基于同步相敏解调技术的三端式磁通门信号处理
相干解调的方法和过程
相干解调的方法和过程
相干解调是一种常用的信号处理技术，它可以将信号从高频转换为低频，从而方便信号的处理和分析。
相干解调的方法和过程如下：
1. 信号混频
相干解调的第一步是将信号混频，即将信号与一个高频信号相乘。
这个高频信号通常称为本振信号，它的频率比原信号高得多。
混频后，原信号的频率被转换为中频，方便后续处理。
2. 中频滤波
混频后得到的中频信号包含了原信号和本振信号的和与差，需要进行滤波以去除不需要的部分。
中频滤波器通常采用带通滤波器，只保留原信号的频率范围，去除其他频率的干扰。
3. 相干检波
经过中频滤波后，得到的信号仍然是一个复数信号，需要进行相干检波，将其转换为实数信号。
相干检波的方法是将中频信号与本振信号相乘，然后进行低通滤波，只保留信号的直流分量。
4. 解调输出
经过相干检波后，得到的信号就是原信号的解调输出。
这个信号可以进行进一步的处理和分析，例如进行数字信号处理、频谱分析等。
相干解调的方法和过程比较复杂，需要使用专门的电路和算法来实现。
但是，相干解调具有高精度、高灵敏度、高抗干扰性等优点，被广泛应用于通信、雷达、医学等领域。
光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
θ 为本振信号的初始相位，调整载波信号幅度 φ H ， 使 J 1 (φ H ) = J 2 (φ H ) 。将上两式相加得
SA = S1A(t) + S2A(t) = 2 ABJ1 (φ H ) cos (3ω H t + θ + φ A sin ω At + φ )
(15)
− KGJ 1 (c) cos Φ (t ) KHJ 2 (c) sin Φ (t )
φ (t ) = π 2 时， 奇 （偶） 数倍角频率 ω 出现在奇 （偶） 数倍载波频率 ω 0 两侧。这些出现在 ω 0 两侧的边带
信号携带着被测信号的相位信息。如果不加调制信
第3期
裴雅鹏 等：光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
19
号，输出光强 I1 = A + B cos Φ (t ) ，若 Φ (t ) = 0 ， 则 cos Φ (t ) = 1 ，由于 Φ (t)的存在，信号将发生消 陷或畸变。 光纤 Mach-Zehnder 干涉仪调制与解调系统如 图 4 所示，将两路干涉的信号做差分运算，消去直 流偏移量，与 G cos
2 I 2 = I12 + I 2 + 2 I1 I 2 cos ( ∆ϕ )
I1 = ALeabharlann + B cos ϕ (t ) I 2 = A − B cos ϕ (t )
臂上外界物理量的变化。
RA RA Lens Lens DC1 DC1 DC2 DC2 PD1
（2） （3）
通过对干涉信号相位的提取来获知作用在信号
中图分类号 TN253
1 引 言
自从 1881 年美国物理学家 Michelson 发明 Michelson 干涉仪以来， 使用激光干涉传感器测量位 移、速度的技术得到了很大的发展。随后又出现了 Sagnac 干涉仪、Mach-Zehnder 干涉仪、Fabry-Peort 干涉仪等一些干涉仪。激光干涉传感器能提供一种 精确、快速、非接触的测量，而信号处理将直接影 响到测量的分辨率、精度和动态范围等因素。在过 去的 20 年， 基于这些干涉仪原理的传感器相位解调 方法已经成为研究的主要课题，出现了许多不同的 调制与解调方法，从而使干涉型传感器的应用更加 广泛。本文首先介绍了几个不同结构干涉型传感器 的原理，然后着重介绍了其调制与解调技术的原理 及实现方法。
微波信号的调制解调技术
微波信号的调制解调技术微波技术是现代通信技术的重要组成部分，具有广泛应用和重要作用。
微波通信中的信号调制和解调技术是微波通信系统中的关键技术之一，对于提高通信系统的可靠性和有效性具有重要意义。
本文将从微波信号的基本概念、调制原理、解调技术、应用等方面进行探讨。
一、微波信号的基本概念微波信号是指频率在300MHz至30GHz之间的无线电信号，波长为1mm至10mm之间。
微波信号的传输具有高速度、高可靠性和高带宽等优点，因此得到了广泛的应用。
微波信号是由基带信号和载波合成而成的，其调制和解调技术对于微波信号的传输具有至关重要的作用。
二、微波信号的调制原理微波信号的调制是将基带信号调制到高频载波上，使其具有在微波通信中传输的能力。
微波信号的调制方法有幅度、频率和相位调制三种。
其中，幅度调制是通过改变高频载波的幅度来表示信号；频率调制是通过改变高频载波的频率来表示信号；相位调制是通过改变高频载波的相位来表示信号。
不同的调制方法适用于不同的通信需求，可以根据具体的情况进行选择。
三、微波信号的解调技术微波信号的解调是将高频载波上调制的信号恢复回来，以便于信号的处理和理解。
常见的微波信号解调技术有包络检波、相干解调和同步检波三种。
其中，包络检波是一种简单的解调方式，通常用于幅度调制的信号；相干解调是一种高效的解调方式，用于频率和相位调制的信号；同步检波则是一种广泛应用的解调方式，通常用于数字通信中的调制解调。
四、微波信号调制解调技术的应用微波信号的调制解调技术在现代通信技术中应用广泛。
微波通信系统、雷达系统、干扰对抗系统等都需要使用到微波信号的调制解调技术。
在军事领域中，微波通信还具有高速率、抗干扰性高、无线传输隐蔽等优点，因此在军事领域中得到了广泛的应用。
总之，微波信号的调制解调技术是现代通信技术中的重要组成部分，对于提高通信系统的可靠性和有效性具有重要意义。
通过深入了解和探索，可以不断优化微波信号调制解调技术，为人们在通信、导航、遥感等方面提供更加准确、高效的信息传输服务。
基于dsPIC单片机的全数字磁通门传感器设计
基于dsPIC单片机的全数字磁通门传感器设计
高嵩;袁春梅;刘思念
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2022(45)8
【摘要】针对传统模拟磁通门传感器的性能易受温度影响和电磁干扰、电路复杂难于集成、成本较高等问题,文中设计一种全数字磁通门传感器。
首先使用单片机内部多路A/D对磁通门探头输出信号直接进行数字化处理;然后通过单片机设计相关算法,实现对采样后的数字信号进行放大、相敏整流、低通滤波、积分、PID闭环控制等功能。
积分后的信号其中一路通过串口将输出量传送给计算机,另一路通过D/A控制反馈线圈的补偿信号来构成闭环系统,以提高系统的稳定性。
最后,采用工业级dsPIC单片机设计一种经济型三轴一体化全数字磁通门传感器。
该全数字磁通门传感器的测量范围达到±60 000 nT,线性度为10^(-5),分辨力为36 nT。
测试结果表明,文中设计的传感器可替代传统模拟磁通门传感器而用于需求量大的消费级产品。
【总页数】6页(P51-56)
【作者】高嵩;袁春梅;刘思念
【作者单位】成都理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN722-34;P631.33
【相关文献】
1.基于FPGA的数字磁通门传感器系统设计和实现
2.基于DSP的数字磁通门传感器设计
3.基于单片机的数字磁通门传感器
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5.基于磁通门和磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计
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相敏检波电路的原理及应用
相敏检波电路的原理及应用一、相敏检波电路的基本原理相敏检波电路是一种常见的电路，用于将交流信号转换为直流信号。
它的基本原理是利用二极管的非线性特性，将交流信号的正、负半周分离并转换为直流信号输出。
相敏检波电路结构简单，工作稳定可靠，广泛应用于通信、无线电、雷达以及测量仪器等领域。
二、相敏检波电路的组成部分1.输入信号源：输入信号源可以是来自天线、电磁波接收器或任何其他交流信号源。
2.待检测信号源：待检测信号源是输入信号经过前级放大电路放大后的信号。
3.相敏检波器：相敏检波器一般采用二极管作为核心元件，将待检测信号转换为直流信号。
4.RC滤波电路：RC滤波电路用来平滑输出的直流信号，去掉杂波和干扰。
5.输出负载：输出负载是相敏检波电路输出的直流信号要送达的地方，如示波器、稳压电路等。
三、相敏检波电路的工作原理1.输入信号经过前级放大电路进行放大。
2.经过放大后的信号进入相敏检波器。
3.由于二极管的非线性特性，只有正半周或负半周的信号才能通过二极管。
4.通过二极管的信号被整流，得到一个只包含正半周或负半周的信号。
5.经过RC滤波电路的平滑，得到一个纯净的直流信号。
6.直流信号送往输出负载。
四、相敏检波电路的应用相敏检波电路在通信、无线电、雷达以及测量仪器等领域有着广泛的应用。
1.通信应用：在通信系统中，相敏检波电路常用于解调调制信号，将调制信号转换为原始信号。
例如，调幅（AM）调制信号通过相敏检波电路可以还原为原始的音频信号。
2.无线电应用：在无线电接收机中，相敏检波电路被用于接收和解调无线电信号。
无线电信号经过射频放大器放大后，进入相敏检波电路，通过二极管进行整流。
然后，通过RC滤波电路去除杂波和干扰，最终得到解调后的音频信号。
3.雷达应用：雷达系统中，相敏检波电路常用于接收和解调雷达回波信号。
雷达回波信号经过放大电路放大后，进入相敏检波电路进行检波和解调，得到目标的信息。
4.测量仪器应用：在各种测量仪器中，相敏检波电路的作用是提取信号的幅度或频率信息。
磁通门电流传感器的多点零磁通技术
磁通门电流传感器的多点零磁通技术田新良;钱麒羽;付伟【摘要】在磁通门电流传感器中采用多点零磁通技术,通过对激励磁通、直流磁通、交流磁通及高频磁通的零磁通闭环控制,从而使传感器在全带宽范围内拥有很高的增益和测量精度,实现了对交流电流、高频电流以及直流电流的精密检测,消除了激磁模块产生的干扰磁场,提高了传感器的电流检测精度,降低了传感器的生产成本.该方案产品可广泛应用于仪器仪表制造商、充电桩制造企业、电动汽车制造商、光伏逆变器制造商、高精度直流电源制造商、航空航天、计量院、高校科研院所等诸多领域.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2018(055)0z1【总页数】5页(P21-25)【关键词】磁通门;电流传感器;零磁通【作者】田新良;钱麒羽;付伟【作者单位】深圳市航智精密电子有限公司,广东深圳518000;深圳市航智精密电子有限公司,广东深圳518000;深圳市航智精密电子有限公司,广东深圳518000【正文语种】中文【中图分类】TM9330 引言磁通门电流传感器是一种能感知待测电流，将大电流或微电流转换成易于测量的小电流、电压信号并隔离输出模拟信号或数字信号的传感器。
现有的磁调制式磁通门电流传感器通常都包括激磁模块和直流磁通闭环控制模块[1-2]。
激磁模块用于产生目标激励磁场，以对穿过磁通门电流传感器的待测电流产生的直流磁场进行检测，并输出与直流磁场对应的直流偏磁信号；直流磁通闭环控制模块根据直流偏磁信号产生直流多磁通补偿磁场，对待测电流产生的直流磁场进行补偿，进而实现对直流电流的检测。
然而，由于激磁模块整体对外不是零磁通状态，即激磁模块对外存在激磁干扰磁场，因此会对直流磁通检测及直流磁通闭环控制模块产生的直流磁通补偿磁场产生干扰，导致传感器的测量精度降低，甚至导致传感器无法正常工作。
现有技术通过在传感器中增加磁屏蔽器来隔离激磁模块和直流磁通闭环控制模块的联系[3-4]，但磁屏蔽器设计复杂，价格昂贵，使传感器的生产、组装变得非常复杂，成本增高，且也没有从根本上消除激磁模块磁通不平衡带来的影响。
基于Sigma-Delta调制技术的高精度数字磁通门磁强计仿真
基于Sigma-Delta调制技术的高精度数字磁通门磁强计仿真陈武祥;王劲东;吕尚;李云鹏;薛永亮;宋伟【期刊名称】《空间科学学报》【年(卷),期】2022(42)2【摘要】设计了一种基于1 bit Sigma-Delta环路调制技术的高精度数字磁通门磁强计,建立了数字磁强计信号处理仿真模型,并利用Matlab的Simulink仿真工具开展了数字磁通门磁强计模型的仿真分析,对数字磁强计系统的噪声、线性度、响应速度和频率响应进行了仿真计算。
利用本文1 bit Sigma-Delta环路调制技术的数字磁强计在量程超过±10^(5 )nT的情况下,系统在1 Hz处的噪声仅为4.66 pT·Hz^(-1/2),最大线性偏差为0.16 nT,动态响应速度达到2×10^(6) nT·s^(–1),频率响应带宽超过10 Hz。
仿真结果表明,基于1 bit Sigma-Delta环路调制技术的数字磁通门磁强计可以有效降低对A/D转换器精度的要求,在保证性能的前提下大幅度降低了电路复杂程度,提高了系统的可靠性,在深空探测、空间磁场测量等领域具有广泛的应用前景。
【总页数】10页(P284-293)【关键词】数字磁通门磁强计;1 bit ADC;SIGMA-DELTA调制;CIC抽取滤波器;Simulink仿真工具【作者】陈武祥;王劲东;吕尚;李云鹏;薛永亮;宋伟【作者单位】中国科学院国家空间中心空间天气学国家重点实验室;中国科学院大学【正文语种】中文【中图分类】V476.4【相关文献】1.萤火一号火星探测器磁通门磁强计高精度标定技术2.数字式磁通门磁强计设计3.带通Sigma-Delta数字调制器设计与仿真验证4.基于ARM的数字式磁通门磁强计设计5.基于磁通门的高精度数字磁场探测系统的研究与实现因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
相干解调算法
相干解调算法1. 背景介绍相干解调算法是一种用于解调相干通信系统中的信号的算法。
在通信系统中，相干解调是将接收到的信号从高频载波中分离出来，恢复原始的基带信号。
相干解调算法在无线通信、光纤通信等领域都有广泛的应用。
2. 原理及工作流程相干解调算法主要基于两个原理：载波同步和相位估计。
通过对接收到的信号进行载波同步和相位估计，可以恢复出原始的基带信号。
工作流程如下： 1. 接收信号：从传输介质中接收到经过调制后的信号。
2. 载波同步：通过接收到的信号，估计出发送端使用的载波频率和初始相位。
3. 相位估计：利用载波同步得到的信息，对接收到的信号进行相位估计。
4. 解调：根据相位估计得到的信息，将接收到的信号进行解调，得到原始的基带信号。
3. 常见算法3.1 直接数字合成（DDS）算法直接数字合成（DDS）算法是一种常见的相干解调算法。
它通过数字信号处理技术，将接收到的信号与本地参考信号进行比较，从而实现载波同步和相位估计。
DDS算法具有计算简单、实现方便等特点。
3.2 盲解调（BD）算法盲解调（BD）算法是一种无需事先获得发送端信息的相干解调算法。
它通过对接收到的信号进行统计分析，估计出载波频率和初始相位，从而实现载波同步和相位估计。
盲解调算法适用于无线通信中无法获取发送端信息的场景。
3.3 最大似然（ML）算法最大似然（ML）算法是一种基于统计模型的相干解调算法。
它通过最大化接收到的信号与理论模型之间的似然函数，来估计载波频率和初始相位。
最大似然算法具有较高的解调性能，但计算复杂度较高。
4. 应用领域相干解调算法在各个通信领域都有广泛的应用，包括但不限于： - 无线通信：在蜂窝网络、卫星通信等无线通信系统中，相干解调算法用于将接收到的信号解调为原始的基带信号。
- 光纤通信：在光纤通信系统中，相干解调算法用于将接收到的光信号解调为原始的电信号。
- 无线电广播：在无线电广播系统中，相干解调算法用于将接收到的广播信号解调为音频信号。
扩频通信第5章扩频信号的解扩与解调
设计良好的相关器（例如乘积检波器）,可以允许在输入信 噪比低达 -50 ~ -20dB的条件下，从强干扰噪声中检测出微弱 信号。因此大多数扩频信号的解扩都使用相关检测器，也有 一些简单的扩频通信系统使用非相关检测器。
2
引言
➢ 扩频信号解调需要两步来完成 （1）对扩频信号进行解扩/跳; （2）对解扩/跳后的载有信息的信号进行解调。
上述结果对 1 都能成立。注意到伪随机码的自相关特性,在 时， 合1 成信号的功率谱密度函数退化为伪随机码的功率谱密度
函数，在 =0时，合成信号的功率谱全部都成为直流分量。
20
5.2.1 码元同步偏移对相关器输出的影响
➢ 码元同步偏移的影响分析
令
N ( f
)
2
N 12
N
sin(πf Tc πf Tc
若两个电信号具有相同振荡频率,相同电矢量振动方向，且有固 定的相位差，则这两个信号就是相干的。即使是相干信号，它 的某些参数也可能是随机的。
在实际振荡器中,无论相位如何稳定，都会有随机成分。只要
随机成分占的比例很小，可以忽略，或影响可分析和控制，那
么工程上仍可认为是相干信号或部分相干信号。
4
5.1.1 相干通信的基本概念
由于输出叉指电极对之间的间隔对声表面波的传输延迟正好等于一个码元宽度t所以输出脉冲是彼此相连接的并且各脉冲的相位载波f的相位取决于相应的叉指电极的极性即取决于电极连接到汇流条的方式最后的输出可以看成是与输入伪随机码每一码元相对应的叉指电极对输出的叠加图529所示输出端叉指电极的极性等效的码元为32位长的m序列1100110相关信号振幅输出如图530所示
➢ 目标
有必要研究码元同步状态发生偏移对相关器输出的影响。
相移解调法
相移解调法
相移解调法，是一种用于从调制信号中提取信息的数字信号处理方法。
在通信系统中，调制信号经常受到干扰，因此必须使用解调技术来提取信号中的有用信息。
相移解调法可以有效地提取调制信号中的信息，因此是通信领域中广泛使用的一种解调方法。
相移解调法的基本原理是利用信号中的相位变化来提取信息。
在调制信号中，载波波形的相位会随着信息的变化而发生变化，因此通过检测相位变化，可以还原出信息信号。
相移解调法通常会对信号进行两次相移操作，第一次相移是将信号移动到一个固定的频率上，第二次相移是将信号移动到基带频率上。
在实际应用中，相移解调法可以通过数字信号处理算法来实现。
通常使用离散傅立叶变换（DFT）来计算信号的频率分量，并将信号移动到固定频率上。
然后将信号进行正交解调，并使用低通滤波器滤除高频噪声。
最后，使用另一个相移操作将信号移动到基带频率上，并使用解调器对信号进行解码。
相移解调法在通信系统中的应用非常广泛。
例如，在数字广播和卫星通信系统中，常常使用相移解调法来提取音频和视频信号。
在移动通信系统中，也常采用相移解调法来解调数字信号。
此外，相移解调法还可以用于检测雷达信号等。
总之，相移解调法是一种在通信系统中应用广泛的数字信号处理技术。
通过利用信号中的相位变化来提取信息，相移解调法能够有效
地还原出有用的信息信号。
在实践应用中，相移解调法需要结合数字信号处理技术来实现。
对于通信系统和雷达系统等领域，相移解调法都具有重要的应用价值和指导意义。
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总第２０２期 ２０１１年第４期 舰船电子工程
Ｓｈｉｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３１ ＮＯ．４
１７９
基于同步相敏解调技术的三端式磁通门信号处理 李志新张朝阳 （海军工程大学电气与信息工程学院武汉４３００３３）
摘要文章研究了三端式磁通门测磁仪信号的同步相敏解调技术。在磁通门测磁仪基本工作原理的基础上，首先分 析了三端式磁通门测磁仪在方波激励下的输出信号组成，微弱的偶次谐波中包含了待测磁场信号。简述了同步相敏解调技 术及其检测微弱信号的特性，根据三端式磁通门测磁仪输出信号的特点，讨论了采用基于电子开关的同步相敏解调技术解 调待测磁场信号的可行性和优越性，为三端式磁通ｒ］Ｎ磁仪信号处理电路的设计提供了重要理论依据。 关键词磁通门；同步相敏解调；偶次谐波 中图分类号ＴＰ２１２．１３
Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｆｌｕｘｇａｔｅ ｗｉｔｈ Ｔｈｒｅｅ ＴｉｐＳ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｉ Ｚｈｉｘｉｎ Ｚｈａｎｇ Ｚｈａｏｙａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｆｌｕｘｇａｔｅ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｔｉｐｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｐｈａｓｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｆｌｕｘｇａｔｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｆｌｕｘ— ｇａｔｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｔｉｐｓ ｄｒｏｖｅ ｂｙ ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｂｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｃｏｎ— ｒａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｅｖｅｎ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｐｈａｓｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｗｅａｋ ｓｉｇｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓａｉｄ ｂｒｉｅｆｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｅｃｕｌｉａｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｆｌｕｘｇａｔｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｔｉｐｓ，ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｂｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｐｈａｓｅ ｓｅｎｓｉ— ｔｉｖｅ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｗｉｔｃｈ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｃａｎ ｏｆｆｅｒ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａ１ ｇｕｉｄｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ｆｌｕｘｇａｔｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｔｉｐｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｆｌｕｘｇａｔｅ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｐｈａｓｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ｅｖｅｎ ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｃｌａｓｓ Ｎｕｍｂｅｒ ＴＰ２］２．】３
１ 引言 磁通门测磁仪是直接测量外界磁场分量的矢 量测磁仪，是一种基于软磁材料磁化非线性特性的 磁场测量仪器，主要用于恒定或者低频变化的弱磁 场测量，具有简单、经济、可靠等优点，在科学研究、 国防建设、工业生产、日常生活等领域都有广泛的 用途ｌ１］。在交变激励磁场的作用下，铁芯的导磁特 性发生周期性的饱和与非饱和变化，从而在感应线 圈中感应出与外磁场成正比的调制信号，该调制信 号的各谐波成分中，只有偶次谐波含有外磁场的信 息，因此，通过特定的检测电路，就可以提取外磁场 信息。 三端式磁通门是２Ｏ世纪９０年代初发展起来 的。该传感器实际上类似于把两个单轴型磁通门 并联，一端铰为信号的输出端，同时也是信号的反 馈端，另两端分别作为互补对称激励信号的输人 线 ｊ，如图１所示。三端式磁通门的结构更简单， 温度系数更小，噪声水平更低，另外它还有个突出 的优点就是激励电压允许在一个很宽的范围内变
＊收稿日期：２０１０年１１月１０日，修回日期：２０１０年１２月１３日 作者简介：李志新，男，硕士，讲师，研究方向：电工理论与新技术。 １８Ｏ 李志新等：基于同步相敏解调技术的三端式磁通门信号处理 总第２０２期 动，这给激磁信号的设计带来很大方便。 及 线
图１三端式磁通门测磁仪示意图 磁通门探头感应地磁场的信号很微弱，携带有 待测磁场信号的偶次谐波几乎淹没在各种噪声中， 对检测电路提出很高的要求［３］，需研究特殊的微弱 信号检测电路以从感测信号中提取待测磁场信号， 其中解调算法的选取尤为重要，直接关系到测磁仪 的精度。
２三端式磁通门信号分析 三端式磁通门测磁仪的铁芯采用坡莫合金，驱 动信号要求频率稳定、电压幅值稳定、相位稳定，故 采用图２（ａ）所示方波电压作为激励信号。方波ｒ （￡）的幅度为± 、周期为丁、角频率为０９。一２ｎ／Ｔ， 展开为傅立叶级数形式为
磁导 ｆｂ） 强度 吉号 图２三端式磁通门测磁仪各物理量关系 ）一 薹 ｃｏｓ［（２ｎ－１
（１） 忽略线圈电阻，当待测磁场为。时，坡莫合金 中的磁感应强度为 ｒ（￡）一一（一ＷＳ ｄＢ （ｔ）・）
—ｄＢ—（ｔ）一丛盟
ｄｔ ＷＳ
Ｂ（ｔ）一 薹 ｓｉｎ［（２ｎ ］
（２） 如图２（ｂ）所示，其中Ｗ为激励线圈总匝数，Ｓ 为坡莫合金横截面积。当待测磁场为０时，坡莫合 金中的磁场强度为： 一 （３） 由于坡莫合金的磁化非线性特性， （￡）的波形 如图２（ｃ）所示，为偶函数，且其基波频率为激励频 率的２倍，展开为傅立叶形式［ ： （￡）＝／ｌｏ ＋ ２ ｃｏｓ（２ｗｏｔ）＋ ４ ｃｏｓ（４ｗｏｔ）＋ ６ ｃｏｓ（６ｗｎ ）＋… （４） 若待测磁场强度为Ｈ。，Ｈ。一般小于５０Ａ／ｍ， 远小于Ｈ（￡）的幅值（大于１５００Ａ／ｍ），则上半轴线 圈的感应电压为Ⅲ５］： Ｖ，Ｉ一飞 一一（一 ・ ｄＢ（ｔ）） ：：： ． ：盟： ］ ２ 一一ＷＳ．坐 竺！ ２ 一 ・［ ＋ Ｈ２ ㈤警］（５） Ｌ 。 ’Ｐ ．Ｊ … 磁通门测磁仪一般用于测量恒定或低频磁场， Ｈ。一般变化缓慢，可认为 一０， 一Ｗ Ｓ・［ ＋ Ｈ。］ （６） 式中第一项即为 ，由式（１）可知，第一项只 含奇次谐波，设第二项为、／，Ｈ ，则由式（４）可得： ＶＨｏ＝ＷＳＨｏｏｏｏ・［一２ｆ１２ ｓｉｎ（２ｗｏ￡）一４／１４ ｓｉｎ （４ｃｏｏ ）一６，ｕ６ ｓｉｎ（６ｃｏｏ ）一…］ （７） 只含偶次谐波。同理，下半轴线圈的感应电压为： Ｖｓ２一 ・［ ～ Ｈ。］ ㈣ 第一项为～ ，只含奇次谐波，第二项与上 半轴的第二项相同。所以三端式磁通门调制了被 测磁场信息的感测信号如式（７）所示。 ３相敏解调技术 同步相敏解调，即为将被解调信号ｚ（￡）与参考 信号ｒ（ ）相乘，得到输出信号‰（ ），再经过低通滤 波器滤波，得到直流信号，然后放大＿６ｑ］。如设 （ｆ） 一 ｃｏｓ（ｗ，ｔ＋ ），ｒ（ ）一 ｃｏｓ（￣０ ｔ），相乘结果为 ｐ（ ）一 （ ）・ｒ（ ）一寺［ＶＷ，ｃｏｓ（＆ｏｔ＋Ｏ） ＋ Ｖ ｃｏｓ（￣ ｔ＋（Ｕｏ￡＋ ）］ （９） 式中第一项的△ 一∞ 一叫。，为被解调信号与参考 信号的频率差，式中的第二项为二者的和频分量， ２０１１年第４期 舰船电子工程 １８１ 它不能通过ＬＰＦ（低通滤波器）达到输出，所以只考
图３同步相敏 解调的幅频特性
虑低通滤波器对频率为 △ 。的正弦信号的响应。 若Ｉ ＰＦ采用一阶ＲＣ 低通滤波器，其频率响 应为Ｈ（ ）一
丁二靠，则同步相敏 解调的幅频特性如图３ 所示，相当于通带很窄的带通滤波器，其中心频率 为参考信号的频率，能从大的噪声中检测出微弱信 号。
４ 三端式磁通门信号的同步相敏解调 三端式磁通门测磁仪的输出如式（６）所示，既 含有激励信号又含有感测信号，而且激励信号的幅 值远大于感测信号的幅值。但由式（７）可知，包含 待测磁场信息的感测信号的频率是激励信号的偶 数倍，采用同步相敏解调技术可方便地从输出信号 中解调出待测磁场信息。 以两倍于激励频率的标准正弦信号作为参考 信号的同步相敏解调固然能精确地解调出待测磁 场信息，但产生标准的正弦信号难度大，非标准正 弦信号作为参考则易带来误差。基于电子开关的 同步相敏解调技术，即用两倍于激励频率的方波作 为参考信号，虽然噪声带宽宽些，但结构简单、价格 便宜、工作稳定可靠、抗过载能力强，有很强的实用 性＿８］，尤其是当激励信号采用方波时，激励信号和 解调参考信号可从同一信号源获得，即简单又能保 证同步性。所以基于电子开关的同步相敏解调技 术更适用于三端式磁通门测磁仪，系统组成如图４ 所示，晶振产生频率为２ｆｏ的方波。
图４三端式磁通ｆ＇］Ｎｌｌ磁仪系统组成 ｆ１ 图５基于电子开关的同步相敏解调示意图
基于电子开关的同步相敏解调如图５所示，其 中 为磁通门信号线的输出，驱动电子开关的ｒ （ ）为图２（ｄ）所示的方波信号，ｒ （ ）的频率为２ 。， 实际电路中，系统的激励信号ｒ（￡）由ｒ （ ）分频得 到，如图４所示，分频器需在ｒ （ ）的上升沿触发， 才能保证图２所示的参考信号和激励信号的相位 关系，否则不能解调。电子开关的两个输入端分别 接在反向器的两端，正向输入端为 ，反向输入端 为一 ，即电子开关的输出Ｕｐ（￡）可认为是 与 一幅值为１，频率为２ 。的方波相乘的结果，即可认 为图２（ｄ）所示的方波的幅值为１，其傅立叶级数形 式为
ｒ ）一 ∑ ｓｉｎＥ（２ －－１）２ｏｏｏｔ］（１ｏ） 可见 （￡）的频率成分为２（２ｎ一１）次，根据前 面的分析可知，在这种解调方式下，磁通门信号线 输出信号相当于通过了一系列带通滤波器，这些滤 波器的中心频率为（２ｎ一１）２ 。，如式（６）所示的输 出信号的奇次谐波成分将被滤除，２、６、１０、１４等偶 次谐波的幅值将被解调出来。如式（９）所示， 与 ｒ （￡）相乘，经低通滤波器后的输出号Ｕｏ（ ） Ｕｏ（￡）一 玉 （一２／１２ ＋６ 一１ｏ １。 十…）