調幅及相敏檢波解調技術在應變式傳感器振幅測量中的應用

1、深 圳 大 學 實 驗 報 告 課程名稱： 生物醫(yī)學傳感器 實驗項目名稱： 調幅及相敏檢波解調技術 在應變式傳感器振幅測量中的應用 學院： 醫(yī)學院 專業(yè)： 生物醫(yī)學工程 指導教師： 張新宇 報告人：鄧澤琳 學號：2009222038 班級： 生醫(yī)02 實驗時間： 2011-4-2 5 實驗報告提交時間： 2011-5-9 教務處制第一部分：移相器和相敏檢波器實驗一 實驗目的與要求：1. 了解運算放大器構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 實驗原理：說明由運算放大器構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、端輸入控制電壓信號時，通過差動放大器的作用使D和J處于開關狀態(tài)，從而把端輸入的正弦信號轉換成半波整流信號。圖（7）四 實驗過程及內容：1. 移相器的實驗步驟：1） 將音頻振蕩器的信號引入移相器的輸入端（音頻信號從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，調整示波器，觀察示波器 波形。3） 旋動移相器上的電位器，觀察兩個波形間相位的變化。4） 改變音頻振蕩器的頻率，觀察不同的頻率時的最大移相范圍。2. 相敏檢波器的實驗步驟：<一>觀察參考電極對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（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系和幅值關系。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系。

4、由此可得出結論：當參考電壓為 時，輸入和輸出 相，當參考電壓為 時，輸入和輸出 相。<二>觀察參考信號對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。可以看出，相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的 波轉換成 波，使相敏檢波器中的電子開關能正常工作。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）適當調節(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，當相敏檢波器的輸入信號與開關信號 相時，輸出為正極性的全波整流信號，電壓表指示正極性方向最大值，反之，則輸出負極性的全波整流波形，電壓表指示負極性的最大值。6）調節(jié)移相器“移相”旋鈕，利用示波器和電壓表，測出相敏檢波器的輸入VPP值與輸出直流電壓的關系。7）使輸入信號與參考信號的相位改變180°，測出上述關系。輸入VPP（V）輸出Vo（V）五 數據處理分析：1. 根據實驗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驗現象并記

6、錄，保存示波器的典型波形圖像，以圖像的形式插入報告中。2. 記錄相敏檢波器的輸入信號Vp-p值與輸出直流電壓的關系，并作圖表示。第二部分：半導體應變片交流半橋的振幅測量實驗一 實驗目的與要求：說明交流激勵源的交流半橋的應用二 實驗原理：當梁受到不同的頻率信號激勵時，振幅不同，帶給應變片的應力不同，電橋輸出也不同。若激勵頻率和梁的固有頻率相同時，產生共振，此時電橋輸出為最大，根據這一原理可以找出梁的固有頻率。三 實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測微頭、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. 測量系統(tǒng)的結構原理圖和輸入輸出信號如下圖所示。將平行梁上的兩個半導體應變片構成交流半橋，請按照該原理圖，連接電路，測量臂的振幅。2. 交流電橋調平衡。將低頻振蕩器輸出端接至“震蕩II”端，此時懸臂梁開始震動。3. 用示波器觀察差動放大器和低通濾波器的輸出波形，注意調節(jié)示波器的掃描時間，差動放大器輸出的是調幅波。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。調節(jié)低頻振蕩頻率，用示波器讀出系統(tǒng)最大振幅值，此時頻率表所表示即為梁的固有頻率。五 實驗記錄分析：1. 梁振動時，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，并記錄波形。3. 觀察低通濾波器的輸出，并記錄波形。調節(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. 實驗中為什么要用相敏檢波器？若用包絡檢波器，低通濾波器的輸出會怎樣？答：用相敏檢波器可以將用振蕩器差放放大的信號進行檢波：把同相位的信號翻上去，將反相位的信號翻下去，形成一個正弦波；若采用包絡檢波器，低通濾波器的輸出處產生失真，不能做到準確的信號收集。深圳大學學生實驗報告用紙實驗結論：這次的實驗分了兩次去完成。總體效果雖然不是很好，但總算基本上完成了實驗。在本次出現的問題大致如下：在第一部分實驗中，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，就

9、是可以將輸入的信號進行位移的原件，由于在實驗中不能保證輸入的信號是屬于正向抑或反向，所以需要移相器讓實驗操作起來相對簡單；相敏檢波器，就是能將同相位的信號翻上去，反相位的信號翻下去的原件。因此，在理解了之后再將電路連上，按照實驗步驟去做就可以做出實驗了。而在第二部分，很多同學反應沒有成功，信號出不來。而我雖然是能做出基本的圖像，但是圖像并沒有完美的出來：同相位翻上去的信號較多，反相位翻下去的信號很少。對于這個問題，后面老師進行講解了明白是調零沒有調完整。其實實驗第二次才成功，第一次的調零數據誤差很大，所以沒有調出來圖像，老師檢查后將第二次的調零給重新調零了，因此才能得出相對完整的圖像。經過這次的實驗，我大致明白了移相器與相敏檢波器的用途，而下次實驗中需要注意的問題，最重要的就是調零