相位檢測在微弱信號測量中的應(yīng)用

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刻網(wǎng)絡(luò)的ωn，從而根據(jù)表1顯示該時刻的被測溫度T。
3.2V′i是一個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(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量V(n)。激勵信號的ω加大一個步長便可獲得V(n+1)，ω繼續(xù)加大便可獲得V(n+2)。單片機(jī)系統(tǒng)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(xù)加大，系統(tǒng)繼續(xù)判斷新的V(n)、V(n+1)和V(n+2)，如一旦某一時刻V(n+1)遠(yuǎn)比V(n)和V(n+2)小，那么，在n+1時刻的激勵信號的頻率ω就要儲存起來，因為該頻率ω就有可能是RC無源網(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(tǒng)處在工廠現(xiàn)場中，時刻受到各種各樣的干擾。這些干擾的存在，會經(jīng)常產(chǎn)生瞬間最小值V(n+1)，且滿足V(n)V(n+1)以及V(n+2)V(n+1)的條件(見圖3)，這個最小值V(n+1)是虛假的，它對應(yīng)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(tǒng)進(jìn)行實際測量，發(fā)現(xiàn)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判斷最小值V(n+1)的真假。
　　激勵信號ω每加大一個步長，只要這個步長恰當(dāng)
　
判斷φn+2減φn+1的值，如→0，則V(n+1)和V(n+2)的相位沒有發(fā)生跳變，V(n+1)的值雖然很小，但是是虛假的，應(yīng)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。此時刻V(n+1)的ω就是我們要鎖定的。參見圖4.
3.4小結(jié)
　　一旦單片機(jī)系統(tǒng)檢測到V(n)V(n+1)且V(n+2)V(n+1)；同時它們對應(yīng)的相位不滿足：φn≈φn+1≈φn+2，則鎖定此時刻V(n+1)的ω，并存儲起來，通過查表顯示相應(yīng)的溫度。