包絡檢波

基於濾波檢波的振動信號處理方法

包絡檢波(envelope-demodulation)是基於濾波檢波的振動信號處理方法,尤其對初期故障和信噪比較低的故障信號識別能力強。將一段時間長度的高頻信號的峰值點連線,就可以得到上方(正的)一條線和下方(負的)一條線,這兩條線就叫包絡線。包絡線就是反映高頻信號幅度變化的曲線。對於等幅高頻信號,這兩條包絡線就是平行線。當用一個低頻信號對一個高頻信號進行幅度調製(即調幅)時,低頻信號就成了高頻信號的包絡線。

原理


從調幅信號中將低頻信號解調出來的過程,就叫做包絡檢波。也就是說,包絡檢波是幅度檢波。包格檢波常用的方法是採用二極體進行單向過濾后再進行低通濾波。沒有二極體而直接進行低通濾波的話,會使正、負包絡線抵消,從而檢不出低頻信號。除了包絡檢波,還有頻偏(調頻)檢波,相移(或相位)檢波等等。
調幅波的解調即是從調幅信號中取出調製信號的過程,通常稱為檢波。檢波廣義的檢波通常稱為解調,是調製的逆過程,即從已調波提取調製信號的過程。對調幅波來說是從它的振幅變化提取調製信號的過程;對調頻波,是從它的頻率變化提取調製信號的過程;對調相波,是從它的相位變化提取調製信號的過程。
工程實際中,有一類信號叫做調幅波信號,這是一種用低頻信號控制高頻信號幅度的特殊信號。為了把低頻信號取出來,需要專門的電路,叫做檢波電路。使用二極體可以組成最簡單的調幅波檢波電路。調幅波解調方法有二極體包絡檢波器、同步檢波器。目前應用最廣的是同步檢波器,不論哪種振幅調製信號,都可採用相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進行解調。但是,普通調幅信號來說,它的載波分量沒有被抑制掉,可以直接利用非線性器件實現相乘作用,得到所需的解調電壓,而不必另加同步信號,通常將這種振幅檢波器稱為包絡

工程實現


包絡檢波器
圖1是典型的包絡檢波電路。由中頻或高頻放大器來的標準檢波器的電壓輸入輸出波形。
包絡檢波
包絡檢波
調幅信號U(t)加在LC迴路兩端。經檢波后在負載RLC上產生隨U(t)的包絡而變化的電壓u(t),其波形如圖2所示。這種檢波器的輸出u(t)與輸入信號U(t)的峰值成正比,所以又稱峰值檢波器
包絡檢波器的工作原理可用圖2的波形來說明。
包絡檢波
包絡檢波
在t正向電阻r充電,u(t)增大;在tRLC選擇恰當,就可在負載RLC上得到與輸入信號包絡成對應關係的輸出電壓u(t)。如果時間常數RLC太大,放電速度就會放慢,當輸入信號包絡下降時,u(t)可能始終大於U(t),造成所謂對角切割失真(圖2)。此外,檢波器的輸出通常通過電容、電阻耦合電路加到下一級放大器,如圖1中虛線所示。如果R太小,則檢波后的輸出電壓u(t)的底部即被切掉,產生所謂的底部切割失真。