《信号调理电路》PPT课件(I)

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1、第五章信号调理5.1概述5.2电平调整5.3线性化5.4信号变换5.5滤波与阻抗匹配5.6模拟数字转换电路15.1概述5.1.1检测系统的构成力位移速度加速度压力流量温度电阻式电容式电感式压电式热电式光电式磁电式电桥放大器滤波器调制器解调器运算器阻抗变换器笔式记录仪光线示波器磁带记录仪电子示波器半导体存储器显示器磁卡数据处理器频谱分析仪FFT实时信号分析仪电子计算机被测对象传感器中间变换测量装置显示及记录装置实验结果处理装置激发装置25.1概述5.1.2信号调理的基本概念信号调理：对传感器输出信号进行操作，将其转换成满足后续传输与处理系统要求的信号信号调理与检测电路关系

2、：界限不很清楚，有时二者合二为一。如有些教材将电阻抗-电压转换电路（电阻、电感、电容等检测电路）归为信号调理电路。35.1概述5.1.3信号调理的类型电平调整（放大或衰减）线性化（非线性信号调正成线性信号）信号形式变换（如电压电流变换）滤波与阻抗匹配（滤波电路、传感器内部阻抗或电缆阻抗引起重大误差的处理）45.2电平调整5.2.1为何进行电平调整检测系统中虽然可以采用输出标准信号的变送器，但在具体设计中也常用传感器加电平调整的方案。原因有三：变送器虽然方便但成本较高，缺乏调节环节；在检测系统设计与调试过程中，为了得到理想的传函常常调整传感器/放大器的传函；变送器量程也是

3、标准的，不能全满足工程要求。55.2电平调整5.2.2无源电平调整该电路可以实现信号的衰减R1ViVoR2无源电平调整电路65.2电平调整注意：两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果作为传感器电路的负载希望电阻大些，作为后续电路的输入希望电阻小些，折中考虑大阻值（如MΩ）的电阻精度与噪声均较差常用于精度要求较低的场合，否则用有源调整电路75.2电平调整5.2.3有源电平调整有源电平调整电路普遍采用运算放大器，如反相放大电路、同相放大电路等。ViVoR2反相放大电路+-+RiRfRp85.2电平调整有源电平调整的特点可以实现放大或衰减，调整方便；满足了阻抗匹配要求；放大电路

4、的带宽有限，一般厂家给增益带宽积，如30MHz，若G=1000，则带宽小于30KHz；放大器本身的噪声影响；放大器参数影响：输入失调电流、输入失调电压95.2电平调整5.2.4有源电平调整实例某差动压力传感器的输出为33mV~58mV，数据采集卡输入范围为0.5V~4.5V，因此中间需要电平调整电路。调整电路应具有如下特性：33mV~58mV调整成0.5V~4V（留0.5V余量）105.2电平调整Vi1Vo双运放电压调整电路R2+-+R1R2R2+-+VrefR3R4Vi2115.2电平调整双运放电压调整电路的输出为选取电阻值，使，则电路具有较高CMRR，双运放电压调整

5、电路的输出简化为：125.2电平调整双运放电压调整电路的增益为改变增益且保证CMRR不变，须同时调整两个电阻值。能否只调整一个电阻值就达到目的？135.2电平调整Vi1Vo增益可调的双运放电压调整电路R2+-+R1R2R2+-+VrefR3R4Vi2RG145.2电平调整电路的输出为选取电阻值，使输出简化为：155.2电平调整Vi1Vo具有正负零位电压调整的三运放电压调整电路R1=R4，R2=R3，R5=R6R2+-+R1R2R2+-+VrefR3R4Vi2RGR2+-+VshiftR5R6165.2电平调整电路的输出为175.3线性化5.3.1为何进行线性化检测系统中

6、希望输入输出特性是线性化的。实际传感器大多数是非线性化的。减少计算量，提高运算速度；满足线性刻度；使用方便。185.3线性化5.3.2线性化的方法数字式线性化：单片机、嵌入式系统、专用芯片；灵活，适用性强，速度有限，难以满足动态检测场合。模拟式线性化：在信号调理电路中加入模拟非线性环节。按使用元件分：无源线性化、有源线性化195.3线性化硬件线性化的特点实时性强、简便、经济、可靠，应用广泛。5.3.3无源线性化电路用简单的无源器件（如电阻）与敏感器件并联或串联，只要电阻值选择合适，就可以将非线性校正到满意的程度。如湿敏电阻的线性化205.3线性化电阻RHaRHbRHca

7、bc相对湿度RH%HaHbHcRHRR’h湿敏电阻的线性化215.3线性化并联后的总电阻为使a，b，c三点一线应满足即满足225.3线性化解得：电阻RHaRHbRHcabc相对湿度RH%HaHbHc湿敏电阻修正后的特性曲线235.3线性化也可以直接对输出电压进行线性化：ViRHRVo串联电阻线性化电路这种方法所需元件少、成本低，非常简便。但校正范围窄，校正准确度不高，主要用于被测量变化不大的场合。否则，要采用较复杂的无源电路。245.3线性化用较复杂的无源电路仍以湿敏电阻为例，下图是不同敏感区的敏感元件进行组合来进行线性化的电路R1R2R