專利名稱：線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種雖特別適用但并非僅限于對(duì)高速運(yùn)行列車軸箱軸溫進(jìn)行峰值包絡(luò)還原檢測(cè)的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原裝置。
高速變化的信號(hào)源數(shù)量多，對(duì)被調(diào)制后的高速變化的信號(hào)經(jīng)解調(diào)和還原以進(jìn)行檢測(cè)或觀察，是在不少領(lǐng)域中都有較多應(yīng)用要求的。如，對(duì)高速運(yùn)行中的列車車輛軸箱軸溫的檢測(cè)就是范圍廣，要求較高且對(duì)安全運(yùn)行極為重要的一種應(yīng)用。這類熱輻射的波長(zhǎng)在8～12微米范圍內(nèi)，車速在0～240千米/小時(shí)時(shí)，列車軸箱通過(guò)相關(guān)探測(cè)器的時(shí)間僅5毫秒左右。為提高探測(cè)器的檢測(cè)靈敏度，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN2197272Y介紹了一種將探測(cè)信號(hào)用1000～2000赫高速調(diào)制后，再檢波和對(duì)峰值進(jìn)行包絡(luò)還原，進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)這種無(wú)需關(guān)心中間變化過(guò)程，只需實(shí)時(shí)了解調(diào)幅信號(hào)的幅度變化，即調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)，采用普通阻容包絡(luò)檢波還原方法時(shí)，利用的是二極管的單向?qū)ê碗娙莸某浞烹娺^(guò)程把被調(diào)制的信號(hào)包絡(luò)檢出來(lái)，以恢復(fù)原信號(hào)。雖然其有電路簡(jiǎn)單和容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但由于其波形失真大，對(duì)電容和負(fù)載的要求較嚴(yán)格，對(duì)調(diào)制信號(hào)不能有較大干擾的要求也嚴(yán)格，且檢波效率不高，因此其包絡(luò)還原失真大且非線性，還原的信號(hào)不能實(shí)時(shí)反映被調(diào)信號(hào)的真實(shí)幅度，因而很難滿足實(shí)際使用需要。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述情況，提供一種能提高抗干擾能力，特別是可提高小信號(hào)的信噪比，解決包絡(luò)信號(hào)的非線性失真，能保證實(shí)時(shí)反映被調(diào)信號(hào)真實(shí)幅度的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器。
本實(shí)用新型的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器的結(jié)構(gòu)是，來(lái)自線性相敏檢波器已對(duì)傳感器接收的調(diào)幅信號(hào)作相敏檢波處理后的相敏檢波輸出信號(hào)輸出端同時(shí)分別與至少兩個(gè)并列狀態(tài)的采樣保持器相聯(lián)接，以其中一個(gè)作跟蹤采樣，其余均處于保持狀態(tài)的各采樣保持器分別以其采樣和保持的控制輸入端經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的光耦合器與單片機(jī)的一I/O輸出端聯(lián)接，各采樣保持器的輸出端分別與模擬開關(guān)的輸入端聯(lián)接后，經(jīng)聯(lián)接于模擬開關(guān)輸出端之后的電壓跟隨器的輸出端輸出包絡(luò)信號(hào)，該單片機(jī)另有一I/O輸入端與帶有可將與所說(shuō)的調(diào)幅信號(hào)保持同步的調(diào)幅波同步信號(hào)依次作同/反相整形、鎖相環(huán)路數(shù)字濾波和90度移相處理的90度移相器的輸出端聯(lián)接，所說(shuō)的單片機(jī)另還有兩I/O輸出端分別經(jīng)各自的光耦合器與模擬開關(guān)的地址輸入端聯(lián)接，用于提供控制各采樣保持器依次經(jīng)該模擬開關(guān)輸出保持信號(hào)的選擇地址信號(hào)。
在上述結(jié)構(gòu)中所說(shuō)的至少兩個(gè)采樣保持器中，以采用并列狀態(tài)設(shè)置的四個(gè)為好，可使其依次始終有一個(gè)在作跟蹤“采樣”的同時(shí)，其余三個(gè)均處于“保持”狀態(tài)。所說(shuō)的各采樣保持器，均可以在目前的普通采樣保持器、中速采樣保持器或高速采樣保持器等類型的采樣保持器中，根據(jù)使用的情況和需要選用。所說(shuō)的光耦合器可以在目前常用的中速或高速光耦合器件中選用。所說(shuō)的單片機(jī)可以選用目前的PIC系列、MC51系列、98系列或96系列等單片機(jī)中的任一種。所說(shuō)的模擬開關(guān)可以在目前常用的AD75XXDI系列、AD7501～7507或CD40XX系列模擬開關(guān)中根據(jù)實(shí)際需要選用。
上述結(jié)構(gòu)中所說(shuō)的90度移相器的結(jié)構(gòu)形式，可以將其設(shè)置于前后依次聯(lián)接的同/反相器和數(shù)字鎖相環(huán)之后，使調(diào)幅波同步信號(hào)依次經(jīng)同/反相器整形和數(shù)字鎖相環(huán)進(jìn)行數(shù)字濾波后，由該90度移相器向單片機(jī)輸出作90度移相的TTL同步信號(hào)。
在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，所說(shuō)的提供相敏檢波輸出信號(hào)的線性相敏檢波器的結(jié)構(gòu)，建議采用的較好方式是，來(lái)自傳感器并作調(diào)幅處理后的調(diào)幅信號(hào)輸出端與電壓跟隨器的輸入端聯(lián)接，該電壓跟隨器后分為兩路輸出端，其中的一端與運(yùn)算放大器的同相輸入端聯(lián)接，其信號(hào)輸出端與模擬開關(guān)的一輸入端聯(lián)接，該電壓跟隨器的另一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端聯(lián)接，其信號(hào)輸出端與模擬開關(guān)的另一輸入端聯(lián)接；另有一前后順序連接的光耦合器和同/反相器，該光耦合器的輸入端與調(diào)幅波同步信號(hào)的輸出端聯(lián)接，該同/反相器的輸出端與模擬信號(hào)開關(guān)的地址信號(hào)輸入端聯(lián)接，使與該調(diào)幅信號(hào)同步的調(diào)幅波同步信號(hào)經(jīng)光耦合器隔離模擬地和數(shù)字地，并由同相或反相器整形后，自地址信號(hào)輸入端也進(jìn)入該模擬信號(hào)開關(guān)，控制兩運(yùn)算放大器經(jīng)模擬開關(guān)的輸出狀態(tài)。該模擬開關(guān)的輸出端后聯(lián)接輸出相敏檢波信號(hào)的電壓跟隨器，由其輸出端向上述各采樣操持器提供的相敏檢波信號(hào)。結(jié)構(gòu)中所說(shuō)的各電壓跟隨器和運(yùn)算放大器均可根據(jù)實(shí)際情況，在目前常用的單運(yùn)算放大器、雙運(yùn)算放大器或四運(yùn)算放大器等類型的運(yùn)算放大器中選用。
以下用附圖所示的實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型的上述內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。但不應(yīng)將此理解為本實(shí)用新型上述主題的范圍僅限于下述的實(shí)例。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理組成框圖。
圖2是上述結(jié)構(gòu)中所涉及的一種線性相敏檢波器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是與圖1相對(duì)應(yīng)的一種電路結(jié)構(gòu)圖。
圖4是與圖3結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)流程圖。
圖5是與圖3及圖4結(jié)構(gòu)中相應(yīng)各點(diǎn)同一時(shí)序狀態(tài)下的相關(guān)工作波形圖。
圖6是上述結(jié)構(gòu)中所涉及的一種90度移相器的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖7是與圖2相對(duì)應(yīng)的一種電路結(jié)構(gòu)圖。
如圖1和圖3所示，在本線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器中，將傳感器接收的調(diào)幅信號(hào)作相敏檢波處理后的相敏檢波輸出信號(hào)自線性相敏檢波器輸出后，同時(shí)分別與四個(gè)并列狀態(tài)的LF398型普通采樣保持器IC9-12的輸入端聯(lián)接，使其工作過(guò)程中，除依次輪流始終有一個(gè)在作跟蹤“采樣”以外，其余三個(gè)均處于“保持”狀態(tài)。各采樣保持器IC9-12分別以其采樣和保持的控制輸入端經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的6N136型光耦合器聯(lián)接于PIC16C57單片機(jī)IC2的一I/O輸出端后；同時(shí)，各采樣保持器的輸出端分別均與AD7503模擬開關(guān)IC14的輸入端聯(lián)接，并經(jīng)其后的LF356型運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器IC13輸出處于保持狀態(tài)的輸出信號(hào)。該單片機(jī)IC2另有一I/O輸入端還與帶有可將與所說(shuō)的調(diào)幅信號(hào)保持同步的調(diào)幅波同步信號(hào)依次作同相整形、鎖相環(huán)路數(shù)字濾波和90度移相處理的4046型90度移相器IC19的輸出端聯(lián)接。此外，該單片機(jī)IC2有兩I/O輸出端還分別經(jīng)各自的6N136光耦合器IC7，8與模擬開關(guān)IC14的地址信號(hào)輸入端聯(lián)接，提供控制各采樣保持器輪流依次作采樣/保持的變換和經(jīng)該模擬開關(guān)輸出保持信號(hào)的地址信號(hào)。
在上述結(jié)構(gòu)中，所說(shuō)的90度移相器IC19的電路結(jié)構(gòu)，可如圖6所示。其輸入端聯(lián)接于于前后依次設(shè)置的4050型同相器IC17，和4046型數(shù)字鎖相環(huán)IC18的輸出端后，由該90度移相器IC19的輸出端向單片機(jī)IC2輸出作90度移相的TTL同步信號(hào)。
上述結(jié)構(gòu)中提供相敏檢波輸出信號(hào)的線性相敏檢波器的結(jié)構(gòu)可如圖2和圖7所示。由傳感器接收并經(jīng)調(diào)幅處理后的調(diào)幅信號(hào)經(jīng)電壓跟隨器IC20的同相端輸入，反相端與輸出端相接后分為兩路，一路經(jīng)運(yùn)算放大器IC22的同相端輸入，放大后的輸出信號(hào)進(jìn)入AD7501模擬開關(guān)IC23的一輸入端S1；另一路經(jīng)運(yùn)算放大器IC21的反相端輸入，經(jīng)反相放大后的輸出信號(hào)進(jìn)入該模擬開關(guān)IC23的另一輸入端S2；另有一上述與該調(diào)幅信號(hào)同步的調(diào)幅波同步信號(hào)經(jīng)6N136光耦合器IC27隔離模擬地和數(shù)字地后，經(jīng)4050型同(或反)相器IC26整形后，經(jīng)該模擬開關(guān)IC23的地址信號(hào)輸入端輸入，用以控制兩運(yùn)算放大器IC21，22經(jīng)模擬開關(guān)的輸出狀態(tài)。模擬開關(guān)IC23的輸出端經(jīng)電壓跟隨器IC24向各采樣保持器IC9-12提供線性相敏檢波輸出信號(hào)。結(jié)構(gòu)中所說(shuō)的IC20，21，22，24均可采用AD-OP27型運(yùn)算放大器。
本線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器的工作過(guò)程是來(lái)自線性相敏檢波器的線性相敏檢波輸出信號(hào)同時(shí)分別進(jìn)入四個(gè)并列的采樣保持器IC9-12。與該調(diào)幅信號(hào)同步的調(diào)幅波同步信號(hào)依次經(jīng)同相整形、鎖相環(huán)路數(shù)字濾波和90度移相器IC19后，向單片機(jī)IC2輸出移相90度的TTL同步信號(hào)，由單片機(jī)IC2的I/O輸入輸出口發(fā)出采樣/保持的控制命令，經(jīng)光耦合器IC3，4，5，6隔離后控制各采樣保持器IC9-12依次對(duì)輸入的相敏檢波信號(hào)進(jìn)行“采樣”或“保持”。其控制信號(hào)流程如圖4所示當(dāng)輸入單片機(jī)的調(diào)幅波TTL同步信號(hào)處于上升沿時(shí)，由采樣器IC9“采樣”，其余采樣器則處于“保持”狀態(tài)，并由模擬開關(guān)IC14取采樣器IC11的保持信號(hào)輸出；該同步信號(hào)處于下降沿時(shí)，則由采樣器IC10“采樣”，其余則處于“保持”狀態(tài)，模擬開關(guān)IC14則改為取IC12的“保持”信號(hào)輸出；當(dāng)同步信號(hào)進(jìn)入下一個(gè)上升沿時(shí)，又由采樣器IC11“采樣”，其余則“保持”，模擬開關(guān)IC14又取IC9的“保持”信號(hào)輸出；當(dāng)該同步信號(hào)處于下降沿時(shí)，由采樣器IC12“采樣”，其余又處于“保持”狀態(tài)，模擬開關(guān)IC14則取IC10的“保持”信號(hào)輸出。如此循環(huán)往復(fù)進(jìn)行。圖3所示電路及圖4所示流程中同一時(shí)序狀態(tài)下各工作點(diǎn)的相關(guān)工作波形如圖5所示。
由于本實(shí)用新型是在對(duì)傳感器所接收的調(diào)幅信號(hào)作線性相敏檢波處理的基礎(chǔ)上，采用了在多個(gè)采樣保持器中除依次輪流使其中的一個(gè)作跟蹤“采樣”外，其余均為由移相90度的TTL同步信號(hào)控制而處于的該調(diào)制信號(hào)峰點(diǎn)電壓的“保持”狀態(tài)，并由模擬開關(guān)依次將各采樣保持器的該調(diào)制信號(hào)峰點(diǎn)電壓“保持”狀態(tài)的信號(hào)輸出，得到被還原的調(diào)制信號(hào)。因此，使最終輸出的包絡(luò)還原信號(hào)不僅能有效地克服現(xiàn)有的非線性失真現(xiàn)象，滿足了能最大限度不失真地實(shí)時(shí)了解調(diào)幅信號(hào)的幅度變化的需要，又能提高檢波效率和所得信號(hào)的能量，大幅度地減小了噪聲干擾，提高了信噪比。
權(quán)利要求1.一種線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于來(lái)自線性相敏檢波器的相敏檢波輸出信號(hào)輸出端同時(shí)分別與至少兩個(gè)并列狀態(tài)的采樣保持器相聯(lián)接，以其中一個(gè)作跟蹤采樣，其余均處于保持狀態(tài)的各采樣保持器分別以其采樣和保持的控制輸入端經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的光耦合器與單片機(jī)的一I/O輸出端聯(lián)接，各采樣保持器的輸出端分別與模擬開關(guān)的輸入端聯(lián)接后，經(jīng)聯(lián)接于模擬開關(guān)輸出端之后的電壓跟隨器的輸出端輸出包絡(luò)信號(hào)，該單片機(jī)另有一I/O輸入端與帶有可將與所說(shuō)的調(diào)幅信號(hào)保持同步的調(diào)幅波同步信號(hào)依次作同/反相整形、鎖相環(huán)路數(shù)字濾波和90度移相處理的90度移相器的輸出端聯(lián)接，所說(shuō)的單片機(jī)另還有兩I/O輸出端分別經(jīng)各自的光耦合器與模擬開關(guān)的地址輸入端聯(lián)接。
2.如權(quán)利要求1所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于所說(shuō)的采樣保持器為并列狀態(tài)設(shè)置的四個(gè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于所說(shuō)的90度移相器(IC19)設(shè)置于前后依次聯(lián)接的同/反相器(IC17)和數(shù)字鎖相環(huán)(IC18)之后。
4.如權(quán)利要求1或2所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于在所說(shuō)的線性相敏檢波器中，來(lái)自傳感器并作調(diào)幅處理后的調(diào)幅信號(hào)輸出端與電壓跟隨器的輸入端聯(lián)接，該電壓跟隨器后分為兩路輸出端，其中的一端與運(yùn)算放大器的同相輸入端聯(lián)接，其信號(hào)輸出端與模擬開關(guān)的一輸入端(S1)聯(lián)接，該電壓跟隨器的另一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端聯(lián)接，其信號(hào)輸出端與模擬開關(guān)的另一輸入端(S2)聯(lián)接，另有一前后順序連接的光耦合器和同/反相器，該光耦合器的輸入端與調(diào)幅波同步信號(hào)的輸出端聯(lián)接，該同/反相器的輸出端與模擬信號(hào)開關(guān)的地址信號(hào)輸入端聯(lián)接，模擬開關(guān)的輸出端后聯(lián)接輸出相敏檢波信號(hào)的電壓跟隨器。
5.如權(quán)利要求1或2所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于所說(shuō)的電壓跟隨器可為單運(yùn)算放大器、雙運(yùn)算放大器或四運(yùn)算放大器類器件中的任一種。
6.如權(quán)利要求1或2所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于所說(shuō)的采樣保持器可為普通采樣保持器、中速采樣保持器或高速采樣保持器中的任一種。
7.如權(quán)利要求1或2所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于所說(shuō)的光耦合器可為普通中速或高速光耦合器件中的任一種。
8.如權(quán)利要求1或2所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于所說(shuō)的單片機(jī)可為PIC系列、MC51系列、98系列或96系列單片機(jī)中的任一種。
9.如權(quán)利要求1或2所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于所說(shuō)的模擬開關(guān)可為AD75XXDI系列、AD7501～7507或CD40XX系列模擬開關(guān)中的任一種。
10.如權(quán)利要求4所述的線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器，其特征在于所說(shuō)的電壓跟隨器、運(yùn)算放大器可為單運(yùn)算放大器、雙運(yùn)算放大器或四運(yùn)算放大器類器件中的任一種。
專利摘要本線性相敏檢波有源包絡(luò)還原器中,線性相敏檢波器輸出的相敏檢波輸出信同時(shí)分別與至少兩個(gè)并列狀態(tài)的采樣保持器相聯(lián)接,各采樣保持器分別以其采樣和保持的控制輸入端分別經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的光耦合器與單片機(jī)的一I/O輸出端聯(lián)接,各采樣保持器的輸出端均與模擬開關(guān)聯(lián)接,并經(jīng)其后的電壓跟隨器輸出保持信號(hào)。單片機(jī)有一I/O輸入端同時(shí)還與可將調(diào)幅波同步信號(hào)作90度移相處理的90度移相器聯(lián)接。單片機(jī)有兩I/O輸出端分別經(jīng)各自的光耦合器與模擬開關(guān)聯(lián)接,提供用于控制各采樣保持器經(jīng)該模擬開關(guān)輸出的地址信號(hào)。
文檔編號(hào)H03M1/00GK2359836SQ9822894
公開日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1998年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月4日
發(fā)明者嚴(yán)金貴, 曾令義 申請(qǐng)人:廣漢長(zhǎng)盛電子有限責(zé)任公司