相位檢測(cè)原理分析及其在微弱信號(hào)測(cè)量中的應(yīng)用
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在非接觸測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體內(nèi)部溫度時(shí)，所獲取的反饋信號(hào)相當(dāng)微弱，有可能會(huì)受到瞬間低電平信號(hào)的干擾。本文介紹一種利用相位檢測(cè)，來(lái)判斷所獲取的反饋信號(hào)是真是假，從而鎖定真信號(hào)并正確顯示被測(cè)對(duì)象溫度的方法。
關(guān)鍵詞：反饋信號(hào)；RC網(wǎng)絡(luò)；自然頻率
Application of Phase Detecting in Weak Signal Measurement
CHEN Youxian
(College of Information Science Technology, Donghua University, Shanghai 200051, China)
Key words: feedback signal; RC network; natural frequency
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有很多旋轉(zhuǎn)物體，其內(nèi)部的溫度需要進(jìn)行測(cè)量和控制。諸如，輕紡工業(yè)中的烘筒，軋鋼機(jī)的軋棍，電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以及化纖工業(yè)中的牽伸加熱輥等。由于被測(cè)物體是高速旋轉(zhuǎn)的，因此必須采用非接觸式方式進(jìn)行溫度測(cè)量。將鉑熱電阻和無(wú)源RC網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)可以跟隨被測(cè)物一起旋轉(zhuǎn)的傳感器，利用磁耦合將所需要的激勵(lì)信號(hào)
非接觸地感應(yīng)到該傳感器中，成為無(wú)源RC網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)Vi(參見(jiàn)圖1)。該傳感器具有選頻功能，其輸出信號(hào)Vo再通過(guò)磁耦合非接觸地感應(yīng)出來(lái)成為反饋信號(hào)V′o。后繼的顯示控制儀對(duì)
進(jìn)行分析處理，再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的溫度，并和給定值進(jìn)行比較，從而控制被測(cè)物的表面溫度。
非接觸地感應(yīng)到該傳感器中，成為無(wú)源RC網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)Vi(參見(jiàn)圖1)。該傳感器具有選頻功能，其輸出信號(hào)Vo再通過(guò)磁耦合非接觸地感應(yīng)出來(lái)成為反饋信號(hào)V′o。后繼的顯示控制儀對(duì)進(jìn)行分析處理，再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的溫度，并和給定值進(jìn)行比較，從而控制被測(cè)物的表面溫度。
和的關(guān)系
2.1V′i和V′o是信號(hào)ωn——自然頻率的載體。
采用文氏電橋的RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖2。該網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，取R1=R2=RT(鉑熱電阻)，其自然頻率ωn為溫度T℃的函數(shù)，顯然，溫度T和自然頻率ωn呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。取Fn=ωn/2π，表1描述了溫度T和頻率Fn對(duì)應(yīng)的關(guān)系(部分?jǐn)?shù)據(jù))。而T與V′I和V′o的大小無(wú)關(guān)。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞中，ωn是我們需要的信息，而V′i和V′o只是信息的載體。
2.2
的定量關(guān)系以及制約
是正弦激勵(lì)信號(hào)，ω為其角頻率，令=Vimsinωt，則反饋信號(hào)
。設(shè)被測(cè)對(duì)象某一時(shí)刻溫度為T，對(duì)應(yīng)鉑熱電阻的電阻值為RT，RC網(wǎng)絡(luò)的自然頻率ωn=1RTC。取Vim=8V，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)角頻率ω＜ωn或ω＞ωn時(shí)，測(cè)得反饋信號(hào)Vom為600mV左右；當(dāng)激勵(lì)信號(hào)角頻率
時(shí)，Vom理論值為0，實(shí)際值為30mV左右。參見(jiàn)圖3。
的關(guān)系2.1V′i和V′o是信號(hào)ωn——自然頻率的載體。
采用文氏電橋的RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖2。該網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，取R1=R2=RT(鉑熱電阻)，其自然頻率ωn為溫度T℃的函數(shù)，顯然，溫度T和自然頻率ωn呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。取Fn=ωn/2π，表1描述了溫度T和頻率Fn對(duì)應(yīng)的關(guān)系(部分?jǐn)?shù)據(jù))。而T與V′I和V′o的大小無(wú)關(guān)。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞中，ωn是我們需要的信息，而V′i和V′o只是信息的載體。
2.2
的定量關(guān)系以及制約是正弦激勵(lì)信號(hào)，ω為其角頻率，令=Vimsinωt，則反饋信號(hào)。設(shè)被測(cè)對(duì)象某一時(shí)刻溫度為T，對(duì)應(yīng)鉑熱電阻的電阻值為RT，RC網(wǎng)絡(luò)的自然頻率ωn=1RTC。取Vim=8V，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)角頻率ω＜ωn或ω＞ωn時(shí)，測(cè)得反饋信號(hào)Vom為600mV左右；當(dāng)激勵(lì)信號(hào)角頻率時(shí)，Vom理論值為0，實(shí)際值為30mV左右。參見(jiàn)圖3。
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評(píng)論