調(diào)幅及相敏檢波解調(diào)技術(shù)在應(yīng)變式傳感器振幅測(cè)量中的應(yīng)用

1、深 圳 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 課程名稱(chēng)： 生物醫(yī)學(xué)傳感器 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)： 調(diào)幅及相敏檢波解調(diào)技術(shù) 在應(yīng)變式傳感器振幅測(cè)量中的應(yīng)用 學(xué)院： 醫(yī)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 指導(dǎo)教師： 張新宇 報(bào)告人：鄧澤琳 學(xué)號(hào)：2009222038 班級(jí)： 生醫(yī)02 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2011-4-2 5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 2011-5-9 教務(wù)處制第一部分：移相器和相敏檢波器實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：1. 了解運(yùn)算放大器構(gòu)成的移相電路的原理工作情況。2. 了解相敏檢波器的原理和工作情況。二 所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源，音頻振蕩器，移相器，相敏檢波器，低通濾波器，V/F表，雙線示波器。R1 10KR4 10KR6

2、 2KR5 10KR3 10KR210KV入V出C1 8800PWC2 223652317三 實(shí)驗(yàn)原理：說(shuō)明由運(yùn)算放大器構(gòu)成的移相電路的工作原理。移相器電路圖（6）相敏檢波電路如圖（7）所示：圖中為輸入信號(hào)端，為輸出端，為交流參考電壓電輸入端，為直流參考電壓輸入。2 3533V出R2 22KC1 104R1 30KW 51KR5 2K2R4 30KR3 30KV入76 5JD1當(dāng)、端輸入控制電壓信號(hào)時(shí)，通過(guò)差動(dòng)放大器的作用使D和J處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而把端輸入的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成半波整流信號(hào)。圖（7）四 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及內(nèi)容：1. 移相器的實(shí)驗(yàn)步驟：1） 將音頻振蕩器的信號(hào)引入移相器的輸入端（音頻信號(hào)從0度

3、，180度插入輸出即可）。2） 將示波器的兩根輸入線分別接到移相器的輸入端輸出端，調(diào)整示波器，觀察示波器 波形。3） 旋動(dòng)移相器上的電位器，觀察兩個(gè)波形間相位的變化。4） 改變音頻振蕩器的頻率，觀察不同的頻率時(shí)的最大移相范圍。2. 相敏檢波器的實(shí)驗(yàn)步驟：<一>觀察參考電極對(duì)相敏檢波器輸入的影響1） 將音頻振蕩器頻率，幅度旋鈕居中，輸出信號(hào)（0度或180度均可）。接相敏檢波器輸入端端2） 將直流穩(wěn)壓電源2V檔輸出電壓（正負(fù)均可）接相敏檢波器端。3） 示波器兩通道分別接相敏輸入，輸出端，觀察輸入輸出波形的相位關(guān)系和幅值關(guān)系。4） 改變端參考電壓的極性，觀察輸入輸出波形的相位和幅值關(guān)系。

4、由此可得出結(jié)論：當(dāng)參考電壓為 時(shí)，輸入和輸出 相，當(dāng)參考電壓為 時(shí)，輸入和輸出 相。<二>觀察參考信號(hào)對(duì)相敏檢波器輸出波形和電壓的影響1） 將音頻振蕩器0度端輸出信號(hào)送入移相器輸入端，移相器的輸出端與相敏檢波器的參考輸入端連接，相敏檢波器的信號(hào)輸入端接音頻0度輸出。2） 用示波器兩通道觀察附加觀察插口 ，的波形?？梢钥闯觯嗝魴z波器中整形電路的作用是將輸入的 波轉(zhuǎn)換成 波，使相敏檢波器中的電子開(kāi)關(guān)能正常工作。3） 將相敏檢波器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通輸出端接數(shù)字電壓表20V檔。4）示波器兩通道分別接相敏檢波器輸入、輸出端。5）適當(dāng)調(diào)節(jié)音頻振蕩器幅值旋鈕和移相器“移相”

5、旋鈕，觀察示波器中波形變化和電壓表電壓值變化，然后將相敏檢波器的輸入端改接至音頻振蕩器180°輸出端口，觀察示波器和電壓表的變化。由上可以看出，當(dāng)相敏檢波器的輸入信號(hào)與開(kāi)關(guān)信號(hào) 相時(shí)，輸出為正極性的全波整流信號(hào)，電壓表指示正極性方向最大值，反之，則輸出負(fù)極性的全波整流波形，電壓表指示負(fù)極性的最大值。6）調(diào)節(jié)移相器“移相”旋鈕，利用示波器和電壓表，測(cè)出相敏檢波器的輸入VPP值與輸出直流電壓的關(guān)系。7）使輸入信號(hào)與參考信號(hào)的相位改變180°，測(cè)出上述關(guān)系。輸入VPP（V）輸出Vo（V）五 數(shù)據(jù)處理分析：1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟中帶下劃線部分文字的要求，用示波器和電壓表觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記

6、錄，保存示波器的典型波形圖像，以圖像的形式插入報(bào)告中。2. 記錄相敏檢波器的輸入信號(hào)Vp-p值與輸出直流電壓的關(guān)系，并作圖表示。第二部分：半導(dǎo)體應(yīng)變片交流半橋的振幅測(cè)量實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：說(shuō)明交流激勵(lì)源的交流半橋的應(yīng)用二 實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)梁受到不同的頻率信號(hào)激勵(lì)時(shí)，振幅不同，帶給應(yīng)變片的應(yīng)力不同，電橋輸出也不同。若激勵(lì)頻率和梁的固有頻率相同時(shí)，產(chǎn)生共振，此時(shí)電橋輸出為最大，根據(jù)這一原理可以找出梁的固有頻率。三 實(shí)驗(yàn)所需部件：電橋、音頻振蕩器、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測(cè)微頭、示波器。低通V1 2差放 相敏 檢波器電壓表0°5HKZ 移相Lv 5KHZR RR

7、 RWAWD四 方法、步驟：1. 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖和輸入輸出信號(hào)如下圖所示。將平行梁上的兩個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變片構(gòu)成交流半橋，請(qǐng)按照該原理圖，連接電路，測(cè)量臂的振幅。2. 交流電橋調(diào)平衡。將低頻振蕩器輸出端接至“震蕩II”端，此時(shí)懸臂梁開(kāi)始震動(dòng)。3. 用示波器觀察差動(dòng)放大器和低通濾波器的輸出波形，注意調(diào)節(jié)示波器的掃描時(shí)間，差動(dòng)放大器輸出的是調(diào)幅波。4. 固定低頻振蕩器幅值旋鈕不變，電壓/頻率表放2KHz檔，接低頻振蕩輸出端。調(diào)節(jié)低頻振蕩頻率，用示波器讀出系統(tǒng)最大振幅值，此時(shí)頻率表所表示即為梁的固有頻率。五 實(shí)驗(yàn)記錄分析：1. 梁振動(dòng)時(shí)，用示波器觀察差放的輸出，并記錄波形。2. 觀察相敏檢波器的輸出

8、信號(hào)，并記錄波形。3. 觀察低通濾波器的輸出，并記錄波形。調(diào)節(jié)低頻振蕩頻率，用示波器讀出系統(tǒng)最大振幅值，確定梁的固有頻率。六 思考題1. 實(shí)驗(yàn)中為什么要用相敏檢波器？若用包絡(luò)檢波器，低通濾波器的輸出會(huì)怎樣？答：用相敏檢波器可以將用振蕩器差放放大的信號(hào)進(jìn)行檢波：把同相位的信號(hào)翻上去，將反相位的信號(hào)翻下去，形成一個(gè)正弦波；若采用包絡(luò)檢波器，低通濾波器的輸出處產(chǎn)生失真，不能做到準(zhǔn)確的信號(hào)收集。深圳大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告用紙實(shí)驗(yàn)結(jié)論：這次的實(shí)驗(yàn)分了兩次去完成?？傮w效果雖然不是很好，但總算基本上完成了實(shí)驗(yàn)。在本次出現(xiàn)的問(wèn)題大致如下：在第一部分實(shí)驗(yàn)中，首先需要理解移相器以及相敏檢波器的原理。移相器，籠統(tǒng)解釋?zhuān)?/p>

9、是可以將輸入的信號(hào)進(jìn)行位移的原件，由于在實(shí)驗(yàn)中不能保證輸入的信號(hào)是屬于正向抑或反向，所以需要移相器讓實(shí)驗(yàn)操作起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單；相敏檢波器，就是能將同相位的信號(hào)翻上去，反相位的信號(hào)翻下去的原件。因此，在理解了之后再將電路連上，按照實(shí)驗(yàn)步驟去做就可以做出實(shí)驗(yàn)了。而在第二部分，很多同學(xué)反應(yīng)沒(méi)有成功，信號(hào)出不來(lái)。而我雖然是能做出基本的圖像，但是圖像并沒(méi)有完美的出來(lái)：同相位翻上去的信號(hào)較多，反相位翻下去的信號(hào)很少。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，后面老師進(jìn)行講解了明白是調(diào)零沒(méi)有調(diào)完整。其實(shí)實(shí)驗(yàn)第二次才成功，第一次的調(diào)零數(shù)據(jù)誤差很大，所以沒(méi)有調(diào)出來(lái)圖像，老師檢查后將第二次的調(diào)零給重新調(diào)零了，因此才能得出相對(duì)完整的圖像。經(jīng)過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)，我大致明白了移相器與相敏檢波器的用途，而下次實(shí)驗(yàn)中需要注意的問(wèn)題，最重要的就是調(diào)零