专利名称：调制探头调制及相敏解调器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种解调器，特别是涉及一种用于铁路高速调制热敏电阻型轴温探测器及高速光子轴温探测器的调制探头调制及相敏解调器。
现在，用于铁路探测轴箱温度的热敏电阻型轴温探测器，由于热敏电阻响应时间常数在2MS以上，探测列车轴箱温度不宜超过100KM/h车速，当超过此车速时，探头的轴箱波形将产生畸变，影响列车故障轴的判别，不能适应列车高速度的特点。当前，调制探头解调电路主要采用全波检波方案，在应用中存在一定的技术问题，当采用全波检波解调时，不能正确分辨探测的温度与调制盘温度的正负差值，影响低温轴箱小信号的判别，由于二极管正向死区电压的影响，低温差信号的信噪比低。同时，探测热敏电阻由主热敏电阻和副热敏电阻构成，采用半桥作为信号输入，抗共模抑制比较差。
本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供一种即能保持调制探头适应探测高速度列车轴温的特点，又能正确分辨探测的轴箱温度与调制盘温度的正负差值，具备低温轴箱小信号的信噪比的调制探头调制及相敏解调器。
本实用新型调制探头调制及相敏解调器是这样实现的，它由调制盘和解调电路构成，其中，调制盘是在圆周方向上等开了10孔的圆盘，由同步电机驱动，6000转/分，全桥热敏电阻检测电路中的热敏电阻和同步信号拾取放大电路中的槽形光耦合器同时被调制盘所调制，调制盘调制热敏电阻及槽形光耦合器的频率在1kc。解调电路包括全桥热敏电阻检测电路、高阻差分放大电路、AM波驱动放大电路、二极管环形解调器电路、同步信号拾取放大电路、同步解调电压驱动电路、一级低通滤波电路、同相跟随电路、调零放大电路和二级低通滤波电路。连接关系是，全桥热敏电阻检测电路输出接高阻差分放大电路输入，高阻差分放大电路输出接AM波驱动放大电路输入，AM波驱动放大电路输出接二极管环形解调器电路输入、同步信号拾取放大电路输出接同步解调电压驱动电路输入，同步解调电压驱动电路输出接二极管环形解调电路输入，二极管环形解调电路输出接一级低通滤波电路输入，一级低通滤波电路输出接同相跟随电路输入，同相跟随电路输出接调零放大电路输入，调零放大电路输出接二级低通滤波电路输入。全桥热敏电阻检测电路由电阻R1、R2、RM1和RM2构成的全桥，电容C1～C4构成；高阻差分放大电路由运算放大器U1和U2及其外围电路构成；AM波驱动放大电路由运算放大器U3及其外围电路、变压器B1的初级构成；二极管环形解调器电路由二极管D1～D4、电位器W1和电阻R30～R33、变压器B1的次级和B2的次级构成；同步信号拾取放大电路由槽形光耦合器U6及其外围电路构成；同步解调电压驱动电路由三极管T1、二极管D5、电阻R34～R36、电容C32～C34及变压器B2的初级构成；一级低通滤波电路由四高阻运算放大器U4/B构成；同相跟随电路由四高阻运算放大器U4/C构成；调零放大电路由运算放大器U5及其外围电路构成；二级低通滤波电路由四高阻运算放大器U4/D和U4/A及其包围电路构成。
本实用新型调制探头调制及相敏解调器的工作过程是，调制探头AM波载频由同步电机的转速及调制盘的开孔个数决定，红外器件将调制的轴箱热辐射信号转换为电信号，该信号实际上由轴箱热辐射信号波(S波)，调制盘高速调制轴箱辐射信号波形成的调制波(M波)与器件本身的热惯性决定的缓慢上升的脉冲波(τ波)三者的合成波，经全桥热敏电阻检测，高阻差分放大，AM驱动放大滤除τ波，得到包含轴箱信号S波和调制信号M波的AM波，通过耦合变压器B1转换成双路AM波电压加载二极管环形解调器。并采用槽形光耦合器安装位置与热敏电阻安装位置同时被调制盘调制，实现与热敏电阻输出AM波信号的同步信号拾取放大，该信号经同步解调电压驱动，将单路同步解调电压通过耦合变压器B2转换成双路同步解调电压加载二极管环形解调器，在AM波与同步解调电压共同作用下，得到A M波相敏解调电压信号D波，二极管环形解调器既可实现分辨探测温度与调制盘温度的正负差值，又可以消除二极管的正向死区电压，提高低温差信号的信噪比。相敏解调波D波经过一级低通滤波、同相跟随、调零放大、二级低通滤波滤除调制波M波的倍频脉冲波及其它电压噪声波最后输出对应于轴箱温度信号的S波。
本实用新型调制探头调制及相敏解调器的优点在于1)温差信噪比高，当轴箱温度高于环境温度5℃时，信噪比大于23dB，当轴箱温度高于环境温度70℃时，信噪比大于46dB。2)可以实现分辨探测的温度与调制盘温度的正负差值，并且温度-电压响应曲线与温度轴共轭，温度-电压响应曲线线性度高，轴箱温度高于或低于环境温度0～70℃范围内30mV/℃。3)采用将半桥热敏电阻检测输出实施为用精密电阻与热敏电阻构成全桥的检测输出，用高阻运算放大器代替埸效应管，与热敏电阻的全桥的检测输出组成高阻差分放大，有效地提高调制探头的共模抑制比。4)采用槽形光耦合器安装位置和热敏电阻安装位置同时被调制盘调制，精确实现与热敏电阻输出AM波信号的同步信号拾取放大。5)采用本实用新型的调制探头适用的车速范围大，能探测静止轴箱至通过时间仅6ms的轴箱，其输出轴箱信号与列车车速无关。
以下结合附图详细说明本实用新型实施例。
图1本实用新型电路框图图2本实用新型电路连接图图3本实用新型中热敏电阻和槽形光耦合器与调制盘位置示意图本实用新型调制探头调制及相敏解调器由调制盘和解调电路构成，其中，调制盘1的圆周方向上等开了十个孔4，并调制热敏电阻2和槽形光耦合器3。解调电路包括全桥热敏电阻检测电路、高阻差分放大电路、AM波驱动放大电路、二极管环形解调器电路、同步信号拾取放大电路、同步解调电压驱动电路、低通滤波电路、同相跟随电路、调零放大电路和低通滤波电路。连接关系是，全桥热敏电阻检测电路输出接高阻差分放大电路输入，高阻差分放大电路输出接AM波驱动放大电路输入，AM波驱动放大电路输出接二极管环形解调器电路输入、同步信号拾取放大电路输出接同步解调电压驱动电路输入，同步解调电压驱动电路输出接二极管环形解调电路输入，二极管环形解调电路输出接低通滤波电路输入，通滤波电路输出接同相跟随电路输入，同相跟随电路输出接调零放大电路输入，调零放大电路输出接低通滤波电路输入。
其中，全桥热敏电阻检测电路Ⅰ由电阻R1、R2、RM1和RM2构成的全桥，电容C1～C4构成。RM1接RM2,RM1接R1、C1和C3正极+17V,RM2接R2、C1和C2负极、-17V,R1接R2、C1、C2、C3负极，C4正极接地；高阻差分放大电路Ⅱ由运算放大器U1(LF412)、U2(QP-27)、电容C5～C7、电阻R3～R6构成。U1/A同相输入端3脚接RM1和RM2结点，U1/B同相输入端5脚接R1和R2的结点，U1/A的输出端1脚接反向输出端2脚和R3一端，U1/B的输出端7脚接反向输入端5脚和R4一端，R3另一端接U2反向输入端2脚和R6一端，R4另一端接U2同相输入端3脚和R5一端，R5另一端接地，R6另一端接U2输出端6脚；AM波驱动放大电路Ⅲ由运算放大器U3(QP-27)、电容C9～C14、电阻R7～R12和变压器B1的初级构成。C12一端接U3输出端6脚和R8一端，C12另一端接R7和R8,R8和C12构成RC耦合电路，R7一端接U3同相输入端3脚，U3反向输出端2脚接R9R10R11和C9一端，R9另一端接C13一端，C13另一端接和R10另一端接地，C9和R11另一端、C14和R12一端接U3输出端6脚，C14和R12另一端并接B1/1脚，B1/2脚接地。该级R9C13和B1高频提升AM波增益，B1将单路AM波转换为双路对称AM波；二极管环形解调器电路Ⅳ由D1～D4、电位器W1和电阻R30～R33、变压器B1的次级和B2的初级构成。D1～D4同一方向与R30～R33、W1串联成一闭合回路，在它的一个对角线上加输入AM波电压，电位器W1滑臂接B1/3,R32与R33结点接B1/5，在其另一对角线上加解调电压，D3负极与R30结点接B2/5,D4正极与R31结点接B2/3,B1/4接R13输出全波相敏解调电压，B2/4接地；同步信号拾取放大电路Ⅸ由槽形光耦合器U6(H21A3)，电阻R37和R38，电容C35和C36构成。U6构成饱和放大器，安装位置与热敏电阻同时被调制盘所调制，U6中的红外发射二极管正极通过R38接+24V电源，负极接地，光敏三极管的集电极通过R37接+24V电源，光敏三极管发射级接地；同步解调电压驱动电路X由三极管T1、二极管D5、电阻R34～R36、电容C32～C34及变压器B2的初级构成。T1构成反向饱和放大器，基极通过R36接D5负极，通过C33接U6光敏三极管集电极，D5正极接地，集电极接C32和R35一端，R35另一端接R34一端和B2/2,R34、C32和B2/1接十24V电源，发射极接地，进行同步解调电压驱动放大，B2将单路解调电压转换为双路对称解调电压；低通滤波电路Ⅴ由四高阻运算放大器U4/B(LF347)、电容C15～C16、电阻R13～R16构成。U4/B构成有源低通滤波器，该级解调热敏电阻探测的温度信号，滤除AM波载频电压及噪声电压，R13一端接R14、C16一端，R14另一端接C15与U4/B同相输入端5脚的结点，C15另一端接地，R15与R16的接点接U4/B反向输入端6脚，R16另一端接地，U4/B输出端7脚接R15另一端和C16另一端；同相跟随电路Ⅵ由四高阻运算放大器U4/C(LF347)构成，其同相输入端10脚接U4/B输出端7脚，反相输出端9脚接输出端8脚；调零放大电路Ⅶ由运算放大器U5(OP-27)，电容C17～C20，电阻R17～R20，电位器W1和W2构成。调零电压通过R17，输入电压通过R18，反馈电压通过W3和C18接U5的反相输入端2脚，R18另一端接U4/C输出端8脚，R19一端接U5的同相输入端3脚，R19另一端接地，R17一端接C17一端和W2滑臂，C17另一端和W2一臂接地，W2另一臂接R20一端，R20另一端接+15V(或-15V)U5输出端6脚接C18、W3；二级低通滤波电路Ⅷ由四高阻运算放大器U4/D(LF347)和U4/A(LF347)，电容C21～C26，电阻R21～R28构成。R21一端接U5输出端6脚，另一端接R22和C24一端，R22另一端连接U4/B同相输入端12脚与C21的结点，C21另一端接地，R23与R24结点接U4/D反相输入端13脚，U4/D反相输出端14脚接C24和R24另一端、R25一端，R25另一端接C26和R26一端，C25与R26的结点接U4/A同相输入端3脚，R27与R28的结点接U4/A反相输入端2脚，U4/A输出端1脚接R28和C26另一端，调制探头信号由U4/A输出端1脚输出；C27、C28、C29和C30是±15V电源滤波电容，+15V接U1的8脚、U2U3和U5的7脚、U4的4脚、接去耦电容C6、C7、C11、C19、C23正极，-15V接U1、U2、U3和U5的4脚，U4的11脚，接去耦电容C5、C8、C10、C20、C22的负极，C6、C7、C11、C19和C23负极，C5、C8、C10、C20和C22的正极接地。C35和C36是正24V电源滤波电容，C1、C2、C3和C4是±17V电源滤波电容。
权利要求1.一种调制探头调制及相敏解调器，其特征在于由调制盘和解调电路构成，其中，解调电路包括全桥热敏电阻检测电路、高阻差分放大电路、AM波驱动放大电路、二极管环形解调器电路、同步信号拾取放大电路、同步解调电压驱动电路、一级低通滤波电路、同相跟随电路、调零放大电路和二级低通滤波电路，连接关系是，全桥热敏电阻检测电路输出接高阻差分放大电路输入，高阻差分放大电路输出接AM波驱动放大电路输入，AM波驱动放大电路输出接二极管环形解调器电路输入、同步信号拾取放大电路输出接同步解调电压驱动电路输入，同步解调电压驱动电路输出接二极管环形解调电路输入，二极管环形解调电路输出接一级低通滤波电路输入，一级通滤波电路输出接同相跟随电路输入，同相跟随电路输出接调零放大电路输入，调零放大电路输出接二级低通滤波电路输入。
2.如权利要求1所述的调制探头调制及相敏解调器，其特征在于调制盘是在圆周方向上等开了10孔的圆盘，全桥热敏电阻检测电路中的热敏电阻和同步信号拾取放大电路中的槽形光耦同时被调制盘所调制。
3.如权利要求1所述的调制探头调制及相敏解调器，其特征在于全桥热敏电阻检测电路由电阻R1、R2、RM1和RM2构成的全桥，电容C1～C4构成；高阻差分放大电路由运算放大器U1和U2及其外围电路构成；AM波驱动放大电路由运算放大器U3及其外围电路、变压器B1的初级构成；二极管环形解调器电路由D1～D4、电位器W1和电阻R30～R33、变压器B1的次级和B2的次级构成；同步信号拾取放大电路由槽形光耦合器U6及其外围电路构成；同步解调电压驱动电路由三极管T1、二极管D5、电阻R34～R36、电容C32～C34及变压器B2的初级构成；一级低通滤波电路由四高阻运算放大器U4/B及其外围电路构成；同相跟随电路由四高阻运算放大器U4/C构成；调零放大电路由运算放大器U5及其外围电路构成；二级低通滤波电路由四高阻运算放大器U4/D和U4/A及其包围电路构成。
专利摘要本实用新型提供一种调制探头调制及相敏解调器,由调制盘和解调电路构成,其中解调电路包括全桥热敏电阻检测电路、高阻差分放大电路、AM波驱动放大电路、二极管环形解调器电路、同步信号拾取放大电路、同步解调电压驱动电路、一级低通滤波电路、同相跟随电路、调零放大电路和二级低通滤波电路。热敏元件与同步信号拾取元件同时被调制盘调制,具有低温轴箱小信号的高信噪比,适用于探测列车车速0～240km/h的轴箱温度的调制探头。
文档编号G01L1/00GK2338740SQ98229249
公开日1999年9月15日 申请日期1998年8月6日 优先权日1998年8月6日
发明者张砚华 申请人:成都铁路局广汉通信信号工厂