调幅及相敏检波解调技术在应变式传感器振幅测量中的应用

1、深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称： 生物医学传感器 实验项目名称： 调幅及相敏检波解调技术 在应变式传感器振幅测量中的应用 学院： 医学院 专业： 生物医学工程 指导教师： 张新宇 报告人：邓泽琳 学号：2009222038 班级： 生医02 实验时间： 2011-4-2 5 实验报告提交时间： 2011-5-9 教务处制第一部分：移相器和相敏检波器实验一 实验目的与要求：1. 了解运算放大器构成的移相电路的原理工作情况。2. 了解相敏检波器的原理和工作情况。二 所需单元及部件：直流稳压电源，音频振荡器，移相器，相敏检波器，低通滤波器，V/F表，双线示波器。R1 10KR4 10KR6

2、 2KR5 10KR3 10KR210KV入V出C1 8800PWC2 223652317三 实验原理：说明由运算放大器构成的移相电路的工作原理。移相器电路图（6）相敏检波电路如图（7）所示：图中为输入信号端，为输出端，为交流参考电压电输入端，为直流参考电压输入。2 3533V出R2 22KC1 104R1 30KW 51KR5 2K2R4 30KR3 30KV入76 5JD1当、端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把端输入的正弦信号转换成半波整流信号。图（7）四 实验过程及内容：1. 移相器的实验步骤：1） 将音频振荡器的信号引入移相器的输入端（音频信号从0度

3、，180度插入输出即可）。2） 将示波器的两根输入线分别接到移相器的输入端输出端，调整示波器，观察示波器 波形。3） 旋动移相器上的电位器，观察两个波形间相位的变化。4） 改变音频振荡器的频率，观察不同的频率时的最大移相范围。2. 相敏检波器的实验步骤：<一>观察参考电极对相敏检波器输入的影响1） 将音频振荡器频率，幅度旋钮居中，输出信号（0度或180度均可）。接相敏检波器输入端端2） 将直流稳压电源2V档输出电压（正负均可）接相敏检波器端。3） 示波器两通道分别接相敏输入，输出端，观察输入输出波形的相位关系和幅值关系。4） 改变端参考电压的极性，观察输入输出波形的相位和幅值关系。

4、由此可得出结论：当参考电压为 时，输入和输出 相，当参考电压为 时，输入和输出 相。<二>观察参考信号对相敏检波器输出波形和电压的影响1） 将音频振荡器0度端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与相敏检波器的参考输入端连接，相敏检波器的信号输入端接音频0度输出。2） 用示波器两通道观察附加观察插口 ，的波形。可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的 波转换成 波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。3） 将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表20V档。4）示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端。5）适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”

5、旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器180°输出端口，观察示波器和电压表的变化。由上可以看出，当相敏检波器的输入信号与开关信号 相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。6）调节移相器“移相”旋钮，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入VPP值与输出直流电压的关系。7）使输入信号与参考信号的相位改变180°，测出上述关系。输入VPP（V）输出Vo（V）五 数据处理分析：1. 根据实验步骤中带下划线部分文字的要求，用示波器和电压表观察实验现象并记

6、录，保存示波器的典型波形图像，以图像的形式插入报告中。2. 记录相敏检波器的输入信号Vp-p值与输出直流电压的关系，并作图表示。第二部分：半导体应变片交流半桥的振幅测量实验一 实验目的与要求：说明交流激励源的交流半桥的应用二 实验原理：当梁受到不同的频率信号激励时，振幅不同，带给应变片的应力不同，电桥输出也不同。若激励频率和梁的固有频率相同时，产生共振，此时电桥输出为最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。三 实验所需部件：电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器。低通V1 2差放 相敏 检波器电压表0°5HKZ 移相Lv 5KHZR RR

7、 RWAWD四 方法、步骤：1. 测量系统的结构原理图和输入输出信号如下图所示。将平行梁上的两个半导体应变片构成交流半桥，请按照该原理图，连接电路，测量臂的振幅。2. 交流电桥调平衡。将低频振荡器输出端接至“震荡II”端，此时悬臂梁开始震动。3. 用示波器观察差动放大器和低通滤波器的输出波形，注意调节示波器的扫描时间，差动放大器输出的是调幅波。4. 固定低频振荡器幅值旋钮不变，电压/频率表放2KHz档，接低频振荡输出端。调节低频振荡频率，用示波器读出系统最大振幅值，此时频率表所表示即为梁的固有频率。五 实验记录分析：1. 梁振动时，用示波器观察差放的输出，并记录波形。2. 观察相敏检波器的输出

8、信号，并记录波形。3. 观察低通滤波器的输出，并记录波形。调节低频振荡频率，用示波器读出系统最大振幅值，确定梁的固有频率。六 思考题1. 实验中为什么要用相敏检波器？若用包络检波器，低通滤波器的输出会怎样？答：用相敏检波器可以将用振荡器差放放大的信号进行检波：把同相位的信号翻上去，将反相位的信号翻下去，形成一个正弦波；若采用包络检波器，低通滤波器的输出处产生失真，不能做到准确的信号收集。深圳大学学生实验报告用纸实验结论：这次的实验分了两次去完成。总体效果虽然不是很好，但总算基本上完成了实验。在本次出现的问题大致如下：在第一部分实验中，首先需要理解移相器以及相敏检波器的原理。移相器，笼统解释，就

9、是可以将输入的信号进行位移的原件，由于在实验中不能保证输入的信号是属于正向抑或反向，所以需要移相器让实验操作起来相对简单；相敏检波器，就是能将同相位的信号翻上去，反相位的信号翻下去的原件。因此，在理解了之后再将电路连上，按照实验步骤去做就可以做出实验了。而在第二部分，很多同学反应没有成功，信号出不来。而我虽然是能做出基本的图像，但是图像并没有完美的出来：同相位翻上去的信号较多，反相位翻下去的信号很少。对于这个问题，后面老师进行讲解了明白是调零没有调完整。其实实验第二次才成功，第一次的调零数据误差很大，所以没有调出来图像，老师检查后将第二次的调零给重新调零了，因此才能得出相对完整的图像。经过这次的实验，我大致明白了移相器与相敏检波器的用途，而下次实验中需要注意的问题，最重要的就是调零