相位檢測原理分析及其在微弱信號測量中的應用
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本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/194383.htm
理論上，Vom=0，但實(shí)際測得V′o為幾十mV大小的交流信號。原因一，在激勵信號中除ω=ωn的頻率外，還有高次諧波的存在。而高次諧波的
原因二，印刷線(xiàn)路分布電容的存在使激勵信號通過(guò)這些分布電容直接耦合給V′o，Vom當然就不等于0了。
原因二，印刷線(xiàn)路分布電容的存在使激勵信號通過(guò)這些分布電容直接耦合給V′o，Vom當然就不等于0了。
3.1獲取ωn，推算出被測溫度T
因為我們事先并不知道被測溫度T，但RC網(wǎng)絡(luò )的ωn是客觀(guān)存在的，并隨T的變化而變化。圖1中顯示控制儀的功能就是要獲得在這一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò )的ωn，從而根據表1顯示該時(shí)刻的被測溫度T。
3.2V′i是一個(gè)從小到大變化的掃頻信號
V′i作為激勵信號，經(jīng)RC網(wǎng)絡(luò )選頻獲得反饋信號
經(jīng)整流，AD轉換，轉變?yōu)閿底至縑(n)。激勵信號的ω加大一個(gè)步長(cháng)便可獲得V(n+1)，ω繼續加大便可獲得V(n+2)。單片機系統不斷進(jìn)行判斷，如V(n)、V(n+1)和V(n+2)的大小相仿，表示激勵信號的ω并非ωn。顯示控制儀發(fā)出的激勵信號其ω繼續加大，系統繼續判斷新的V(n)、V(n+1)和V(n+2)，如一旦某一時(shí)刻V(n+1)遠比V(n)和V(n+2)小，那么，在n+1時(shí)刻的激勵信號的頻率ω就要儲存起來(lái)，因為該頻率ω就有可能是RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò )的自然頻率ωn，它包含被測對象的溫度信息。
3.3利用相位檢測鎖定ωn
因為測量控制系統處在工廠(chǎng)現場(chǎng)中，時(shí)刻受到各種各樣的干擾。這些干擾的存在，會(huì )經(jīng)常產(chǎn)生瞬間最小值V(n+1)，且滿(mǎn)足V(n)
V(n+1)以及V(n+2)V(n+1)的條件(見(jiàn)圖3)，這個(gè)最小值V(n+1)是虛假的，它對應的ω不是我們要的ωn，所以必須剔除。如何辨別最小值V(n+1)是真是假呢?
對文氏電橋的RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò )進(jìn)一步分析，其相頻特性(理論值)如圖4。在ω=ωn處，反饋信號V′o的相位發(fā)生跳變。對本檢測系統進(jìn)行實(shí)際測量，發(fā)現其的跳變比理論值還要大許多。我們完全可以借助于相位的跳變特性來(lái)判斷最小值V(n+1)的真假。
激勵信號ω每加大一個(gè)步長(cháng)，只要這個(gè)步長(cháng)恰當
判斷φn+2減φn+1的值，如→0，則V(n+1)和V(n+2)的相位沒(méi)有發(fā)生跳變，V(n+1)的值雖然很小，但是是虛假的，應剔除。如很大，則V(n)、V(n+1)和V(n+2)的相位發(fā)生了跳變，V(n+1)才是真正的最小值。此時(shí)刻V(n+1)的ω就是我們要鎖定的。參見(jiàn)圖4.
3.4小結
一旦單片機系統檢測到V(n)V(n+1)且V(n+2)V(n+1)；同時(shí)它們對應的相位不滿(mǎn)足：φn≈φn+1≈φn+2，則鎖定此時(shí)刻V(n+1)的ω，并存儲起來(lái)，通過(guò)查表顯示相應的溫度。
因為我們事先并不知道被測溫度T，但RC網(wǎng)絡(luò )的ωn是客觀(guān)存在的，并隨T的變化而變化。圖1中顯示控制儀的功能就是要獲得在這一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò )的ωn，從而根據表1顯示該時(shí)刻的被測溫度T。
3.2V′i是一個(gè)從小到大變化的掃頻信號
V′i作為激勵信號，經(jīng)RC網(wǎng)絡(luò )選頻獲得反饋信號
經(jīng)整流，AD轉換，轉變?yōu)閿底至縑(n)。激勵信號的ω加大一個(gè)步長(cháng)便可獲得V(n+1)，ω繼續加大便可獲得V(n+2)。單片機系統不斷進(jìn)行判斷，如V(n)、V(n+1)和V(n+2)的大小相仿，表示激勵信號的ω并非ωn。顯示控制儀發(fā)出的激勵信號其ω繼續加大，系統繼續判斷新的V(n)、V(n+1)和V(n+2)，如一旦某一時(shí)刻V(n+1)遠比V(n)和V(n+2)小，那么，在n+1時(shí)刻的激勵信號的頻率ω就要儲存起來(lái)，因為該頻率ω就有可能是RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò )的自然頻率ωn，它包含被測對象的溫度信息。3.3利用相位檢測鎖定ωn
因為測量控制系統處在工廠(chǎng)現場(chǎng)中，時(shí)刻受到各種各樣的干擾。這些干擾的存在，會(huì )經(jīng)常產(chǎn)生瞬間最小值V(n+1)，且滿(mǎn)足V(n)
V(n+1)以及V(n+2)V(n+1)的條件(見(jiàn)圖3)，這個(gè)最小值V(n+1)是虛假的，它對應的ω不是我們要的ωn，所以必須剔除。如何辨別最小值V(n+1)是真是假呢?對文氏電橋的RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò )進(jìn)一步分析，其相頻特性(理論值)如圖4。在ω=ωn處，反饋信號V′o的相位發(fā)生跳變。對本檢測系統進(jìn)行實(shí)際測量，發(fā)現其的跳變比理論值還要大許多。我們完全可以借助于相位的跳變特性來(lái)判斷最小值V(n+1)的真假。
激勵信號ω每加大一個(gè)步長(cháng)，只要這個(gè)步長(cháng)恰當
判斷φn+2減φn+1的值，如→0，則V(n+1)和V(n+2)的相位沒(méi)有發(fā)生跳變，V(n+1)的值雖然很小，但是是虛假的，應剔除。如很大，則V(n)、V(n+1)和V(n+2)的相位發(fā)生了跳變，V(n+1)才是真正的最小值。此時(shí)刻V(n+1)的ω就是我們要鎖定的。參見(jiàn)圖4.
3.4小結
一旦單片機系統檢測到V(n)
V(n+1)且V(n+2)V(n+1)；同時(shí)它們對應的相位不滿(mǎn)足：φn≈φn+1≈φn+2，則鎖定此時(shí)刻V(n+1)的ω，并存儲起來(lái)，通過(guò)查表顯示相應的溫度。 求取具體的相位大小或者求出具體的相位差的大小與判斷相位差是否為零(即相位差檢零)不是一個(gè)概念。我們的系統只需判斷相位有沒(méi)有跳變，用一個(gè)相位差檢零系統就能實(shí)現。相位差檢零系統可以用模擬的方法，也可用數字的方法，或它們的結合，這里不再贅述。
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