传感器技术及其应用教学课件作者陈黎敏第9章节传感器接口电路课件

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1、第9章传感器接口电路9.1传感器输出信号的处理方法9.2传感器检测电路9.3传感器的非线性补偿技术9.4传感器和微型计算机的连接9.1传感器输出信号的处理方法9.1.1输出信号的特点由于传感器种类繁多，传感器的输出形式也是各式各样的。例如，尽管都是力传感器，随作用外力变化,电阻应变片输出的是不同的电阻，压电传感器输出不同的电荷,电容传感器输出变化的电容,电感传感器输出变化的电感量.表9-1列出了传感器的一般输出形式。表9-1传感器的输出信号形式输出形式输出变化量传感器的例子开关信号型机械触点双金属温度

2、传感器模拟信号型电子开关霍耳开关式集成传感器电压热电偶、磁敏元件、气敏元件电流光敏二极管电阻热敏电阻，应变片电容电容式传感器电感电感式传感器其它频率多普勒速度传感器、揩振式传感器2.传感器的输出信号，一般比较微弱，有的传感器输出电压最小仅有0.1μV。3.传感器的输出阻抗都比较高，这样会使传感器信号输入到测量电路时，产生较大的信号衰减。4.传感器的输出信号动态范围很宽。5.传感器的输出信号随着输入物理量的变化而变化，但它们之间的关系不一定是线性比例关系。6.传感器的输出信号大小会受温度的影响，有温度系

3、数存在。9.1.2输出信号的处理方法目的：提高测量系统的测量精度，提高测量系统的线性度，抑制噪声。由传感器的接口电路处理后的信号，应成为可供测量、控制使用及便于向微型计算机输入的信号形式。典型的应用接口电路，如表9-2所示。表9-2典型的传感器接口电路接口电路信号预处理的功能阻抗变换电路在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低阻抗，以便于检测电路准确地拾取传感器的输出信号。放大电路将微弱的传感器输出信号放大。电流电压转换电路将传感器的电流输出转换成电压。电桥电路把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电流或

4、电压。频率电压转换电路把传感器输出的频率信号转换为电流或电压。电荷放大器将电场型传感器输出产生的电荷转换为电压。有效值转换电路在传感器为交流输出的情况下，转为有效值，变为直流输出。滤波电路通过低通及带能滤波器消除传感器的噪声成分。线性化电路在传感器的特性不是线性的情况下，用来进行线性校正。对数压缩电路当传感器输出信号的动态范围较宽时，用对数电路进行压缩9.2传感器信号检测电路完成传感器输出信号处理的各种接口电路统称为传感器检测电路。9.2.1检测电路形式1.直接用传感器输出的开关信号驱动控制电路和报警

5、电路工作。2.传感器输出信号达到设置的比较电平时，比较器输出状态发生变化，驱动控制电路及报警电路工作。3.由数字式电压表将检测结果直接显示出来。9.2.2常用电路1.阻抗匹配器传感器输出阻抗都比较高，为防止信号的衰减，常常采用高输入阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入到测量系统的前置电路。半导体管阻抗匹配器，实际上是一个半导体管共集电极电路，又称为射极输出器。场效应管是一种电平驱动元件，栅漏极间电流很小，其输入阻抗可高达1012Ω以上，可作阻抗匹配器。运算放大器阻抗匹配器。2.电桥电路1）直流电桥直流电桥的

6、基本电路电桥的输出电压可由下式给出，即：UOUT=电桥的平衡条件为：R2R4=R1R3当电桥平衡时，输出电压为零。当电桥四个臂的电阻发生变化而产生增量时，电桥的平衡被打破，电桥此时的输出电压为：UOUT=若取则：UOUT＝当a=1时，输出灵敏最大，此时：UOUT=如果R1=R2=R3=R4时，则电桥电路被称为四等臂电桥，此时输出灵敏感度最高，而非线性误差最小，因此在传感器的实际应用中多采用四等臂电桥。2）交流电桥如下图所示。其中Z1和Z2为阻抗元件，它们同时可以为电感或电容，电桥两臂为差动方式，又称为

7、差动交流电桥。在初始状态时，Z1=Z2=Z0电桥平衡，输出电压等于UOUT=0。测量时一个元件的阻抗增加，另一个元件的阻抗减小，假定Z1=Z0+ΔZ，Z2=Z0-ΔZ，则电桥的输出电压为：电感式传感器配用的交流电桥3.放大电路传感器的输出信号一般比较微弱，因而在大多数情况下都需要放大电路。目前检测系统中的放大电路，除特殊情况外，一般都采用运算放大器构成。1)反相放大器反相放大器的输出电压，可由下式确定，即：UOUT=-Uin放大电路2)同相放大器同相放大器的输出电压为：UOUT=()Uin输出电压与输

8、入电压同相,而且其绝对值也比反相放大器多1。3)差动放大器差动放大器的输出电压为：UOUT=(U2-U1)差动放大器最突出的优点是能够抑制共模信号。A1VoR11R1A3R8Vi2R7R6Vi1R9R10A2R2R3R4R5RW氖泡NL222kNL122k氖泡10k10k2k22k22k22k22k2k9k10k图为用于人体心电信号检测的实用三运放电路。为了避免外科手术过程中可能存在的高电压进入放大器造成损坏，图中使用了两个微型的