在机电一体化产品中常采用调制与解调的方法对信号进行检测，以防止干扰信号对检测精度的影响。 例如：采用特定频率的交流电源对电感传感器供电，或对由应变片、热敏电阻等组成的桥路供电，其目的都是为了对信号进行调制。经过调制的信号在经过放大后，还需通过解调(或称检波)的方法将其还原成原始信号，以获得被测物理量及其变化的信息。
信号调制的方法有幅值调制、相位调制、频率调制和脉宽调制等，其中前三种又分别简称为调幅、调相和调频。对应不同的信号调制方法需采用不同的方法来解调。
（一）幅值调制与解调
1.幅值调制（让一个具有特定角频率ωc的高频信号的幅值随被测量x而变化）
高频信号称为载波信号，被测量x称调制信号，载波信号经被测量x调制后所得到的幅值随x变化的信号称已调制信号或调幅信号。
最简单的幅值调制是线性调制，即让高频振荡信号的幅值为被测信号x的线性函数，所得到的调幅信号的一般表达式为：
Us=(Um+mx)cosωct
式中，ωc是载波信号角频率；Um是载波信号幅度；x是调制信号；m称调制深度。
当要求检波精度较高时，常采用由运算放大器构成的精密整流器来实现包络检波。
取R'3＝2R3，在不考虑电容C的滤波作用时，N2的输出为：
3.相敏检波
Uc：与载波信号同频率的参考信号（作为场效应管VF的开关控制信号），从而实现调幅信号US与参考信号UC相乘。
在设计调幅及其解调电路时，应注意合理选择各参数。
①如果调制信号的最大角频率为ωm ，则要求载波频率ωc＞10 ωm，否则会给滤波器设计带来困难或降低信号检测精度。
②为了保证调幅信号顺利通过并被放大，放大器的通频带应按ωc±ωm选取。
③在相敏检波后，滤波器应保留频率在ωm以下的信号。
④在包络检波后，滤波器应滤除频率在ωc-ωm或2ωc-ωm以上的信号。
（二）相位调制与解调
1.相位调置
基本思想是：让一个具有特定角频率ωc的高频载波信号的相位随被测量x而变化，则已调制信号中就包含了x的全部信息。
最常用的是线性调相，即使调相信号的相移角为J的线性函数，其一般表达式为：
Us=Umcos(ωct+mx)
式中，Um是载波信号幅值；m称调制深度。调相信号us的瞬时角频率为：
对调相信号进行放大时，放大器的通频带应按上式所确定的ω的变化范围来选择。
①当弹性轴上无扭矩作用时，两个传感器中的交变信号相位差为零；
②当有扭矩作用时，弹性轴产生扭转变形，两个齿轮相对位置发生变化，两路传感器信号的相位差也发生变化，且相位差与扭矩成线性关系。如果将一路传感器信号作为基准信号，另一路传感器信号就是调相信号，其载波频率为轴1的转速与齿轮2的齿数之积。
2.相位解调
相位解调又称鉴相或比相，常用的方法有异或门鉴相、RS触发器鉴相、脉冲采样鉴相和相敏检波器鉴相等。
设时钟频率和调相信号频率分别为f和fc，则：
异或门鉴相器的鉴相范围为0≤φ≤180，且要求输入信号为占空比50％的方波。对于正弦信号，需先整形成方波。此外，异或门鉴相器不能鉴别相位的超前或滞后，因而无辨向功能。
RS触发器鉴相电路原理：
①首先可通过微分电路或单稳电路等，将参考信号Uc和调相信号Us变成窄脉冲U‘c和U’s，然后分别加到触发器的R、S端，则Q端输出信号的脉宽与相位差成正比。
②Q端的输出信号可通过滤波器获得平均电压uo，或采用计数电路对脉冲宽度计数，还可将触发器的Q和Q非端分别接滤波器，然后用差动放大器求差。RS触发器的鉴相范围是δφ＜φ＜360-δφ，其中δφ是窄脉冲U'c或U's的相位宽度。
（三）频率调制与解调
1.频率调置
基本思想是：让一个高频振荡的载波信号的频率随被测量x(调制信号)而变化，则得到的已调制信号中就包含了x的全部信息。
在线性调频中，调频信号可表达成：
Us=Umcos(ωc+mx)t
式中，Um和ωc分别是载波信号的幅值和中心角频率；m称调制深度。
常用的调频方法有传感器调频、电参数调频、电压调频等。
2.频率解调
频率解调又称鉴频或频率检波，常用的方法有微分鉴频、斜率鉴频和相位鉴频三种。
微分鉴频方法：
将us对时间t求导得：
调频信号us的微分是一个调频调幅信号，利用包络检波器可检出其幅值Um(ωc+mx)，再通过零点和灵敏度标定，即可获得调制信号x。
微分鉴频电路：
1）电容CD与晶体管VT的发射结正向电阻re构成微分电路。
2）VT又与电阻RL构成包络检波电路；
3）二极管VD一方面为VT提供直流偏压，另一方面又为CD提供放电回路；
4）输出端电容C用来滤除包络检波后的高频载波信号。 |
