6. Модуляция и детектирование измерительных сигналов

Под модуляцией понимается процесс внесения измерительной информации, содержащейся в первичном сообщении, в невозмущенный сигнал-носительпосредством пропорциональногоизменения его информативного параметраb. В результате получается модулированный сигнал . Первичное сообщениечасто называют модулирующим сигналом. Обратный процесс, при реализации которого из измерительного сигналавосстанавливается исходное сообщение, называется демодуляцией или детектированием.

Схема модуляции и детектирования представлена на рис. 6.1. В результате демодуляции мы можем получить только оценку первичного сообщения, поскольку:

• с некоторыми погрешностями работают и модулятор и демодулятор,

• в процессе передачи и преобразований модулированный сигнал подвергается воздействию помех.

Разность называется погрешностью модуляции – детектирования.

6.1 Виды модуляции

В качестве сигналов – носителей чаще всего используются:

• сигналы постоянного уровня (сигналы постоянного тока),

• синусоидальные сигналы (сигналы переменного тока),

• импульсные сигналы (последовательности прямоугольных импульсов).

Тип сигнала – носителя определяет вид модуляции.

1. Носитель – сигнал постоянного уровня (рис. 6.2). Единственным параметром сигнала является его уровень, поэтому возможен единственный вид модуляции – модуляция уровня сигнала или прямая модуляция. Модулированный сигнал в линейном приближении описывается выражением

,

где- чувствительность устройства, реализующего процесс модуляции.

Взаимосвязь между сигналом – носителем, модулирующим сигналом и модулированным сигналом при прямой модуляции иллюстрируются на рис. 6.2 Уровень модулированного сигнала (ПМ – сигнала) в каждый момент времени пропорционален текущему значению модулирующего сигнала, то есть первичного сообщения.

2. Носитель – синусоидальное колебание

где - амплитуда,- начальная фаза,- частота (несущая частота) невозмущенного носителя.

Таким образом, имеется три независимых параметра, каждый из которых может быть связан с первичным сообщением. Здесь возможны три вида модуляции:

• АМ – модуляция. В зависимости от первичного сообщения изменяется амплитуда синусоидального колебания.

• ФМ – модуляция. В зависимости от первичного сообщения изменяется фаза синусоидального колебания.

• ЧМ – модуляция. В зависимости от первичного сообщения здесь изменяется частота ω синусоидального колебания.

На рис. 6.3 представлены графики первичного сообщения , невозмущенного сигнала – носителя, АМ – , ФМ – и ЧМ – модулированных сигналов. На рис. 6.3 наглядно видно, что модулированные сигналы для последних двух видов модуляции очень похожи друг на друга. Поэтому их часто объединяют в один тип модуляции и называют угловой модуляцией

3.Носитель – последовательность прямоугольных импульсов. Здесь имеется четыре независимых параметра – амплитуда импульсов, частота их следования, смещение по фазе (или по времени) относительно исходной (невозмущенной) последовательности и ширина отдельных импульсов. В соответствии с этим последовательность прямоугольных импульсов порождает большее число видов модуляции.

• АИМ – амплитудно-импульсная модуляция, при которой амплитуда импульсов изменяется пропорционально первичному сообщению, причем вершины импульсов повторяют форму сообщения λ(t).

• ФИМ – фазоимпульсная модуляция. Первые короткие импульсы каждого периода Т являются опорными, а временной (или фазовый) сдвиг вторых импульсов относительно опорных зависит от первичного сообщения .

• ЧИМ – частотно-импульсная модуляция, при которой частота следования импульсов зависит от первичного сообщения.

• ШИМ – широтно-импульсная модуляция, при которой моменты появления импульсов по прежнему образуют периодическую последовательность (с периодом Т), а ширина импульсов пропорциональна значению сообщения .

Кроме того, существует еще целый ряд вариантов этих четырех видов импульсной модуляции, отличающихся некоторыми особенностями. На рис. 6.4 представлены последовательно следующие графики:

• исходная последовательность прямоугольных импульсов,

• первичное сообщение,

• АИМ – сигнал,

• ЧИМ – сигнал вместе с исходной последовательностью импульсов,

• ФИМ – сигнал вместе с исходной последовательностью импульсов,

• ШИМ – сигнал вместе с исходной последовательностью импульсов.