(2)3.1 电容式传感器

1三、调制解调电路1、调制解调的功用与类型(概念)（1）在检测系统中为什么要采用信号调制？在检测系统中，进入检测电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是检测电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用。2（2）什么是信号调制？调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一个做为载体的信号（称为载波信号），让后者（载波信号）的某一特征参数按前者（调制信号）变化。（3）什么是解调？在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。3调制解调电路的作用：2020/2/13452、调制的种类6a)幅度调制(AM)[()]*()cos(2)tAtxtyfb)频率调制(FM)0()cos()]*2[()fytAttxc)相位调制(PM)0()cos([()]*2)ytAftxt2020/2/137（1）幅度调制•用被调制信号去控制高频载波信号的幅值，得到调幅波设载波信号为：调幅信号的一般表达式可写为：调幅信号波形如下()xt()cut()sut()cos(2)cutAft()[()]cos(2)sutxtfAt8先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。例：交流电桥VinVoR1R3R2R4max0cos2UUftmax0cos2UUft幅度调制实例9应变电阻的电阻变化量和被测外力引起的应变之间的关系为：式中，S：应变片的灵敏度系数；R：应变片初始电阻值。所以有：上式表明，载波信号经电桥调幅后，输出的信号幅值为，即余弦载波信号的幅值被应变所调制。而且随着调制信号正负半周的改变，调幅波的相位也随着改变：当调制信号为正时，调幅波与载波同相；当为负时，调幅波与载波反相。()t()RStRmax0.25()SUt()t()t()t()t0max01()cos24USUtft&U&0U&10载波信号：由一列占空比不同的矩形脉冲构成。脉冲宽度调制电路：（2）脉冲宽度调制调制电路——开关（相乘）调制电路uxuoUcT2T1UcuotOUcOttOux00011021021)(,)(,xcxxcUUTTUUUUTTU导通，截止，截止，导通，相加型调幅电路为了提高调制线性，电路要求UcmUxm,这时二极管D1和D2受uc控制，工作在开关状态。il＝(uc+ux)K(ωct)／ri2＝(uc-ux)K(ωct)／r式中r为二极管的内阻与负载RL折合到原边的等效电阻之和。K(ωct)为归一化的方波信号展开系数。T1+ux-+ux-+uc-VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo_RP调制信号由上两式得ttrUnttrUntrUntttrUnrtKuniinicxmcxmxmccxmcx334433222122333332133coscoscoscoscos)coscos(cos/)()(式中n3为变压器的变比。（3）频率调制-测量中常用的调频方法•1）直接调频：被测参量变化直接引起传感器输出信号频率的变化，如振弦式传感器；•2）参数调频：将传感器线圈、电容或电阻接在一定震荡回路中，这样被测参数变化就会引起振荡器频率的变化，输出调频信号；•3）电压调频：用电压控制振荡回路的参数R、L、C。2020/2/13153、解调原理解调器不仅能将交流输入电压变成与其幅值成正比的直流电压信号，而且还能反映交流输入电压的相位变化。2020/2/1316a).包络检波•只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调，这种方法称为包络检波。•基于整流原理。4、解调方法-包络检波和相敏检波基本电路——二极管与三极管包络检波C1VDRLC2Ti+us_+uo_非线性器件低通滤波器C1(a)二极管检波电路VRLC2Tic+us_+_非线性器件低通滤波器uoEc(b)晶体管检波电路图包络检波电路图(a)采用二极管作为整流用非线性元件，图(b)采用晶体管。为了获得调制信号，还要用滤波器滤除载波分量。2020/2/1318b).相敏检波包络检波有两个问题：•一是无法鉴别调制信号的相位。•二是不具有区分不同载波频率的信号的能力。•相敏检波电路是具有鉴相和选频能力的检波电路。相敏检波输出波形图tuoOuoOtucOtusOtuxOtˊ相敏检波电路输出波形双边带调幅半波相敏检波全波相敏检波载波信号调制信号相敏检波电路的选频与鉴相特性1.相敏检波电路的选频（鉴频）方法：微分鉴频、斜率鉴频、相位鉴频。2.相敏检波电路的鉴相什么是相敏检波电路的鉴相特性？如果输入信号us为与参考信号uc(或Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压uo=Usmcosφ，即输出信号随相位差φ的余弦而变化。由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性。5、解调电路--相敏检波电路当时,G截止，N1的放大倍数为：当时，G导通，N1的放大倍数为：13511.730WVRAR13411WWVRRARR()0ut()0ut•假如栅极没有被连上的话，N沟道就像一个电阻一样。也就是说在栅极没有电压的情况下结型场效应管是导电的。假如栅极与源极连在一起，而源极和漏极之间加上了UDS的电压的话那么流过沟道的电流随电压不断提高，直到沟道被最大夹断位置。N沟道结型场效应管电容式接近开关电容式压力变送器电容式差压传感器各种电容式传感器硅微压力电容式传感器四、电容式传感器的应用电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示电容式指纹传感器1-汽油2-变介质型电容式传感器3-交流伺服电机4-减速器5-仪表盘图汽车油箱油量计原理示意图右图是一种变极板间介质的电容式传感器用于测量液位高低的结构原理图。设被测介质的介电常数为ε1,液面高度为h,变换器总高度为H,内筒外径为d,外筒内径为D,则此时变换器电容值为dDhHdDhcln)(2ln21dDhdDHln)(2ln21dDhCCCln)(2-10＝式中：ε——空气介电常数;C0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值dDHCln20＝可见,此变换器的电容增量正比于被测液位高度h。dDhdDHCln)(2ln21应用-水平度测量