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在机电一体化产品中常采用调制与解调的方法对信号进行检测，以防止干扰信号对检测精度的影响。例如：采用特定频率的交流电源对电感传感器供电，或对由应变片、热敏电阻等组成的桥路供电，其目的都是为了对信号进行调制。经过调制的信号在经过放大后，还需通过解调(或称检波)的方法将其还原成原始信号，以获得被测物理量及其变化的信息。 信号调制的方法有幅值调制、相位调制、频率调制和脉宽调制等，其中前三种又分别简称为调幅、调相和调频。对应不同的信号调制方法需采用不同的方法来解调。 （一）幅值调制与解调 1.幅值调制（让一个具有特定角频率ωc的高频信号的幅值随被测量x而变化） 高频信号称为载波信号，被测量x称调制信号，载波信号经被测量x调制后所得到的幅值随x变化的信号称已调制信号或调幅信号。 最简单的幅值调制是线性调制，即让高频振荡信号的幅值为被测信号x的线性函数，所得到的调幅信号的一般表达式为： Us=(Um+mx)cosωct 本文来自www.eadianqi.com 式中，ωc是载波信号角频率；Um是载波信号幅度；x是调制信号；m称调制深度。  信号的幅值调制可直接在传感器内进行，也可在电路中进行。在电路中对信号进行幅值调制的方法有相乘调制和相加调制，下面仅就相乘调制的方法加以介绍。 串并联幅值调制电路，用于将缓变的调制信号ui与矩形高频载波信号Uc和Uc非相乘。   将Uc按傅里叶级数展开得：  将ui与Uc相乘后，再用带通滤波器滤除直流分量和频率高于3ωc的高频分量，就得到相乘调制信号。   本文来自www.eadianqi.com 2.包络检波 包络检波是一种对调幅信号进行解调的方法，其原理是利用二极管等具有单向导电性能的器件，截去调幅信号的下半部，再用滤波器滤除其高频成分，从而得到按调幅波包络线变化的调制信号。    当要求检波精度较高时，常采用由运算放大器构成的精密整流器来实现包络检波。  取R'3＝2R3，在不考虑电容C的滤波作用时，N2的输出为：  3.相敏检波 Uc：与载波信号同频率的参考信号（作为场效应管VF的开关控制信号），从而实现调幅信号US与参考信号UC相乘。  本文来自www.eadianqi.com 在设计调幅及其解调电路时，应注意合理选择各参数。 ①如果调制信号的最大角频率为ωm ，则要求载波频率ωc＞10 ωm，否则会给滤波器设计带来困难或降低信号检测精度。 ②为了保证调幅信号顺利通过并被放大，放大器的通频带应按ωc±ωm选取。 ③在相敏检波后，滤波器应保留频率在ωm以下的信号。 ④在包络检波后，滤波器应滤除频率在ωc-ωm或2ωc-ωm以上的信号。 （二）相位调制与解调 1.相位调置 基本思想是：让一个具有特定角频率ωc的高频载波信号的相位随被测量x而变化，则已调制信号中就包含了x的全部信息。 最常用的是线性调相，即使调相信号的相移角为J的线性函数，其一般表达式为： Us=Umcos(ωct+mx) 式中，Um是载波信号幅值；m称调制深度。调相信号us的瞬时角频率为：  自动控制网www.eadianqi.com版权所有 对调相信号进行放大时，放大器的通频带应按上式所确定的ω的变化范围来选择。  ①当弹性轴上无扭矩作用时，两个传感器中的交变信号相位差为零； ②当有扭矩作用时，弹性轴产生扭转变形，两个齿轮相对位置发生变化，两路传感器信号的相位差也发生变化，且相位差与扭矩成线性关系。如果将一路传感器信号作为基准信号，另一路传感器信号就是调相信号，其载波频率为轴1的转速与齿轮2的齿数之积。 2.相位解调 相位解调又称鉴相或比相，常用的方法有异或门鉴相、RS触发器鉴相、脉冲采样鉴相和相敏检波器鉴相等。  设时钟频率和调相信号频率分别为f和fc，则：  异或门鉴相器的鉴相范围为0≤φ≤180，且要求输入信号为占空比50％的方波。对于正弦信号，需先整形成方波。此外，异或门鉴相器不能鉴别相位的超前或滞后，因而无辨向功能。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 RS触发器鉴相电路原理：   ①首先可通过微分电路或单稳电路等，将参考信号Uc和调相信号Us变成窄脉冲U‘c和U’s，然后分别加到触发器的R、S端，则Q端输出信号的脉宽与相位差成正比。 ②Q端的输出信号可通过滤波器获得平均电压uo，或采用计数电路对脉冲宽度计数，还可将触发器的Q和Q非端分别接滤波器，然后用差动放大器求差。RS触发器的鉴相范围是δφ＜φ＜360-δφ，其中δφ是窄脉冲U'c或U's的相位宽度。 （三）频率调制与解调 1.频率调置 基本思想是：让一个高频振荡的载波信号的频率随被测量x(调制信号)而变化，则得到的已调制信号中就包含了x的全部信息。 在线性调频中，调频信号可表达成： Us=Umcos(ωc+mx)t 式中，Um和ωc分别是载波信号的幅值和中心角频率；m称调制深度。 常用的调频方法有传感器调频、电参数调频、电压调频等。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有  2.频率解调 频率解调又称鉴频或频率检波，常用的方法有微分鉴频、斜率鉴频和相位鉴频三种。 微分鉴频方法： 将us对时间t求导得：  调频信号us的微分是一个调频调幅信号，利用包络检波器可检出其幅值Um(ωc+mx)，再通过零点和灵敏度标定，即可获得调制信号x。 微分鉴频电路：  1）电容CD与晶体管VT的发射结正向电阻re构成微分电路。 2）VT又与电阻RL构成包络检波电路； 3）二极管VD一方面为VT提供直流偏压，另一方面又为CD提供放电回路； 4）输出端电容C用来滤除包络检波后的高频载波信号。 |