调频式测量电路在线视频

大家好

我们知道，信号调制有调幅、调频、调相

和脉冲宽度调制这几种方法

前面学习了调幅与调幅信号的解调

它的原理方法

这节课呢，我们来学习调频式测量电路

我们这一节的学习目标

包括以下两个

1. 理解调频式测量电路的原理

2. 理解并能分析信号调频电路

在本章内容开始的时候

我们学习了信号调制，它的概念

就是用调制信号 x 去

控制载波信号，使载波信号的某一个特征

随 x 而变化

那么很明显

调频作为信号调制的一种

就是用调制信号 x 去控制载波信号

使载波信号的频率

这一特征随着 x 而变化

在信号调频中

常用的是线性调频

即让调频信号的频率

按调制信号 x 的线性函数进行变化

下面我们看一下线性调频的基本原理

用 us 表示调频信号

他的一般表达式可以写成

us=Umcos(ωc+mx)t

式中 ωc 是载波信号的角频率

Um0 呢

是调频信号中载波信号的幅值

m 是调制度

调制信号的波形可以如右图所示

很明显

调频信号的频率随着

调制信号的大小而改变

因为对于不符合余弦规律的调制信号

可以将它分解为不同频率的余弦信号之和

所以我们可以用一个余弦信号

x=XmcosΩt

作为调制信号进行分析

当调制信号 x=XmcosΩt

则调频信号的频率可以在

ωc±mXm范围内进行变化

为了避免发生频率混叠现象

并便于解调，要求 ωc

要远远大于 Ω

明白了调频信号的原理之后

我们来看信号调频的实现方法

与调幅信号相同

调频信号的实现方法也可以分为

传感器调制和电路调制两种方法

因为传感器调制这种方法在信号

一形成的时候就完成了调制

把测量信号变成已调信号

因而更有利于提高信号的抗干扰能力

接下来

我们介绍两种采用传感器调制

完成调频式测量的例子

一是振弦式测力传感器，如图所示

1 是膜片

2 是磁铁

3 是振弦，4 是支承

振弦 3

它的一端与支撑 4 相连

另一端与膜片 1 相连

振弦 3 的固有频率

随张力 T 发生变化

它在磁铁 2 形成的磁场内

振动时产生感应电动势

所以，输出的振动频率信号，是经张力

T 调制后的调频信号

也就是在传感器信号产生的

时候就实现了调频

另外一个传感器调频的例子

是多普勒测速传感器

当频率为 f0 的波束 P

P 可以是光、电磁波或声波

它以速度 V

射向以速度 v

运动的物体 W 时

反射波束产生多普勒频移，得到的反射波束

频率可由表达式（1）表示

当物体 W 向光源移动时

式中 v 取正值，反射波频率增大

反之

物体远离光源时

v 取负值，反射波频率变小

明显的，反射波的频率受物体的

运动速度 v 调制

多数情况下

V 要远远大于 v

就可以得到表达式（2）和（3）

频移大小 △f 是受被测

物体运动速度 v 调制的线性函数

除了传感器调制以外

调频也可以通过电路来实现

只要能用调制信号去控制产生

载波信号的振荡器频率

就可以实现调频

因为载波信号可以用 LC、RC

或多谐振荡器产生

只要让决定其频率的某个参数

如电感 L、电容 C、电阻 R 随测量

信号而变化，就可以实现调频

下面我们举两个典型的电路

实现调频测量的例子

图 a) 是一个电容三点式 LC

振荡器调频电路，图中 CT 为电容式

传感器

大小随被测参数变化

CT 的变化使振荡器输出

频率随之变化

从而实现调频

同样也可以将电感 L 作为

传感器，来实现调频

第二个例子如图 b) 所示

是一个多谐振荡器

稳压管 VS 将输出电压 Uo

稳定在 ±Ur， 他通过

R+Rp 给电容 C 充放电

使得电容 C 的充电电压大于

Ur*(R4/(R3+r4))

和小于 -Ur*(R4/(R3+r4))时

发生反转，构成一个在 ±Ur 间

来回振荡的多谐振荡器

其频率为 f=1/T0

它由充电常数 (R+Rp)*C 决定

可以用一个电容式传感器作为 C

或者用一个电阻式传感器作为 R

当传感器的输出信号发生变化时

多谐振荡器的频率随之改变

这样就完成了调频

这是电路实现调频的两个例子

传感器测量信号的变化改变 L、C、R

使得电路振荡频率发生变化

完成调频

最后

做一下简单的总结

我们学习了调频式测量电路的基本原理

以及传感器调频和两种电路调频方法

这就是本节的学习内容，再见