相位檢測原理分析及其在微弱信號測量中的應(yīng)用
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在非接觸測量旋轉(zhuǎn)物體內(nèi)部溫度時，所獲取的反饋信號相當(dāng)微弱，有可能會受到瞬間低電平信號的干擾。本文介紹一種利用相位檢測，來判斷所獲取的反饋信號是真是假，從而鎖定真信號并正確顯示被測對象溫度的方法。
關(guān)鍵詞：反饋信號；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)過程中，有很多旋轉(zhuǎn)物體，其內(nèi)部的溫度需要進(jìn)行測量和控制。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)行溫度測量。將鉑熱電阻和無源RC網(wǎng)絡(luò)組成一個可以跟隨被測物一起旋轉(zhuǎn)的傳感器，利用磁耦合將所需要的激勵信號
非接觸地感應(yīng)到該傳感器中，成為無源RC網(wǎng)絡(luò)的輸入信號Vi(參見圖1)。該傳感器具有選頻功能，其輸出信號Vo再通過磁耦合非接觸地感應(yīng)出來成為反饋信號V′o。后繼的顯示控制儀對
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，從而控制被測物的表面溫度。
非接觸地感應(yīng)到該傳感器中，成為無源RC網(wǎng)絡(luò)的輸入信號Vi(參見圖1)。該傳感器具有選頻功能，其輸出信號Vo再通過磁耦合非接觸地感應(yīng)出來成為反饋信號V′o。后繼的顯示控制儀對進(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，從而控制被測物的表面溫度。
和的關(guān)系
2.1V′i和V′o是信號ωn——自然頻率的載體。
采用文氏電橋的RC無源網(wǎng)絡(luò)見圖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呈一一對應(yīng)的關(guān)系。取Fn=ωn/2π，表1描述了溫度T和頻率Fn對應(yīng)的關(guān)系(部分?jǐn)?shù)據(jù))。而T與V′I和V′o的大小無關(guān)。在整個網(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
是正弦激勵信號，ω為其角頻率，令=Vimsinωt，則反饋信號
。設(shè)被測對象某一時刻溫度為T，對應(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)激勵信號角頻率ω＜ωn或ω＞ωn時，測得反饋信號Vom為600mV左右；當(dāng)激勵信號角頻率
時，Vom理論值為0，實(shí)際值為30mV左右。參見圖3。
的關(guān)系2.1V′i和V′o是信號ωn——自然頻率的載體。
采用文氏電橋的RC無源網(wǎng)絡(luò)見圖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呈一一對應(yīng)的關(guān)系。取Fn=ωn/2π，表1描述了溫度T和頻率Fn對應(yīng)的關(guān)系(部分?jǐn)?shù)據(jù))。而T與V′I和V′o的大小無關(guān)。在整個網(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信號，ω為其角頻率，令=Vimsinωt，則反饋信號。設(shè)被測對象某一時刻溫度為T，對應(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)激勵信號角頻率ω＜ωn或ω＞ωn時，測得反饋信號Vom為600mV左右；當(dāng)激勵信號角頻率時，Vom理論值為0，實(shí)際值為30mV左右。參見圖3。
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