第二节调幅式测量电路

b)n=2a)n=1c)n=3usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc第二节调幅式测量电路2、相敏检波电路的鉴相特性什么是相敏检波电路的鉴相特性？如果输入信号us为与参考信号uc(或Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压uo=Usm/2cos∮，即输出信号随相位差∮的余弦而变化由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性

第二节调幅式测量电路a)us与Uc同相b)us与Uc反相c)us与Uc相位差90°d)us与Uc相位差30°UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO–++O–uouotO–++–uotO––第二节调幅式测量电路(四)相敏检波电路的应用振荡器+15V传感器uoVCT1234576相敏检波电路

RP4-15VRt放大器R1R2R3R4量程切换电路RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5P第三节调频式测量电路一、调频原理与方法(一)调频信号的数学表达式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的一般表达式可写为：us=Umcos(ωc+mx)t

第三节调频式测量电路(一)调频信号的数学表达式ωc:载波信号的角频率

Um:调频信号中载波信号的幅度

m:调制度若

x=XmcosΩt，则调频信号的频率可在:

ωc±mXm范围内变化为了避免发生频率混叠现象，并便于解调要求：ωc>>mXm

第三节调频式测量电路一、调频原理与方法(一)调频信号的数学表达式xtOOtusa)调制信号b)调频信号

一、调频原理与方法421TNS3测力或压力的振弦式传感器(二)传感器调制振弦式3的一端与支撑4相连，另一端与膜片1相连振弦3的固有频率与张力T相关振弦3的振动在磁铁2中产生感应电动势，输出信号为调频信号一、调频原理与方法(三)电路调制1、电容三点式LC振荡器调频电路LCTC1C2+Ec一、调频原理与方法2、多谐振荡器调频电路一、调频原理与方法2、多谐振荡器调频电路uo∞-++NCR310k5k10kR1RRPR4VS15k30k10kR2+FUruuouc+Ur-Ur-FUrOtT2T1T0a)b)2、多谐振荡器调频电路输出电压uo为稳压管Vs的稳定电压±Ur。若输出电压为+Ur，则它通过R+Rp向电容C充电，uc升高当：uc>[R4/(R3+R4)]Ur

N的状态翻转，使uo=-Ur，电容C放电，uc降低当：uc<-[R4/(R3+R4)]Ur

N的状态再次翻转，使uo=+Ur，又对电容C充电这样就构成一个在±Ur间来回振荡的多谐振荡器，其振荡频率由充电回路的时间常数(R+Rp)C决定可以用一个电容传感器作为图中的C，这样就可使振荡器频率得到调制也可以用一个电阻式传感器的电阻作R

二、鉴频电路什么是鉴频？

对调频信号实现解调，从调频信号中检出反映被测量变化的调制信号称为频率解调或鉴频微分鉴频斜率鉴频相位鉴频比例鉴频(一)微分鉴频1、工作原理将调频信号us=Umcos(wc+mx)t

对t求导数得这是调频调幅信号利用包络检波检出其幅值变化，即可得到含有调制信号的信息Um(wc+mx)2、微分鉴频电路2、微分鉴频电路电容C与晶体正向电阻r组成微分电路二极管VD为晶体管V提供直流偏压，同时为电容C1提供放电回路。电容C2为滤除高频载波信号用微分时，微分电流：为了正确微分，要求：因而，这种电路灵敏度较低

3、窄脉冲鉴频电路3、窄脉冲鉴频电路调频信号窄脉冲输出3、窄脉冲鉴频电路调频信号us经放大后进入电平鉴别器，当输入信号超过一定电平时，电平鉴别器翻转，它使单稳态触发器输出窄脉冲。us的瞬时频率越高，窄脉冲越密，经低通滤波后输出的电压越高。它将频率变化转换为电压变化。为了避免发生混叠现象，要求单稳脉宽：fm、xm分别为us的最高瞬时频率和x的最大值。第三节调频式测量电路(二)斜率鉴频us+–us1us2fo1fo2RLRLuo1uo2uoVD2VD1TC1C2c)d)e)f)usUsmus1us2uooooottttuo1uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsinΩtfcfm调频波瞬时频率变化Ωtff在测控系统中为实现解调，并不一定需要恢复原调制信号，只要能把代表被测量值的储息检出即可对于调频信号，就是要检出频率变化的信息，只要能测得调频信号的瞬时频率，即可实现调频信号的解调测量频率有两种方法：(三)数字式频率计测量频率有两种方法：一种是

测量在某一时段内信号变化的周期数这种方法难以用于测量信号的瞬时频率，从而难以用于调频信号的解调另一种方法是

测量信号的周期。根据在信号的一个周期内进入计数器的高频时钟脉冲数即可测得信号的周期，从而确定频率这种方法可用于调频信号的解调(五)数字式频率计第三节调频式测量电路(三)数字式频率计整形器单稳(三)数字式频率计调频信号us，经整形器Dz成为方波信号U经单稳Ds形成窄脉冲窄脉冲U’的后沿使RS触发器翻转为“1”态，计数器的门DG打开，时钟脉冲CP进入计数器信号us变化一个周期后，出现第二个窄脉冲U’，它的前沿发出锁存指令，将计数器计的数送入锁存器锁存器中存的数代表信号的周期，由它可以确定信号的瞬时频率第二个窄脉冲的后沿将计数器清零同时计数器对信号的第二个周期计数这样每次送到锁存器的数代表信号的周期(三)数字式频率计为使测量正确，必须要求在U’的脉冲宽度间隔时段内，能完成计数器对锁存器送数与此同时U’的脉冲宽度应小于钟脉冲的一个周期，以减小由于送数与清零所需的时间带来的误差这种方法个缺点是：锁存器的示数代表信号周期，它与频率间的转换关系是非线性的第五节脉冲调制式测量电路一、脉冲调制原理与方法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为：B=b+mxb:常量;

m:调制度脉冲的宽度为调制信号x的线性函数。它的波形见图

一、脉冲调制原理与方法Ua)调制信号b)脉冲调宽信号txOxTBtOT:为脉冲周期，它等于载波频率的倒数

(一)传感器调制

(一)传感器调制

由激光器4发出的光束经反射镜5与6反射后，照到扫描棱镜2的表面棱镜2由电动机3带动连续回转，它使由棱镜2表面反射返回的光束方向不断变化，扫描角θ为棱镜2中心角的2倍透镜1将这一扫描光束变成一组平行光，对工件8进行扫描。这一平行光束经透镜10汇聚，由光电元件11接收。7和9为保护玻璃，使光学系统免受污染当光束扫过工件时，它被工件挡住，没有光线照到光电元件门上，对应于"暗"的信号宽度与被测工件8的直径成正比，即脉冲宽度受工件直径调制(二)电路调制1、参量调宽R2RP3VD1RP2R4VD2RP1CuCuoVSR3∞-++NR1用电阻变化实现脉冲调宽的电路在两个半周期是通过同一电阻通道R+Rp向电容C充电，两半周期充电时间常数相同，从而输出占空比为1：1的方波信号如果让电路在两个半周期通过不同的电阻通道向电容充电那么两半周期充电时间常数不同，从而输出信号的占空比也随两支充电回路的阻值而变化2、电压调宽用电压变化实现脉冲宽度调制uCu–R3R4CR2RR1uxVSuou+∞-++N2、电压调宽运算放大器N同相输入端的电位为：若ux为正，则它使u+升高，在uo为正的半周期，只有当电容C上的电压uc超过u+时，为正时，才使输出电压uo发生负跳变u+升高使充电时间延长，即使输出信号uo处以高电平的时间延长在uo为负的半周期，u+升高使uc能快速降至u+之下。当uc<u+时，uo发生正跳变，使输出信号uo处于低电平时间缩短这就是说,u+升高使输出信号uo处于高电平的脉宽加大，uo处于低平的脉宽减小；反之u+下降使输出信号uo处于低电平的脉宽加大，uo处于高平的脉宽减小，从而使脉宽受到调制二、脉冲调制信号的解调脉冲调宽信号的解调主要有两种方式。一种是将脉宽信号Uo送入一个低通滤波器，滤波后的输出uo与脉宽B成正比另一种方法是Uo用作门控信号，只有当Uo为高电平时，时钟脉冲Cp才能通过门电路进入计数器。这样进入计数器的脉冲数N与脉宽B成正比两种方法均具有线性特性三、脉冲调制测量电路应用举例(电容测量电路)

∞-++N2∞-++N1SR∞-++N3uoR2R1VD1VD2DFV1V2V3V4-6V+12VUcC1C2QQC1，C2敏感电容end2、全波精密检波电路

usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1R2∞-++N2电路图高输入阻抗线性全波整流电路高输入阻抗线性全波整流电路

uo=usus>0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2b)正输入等效电路us>0时，

VD1导通、VD2截止，N2的同相输入端与反相输入端输入相同信号，得到：uo=us

uo=-usus<0uAR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2c)负输入等效电路高输入阻抗线性全波整流电路

us<0时，VD1截止、VD2导通，取R1=R2=R3=R4/2，这时N2的输出为：uo=|us|,实现了全波检波。

高输入阻抗线性全波整流电路

高输入阻抗线性全波整流电路

高输入阻抗线性全波整流电路

3、相加式相敏检波电路causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––相加式半波相敏检波电路T1+ux-+ux

-+uc-VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo_RP调制信号相加式调幅电路3、相加式相敏检波电路

uc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4PucTI4I3R4VD4+–+–VD3+_uc1uc2usR3–C0+ucTRPR1VD1+–+–VD2+_i1i2uc1uc2usC1R2R5P–C0+ucT

uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+–+++–––T2ucVD1T2R1++–VD2_i1i2uc1uc2+uoCR2P–us1+usT1i2-i1R5_ucucVD4T1R4+–+VD3_I4i3uc1uc2+uoCR3T2P–us2+R5_i4-i3us三、相敏检波电路4、精密整流型相敏检波电路CR4uoR1R’2R2R3Uc∞-++N1∞-++N2R’3V1V2uAUcus第二节调幅式测量电路

txtOtOtxΦ,uOOΦ,ux21a)b)c)3、窄脉冲鉴频电路uoOc)ustttOOτb)a)Usˊuo放大与电平鉴别器单稳态触发器

低通滤波器usUsUsˊ第三节调频式测量电路(三)相位鉴频I1L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLU1Cuo1uo2uo耦合网络平衡叠加型鉴相器U2RLCˊU2EΦI2U1ˊ第三节调频式测量电路(四)比例鉴频U5L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLCU3auo耦合网络U2R1C3C4C5R2U4bU1ˊa)b)c)U3U4U22_U3U4U3U4U22_U1ˊU1ˊU1ˊ_U22U22U22U22第三节调频式测量电路(三)数字式频率计CpusUU′计数器锁存器清零DG&SRQDZDS第四节调相式测量电路一、调相原理与方法(一)调相信号的数学表达式调相就是用调制信号x去控制高频载波信号的相位。常用的是线性调相，即让调相信号的相位按调制信号x的线性函数变化。调相信号us的一般表达式可写为：

us=Umcos(wct

+mx)ωc:载波信号的角频率Um：调相信号中载波信号的幅度;m：调制度。一、调相原理与方法

a)b)c)txOttucusOO一、调相原理与方法

调相信号与载波信号的相位差随x变化一、调相原理与方法当x<O时，

调相信号滞后于载波信号。当x>0时，

调相信号超前于载波信号。实际上调相信号的瞬时频率也在不断变化，由上式可以得到调相信号的瞬时频率为：可以看到，若调制信号为x,us是调相信号;若调制信号为dx/dt，则us是调频信号。一、调相原理与方法(二)传感器调制13245M扭矩测量一、调相原理与方法(二)传感器调制

XY21a)aabWB12VP1VPnYOb)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫尔条纹信号的调制

(三)电路调制1、调相电桥oURUCUsUUCURUTRCUs(三)电路调制1、调相电桥例如，C为电容式传感器的电容，而R为一个固定电阻;也可以C为固定电容，而R为电阻式传感器的电阻。由于电容C上的压降Uc和电阻R上的压降UR相位差90°，当传感器的电阻或电容变化时，输出电压矢量Us的末端在以O为圆心、以U/2为半径的半圆上移动，如图b。Us的幅值不变，其相位随传感器的电阻或电容变化，输出调相信号。变压器制作麻烦、体积较大，可用运算放大器代替变压器。(三)电路调制1、调相电桥∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-由运算放大器N1、N2形成两个幅值相同、极性相反的电压U/2与-U/2，(三)电路调制1、调相电桥(三)电路调制1、调相电桥2、脉冲采样式调相电路U0门限检测电路脉冲发生器载波频率锯齿波发生器输出调相脉冲ujux+a)UcususOttOujtOuj=kΨux+ujtOuxb)d)c)e)UcU02、脉冲采样式调相电路2、脉冲采样式调相电路二、鉴相电路鉴相就是从调相信号中将反映被测量变化的调制信号检出来，实现调相信号的解调，又称为相位检波。二、鉴相电路(一)用相敏检波器或乘法器鉴相1、乘法器鉴相ucusuoxyKxyN1、乘法器鉴相乘法器的两个输入信号分别为：调相信号：us=Usmcos(wct+φ)

与参考信号：uc=Ucmcoswct

乘法器的输出送低通滤波器滤除由于载波信号引起的高频成分，低通滤波相当于求平均值，整个程可用下述数学式表示，输出电压：输出信号随相位差φ的余弦而变化。在φ=π/2附近，有较高的灵敏度与较好的线性。这种乘法器电路简单，不足之处是输出信号同时受调相信号与参考信号幅值的影响。2、用开关式相敏检波电路鉴相3、用相加式相敏检波电路检相b)a)Us-UsU1UcU2Ψ1Ψ2φ-ππ2_π2π0Ψuo(二)通过相位—脉宽变换鉴相1、异或门鉴相a)UCUSDG1=1Uoc)CPUs计数器锁存器

延时时钟脉冲DG2Uo锁存指令清零UcDG1