当前课程知识点：测控电路 > 第三章 信号调制解调电路 > 3.6 调相式测量电路 > 调相式测量电路
大家好
前面我们学习了调幅与调频的原理方法
这次课呢，我们一起来学习一下
调相式测量电路
我们这一节的学习目标包括以下两个
1. 理解信号调相的原理
2. 理解并能分析调相式测量电路
我们知道，调相是信号调制的一种
就是用调制信号 x 去控制载波信号
使载波信号的相位
这一特征随着 x 变化
在信号调相中，常用的是线性调相
即让载波信号的相位按调制信号
x 的线性函数进行变化
下面我们一起看一下
线性调相的基本原理
用 us 表示调相信号
它的一般表达式可以写成
us=Umcos(ωct+mx)
在这个表达式中
ωc 是载波信号的角频率
Um0 是调相信号中载波信号的幅值
m 是调制度
调相信号的波形可以如右图所示
明显的，调相信号的相位
随着调制信号 x 大小而改变
由它的一般表达式可以看出
当 x 小于 0 时，调相信号滞后于载波信号
当 x 大于 0 时，调相信号超前于载波信号
因为载波信号的频率可以看成是
固定的，调向信号的相位
随着调制信号的大小会滞后和
超前于载波信号
说明调相信号的瞬时频率是不断变化的
既然调相信号的瞬时频率是不断变化的
那它与调频信号有什么样的关系呢
我们看，由调相信号的一般表达式
可以得到它的瞬时频率大小为
ω=ωc+mdx/dt
当 x 为调制信号，us 是调相信号
当 x 随时间的变化率
dx/dt 调制信号
us 就成为调频信号
为了便于理解
我们举前面传感器调频的一个例子
就是多普勒测速
我们知道对于速度dx/dt而言
us 是调频信号
但对于位移 x，它的变化
引起的是相位变化
就成为了调相信号
明白了调相的原理之后
我们来看信号调相的实现方法
与调幅、调频信号相同
调相信号的实现方法也分为
传感器调制和电路调制两种
为了提高抗干扰能力
常要求信号从一形成就成为调相信号
因此，常常在传感器中进行调制
下面，我们介绍两个传感器调相的例子
第一个是感应式转矩传感器
如右图所示
1 是一个弹性轴
上面装有两个相同的齿轮
2 和 5
齿轮 2 以恒速与弹性轴1一起转动时
在感应式传感器3中产生感应电动势
在没有转矩的时候
传感器 3 和 4 输出信号一致
由于转矩M的作用，使弹性轴1产生扭转
齿轮5
在传感器 4 中产生感应电动势与
传感器 3 产生感应电动势存在一定的
相位差，大小与转矩 M 成正比
所以传感器4输出信号为受
转矩 M 控制的调相信号
另外一个例子是光栅传感器
如图 a) 所示
1 为标尺光栅，2 为指示光栅
二者栅距同为 W
当其刻线相互靠近
且刻线方向相交成很小的夹角
θ 时
会产生亮暗交替的莫尔条纹
莫尔条纹沿光栅方向
它的光通量变化如图 b) 所示
沿 X 轴移动时，莫尔条纹沿
Y 轴移动
如果沿 Y 轴方向
在莫尔条纹宽度 B 范围内
放多个光电元件
VP1-VPn 如图 c) 所示
那么 VP1-VPn
将输出不同相位的信号
当标尺光栅 1 静止时
这些光电元件输出不同的直流电压信号
容易受到外界环境光的干扰
如果图 d) 所示
可以用电子开关 S1-Sn
将光电元件 VP1-VPn
依次与运算放大器N接通
这时
当标尺光栅 1 静止时，滤除经电子
开关切换造成的纹波后
放大器输出余弦信号
Umcos(ωct+φ0)
其中 ωc 为切换
电子开关的角频率
φ0 为信号的初始相位角
当标尺光栅 1 沿 X 方向移动 x 时
输入信号 us 获得相位
2πx/W
使调相表达式得到简化
得到表达式（2）
可以很清楚的看到输出信号
是相位随 x 变化的调相信号
如果输入是速度 v，已调信号
可以变换成表达式（3）
明显呢，这时输入信号是随速度
v 变化的调相信号
除了传感器调制以外
调相也可以通过电路的实现
如图（1）所示为变压器式
调相电路
电路如图 a) 所示
靠变压器 T 和它的
二次侧形成感应电动势
在电桥的两臂是两个不同性质的阻抗元件
可以是 C 为一个电容式传感器
而 R 为一个固定电阻，或者
是 C 为固定电容
而 R 为电阻式传感器
由于电容 C 上的电压
Uc 和 R 上的压降
Ur 相位差 90 度
用向量分析
当传感器的电阻或电容变化时
输出电压矢量 Us 的末端
但以 O 为圆心，以 U/2
为半径的半圆上移动
可见
Us 的幅值不变
而且相位
随传感器的电阻或电容变化
输出调相信号
由于变压器体积大
制作麻烦
可以用运放代替变压器
如图二所示
跟运放 N₁ 和 N₂ 代替
变压器，形成两个幅值相同
极性
相反的
电压 U/2 和 -U/2
其余部分的原理与变压器式调相电路相同
我们这里不再赘述
最后做一下简单的总结
本节我们学习了调相式测量电路的
基本原理以及传感器调相和两种
电路调相方法
这就是本节的学习内容
再见
-作业 - 绪论
-2.1 理想运算放大器和负反馈
--练习题-2.1理想运算放大器和负反馈
-2.2 反相放大电路
--反相放大电路
--作业-2.2反相放大电路
-2.3 同相放大电路
--同相放大电路
--作业-2.3同相放大电路
-2.4 差动放大电路
--差动放大电路
--作业-2.4差动放大电路
-2.5 仪用放大电路
--仪用放大电路
--作业-2.5仪用放大电路
-2.6 可编程增益放大电路
--练习题-2.6可编程增益放大电路
-2.7 隔离放大电路
--隔离放大电路
--作业-2.7隔离放大电路
-2.8 电桥放大电路
--电桥放大电路
--作业-2.8电桥放大电路
-反相放大、同相放大、基本差动放大、仪用放大，四种放大电路的优缺点比较。
-3.1 概述
--概述
--作业-3.1 概述
-3.2 调幅式测量电路
--调幅式测量电路
--作业-3.2 调幅式测量电路
-3.3 包络检波电路
--包络检波电路
--作业-3.3 包络检波电路
-3.4 相敏检波电路
--相敏检波电路
--作业-3.4 相敏检波电路
-3.5 调频式测量电路
--调频式测量电路
--作业-3.5 调频式测量电路
-3.6 调相式测量电路
--调相式测量电路
--作业-3.6 调相式测量电路
-3.7 脉冲调制式测量电路
--作业-3.7 脉冲调制式测量电路
-4.1 滤波器基本知识
--滤波器基本知识
--作业-4.1 滤波器基本知识
-4.2 基本滤波器
--基本滤波器
--作业-4.2基本滤波器
-4.3 滤波器特性的逼近
--滤波器特性的逼近
--作业-4.3滤波器特性的逼近
-4.4 RC有源滤波器
--RC有源滤波器
--作业-4.4RC有源滤波器
-5.1 加减法运算电路
--加减法运算电路
--作业-5.1加减法运算电路
-5.2 乘除法运算电路
--乘除法运算电路
--作业-5.2乘除法运算电路
-5.3 绝对值运算电路
--绝对值运算电路
--作业-5.3绝对值运算电路
-5.4 峰值检测电路
--峰值检测电路
--作业-5.4 峰值检测电路
-6.1 电压比较电路
--电压比较电路
--作业-6.1 电压比较电路
-6.2 电压电流转换电路
--电压电流转换电路
--作业-6.2 电压电流转换电路
-6.3 AD转换电路
--AD转换电路
--作业-6.3 AD转换电路
-滞回比较电路的滞后电压（回差电压）应该设计的大点还是小点好？
-7.1 细分辨向电路
--细分辨向电路
--作业-7.1细分辨向电路
