传感器与测量技术之信号的调制与解调.ppt

合肥学院机械工程系 机械工程测试技术 第五章 信号的 获取与调理 * 5.2.3 信号的调制与解调 1、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。 2、什么是调制？ 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。前一信号称为载波，后一信号称为调制信号，一般为被测信号。 3、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。 4、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量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，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。 5、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。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。 6、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、相位的信号称为调制信号，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。经过调制的载波信号叫已调信号。 信号的调幅与解调 一、调幅原理与方法 1、什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出其波形。 调幅——就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值，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化而变化。 调幅信号的一般表达式可写为： us=(Uc+mx)coswct t x O t O uc us a)调制信号 b)载波信号 O t c)双边带调幅信号 us=(Uc+mx)coswct 调幅电路通常用乘法器（包括电桥）或是将电参数直接调制。 R1 F R4 R2 R3 R1 R2 Uo ～ R3 R4 应变式传感器输出信号的调制 交流电桥本质上就是一个乘法器 分压调幅电路 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加到由电感L和电容C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Z也发生了变化，这时O点电输出电压Uo也发生变化，出电压为 ，是一个调幅波。 O 开关电路调制 ux uo Uc V2 V1 Uc uo t O Uc O t t O ux 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为解调或检波。 调幅波的解调主要有同步解调、整流检波和相敏检波三种方法。 相敏检波是最常用的方法，不仅能鉴别信号的幅值，还能鉴别信号的相位。 （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。通常是由4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性换向。 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A的输入信号为调幅波xm，B的输入信号为载波z，uf为输出。 在设计上要求B的二次边输出远大于A的二次边输出。 当调制信号x0时（0～t1时间内）， xm与z同相。若xm0，z0，则二极管D1D2导通，在负载上形成两个、电流回路：f-a-D1-b-e-g-f及f-g-e-b-D2-c-f。其中回路1在负载电容C及电阻Rf上产生的输出为uf1=z/2+xm/2；回路2在C及Rf上产生的输出为uf2=-z/2+xm/2，则总输出为uf=uf1+ uf2=xm。 当调制信号x0时（0～t1时间内）， xm与z同相。若xm0，z0，则二极管D3D4导通，在负载上形成两个、电流回路：f-c-D3-d-e-g-f及f-g-e-d-D4-a-f。其中回路1在负载电容C及电阻Rf上产生的输出为uf1=z/2+xm/2；回路2在C及Rf上产生的输出为uf2=-z/2+xm/2，则总输出为uf=uf1+ uf2=xm。 由上述分析可知。x0时，无论调制波是否为正，相敏检波器