传感器与检测技术教学课件作者董春利第十二章节检测装置的信号处理技术课件

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1、传感器与检测技术董春利主编潘洪坤执笔大连职业技术学院电气电子工程系2008年3月全国高等职业教育规划教材省级精品课程配套教材第十二章检测装置的信号处理技术12.1信号处理技术12.2噪声及其耦合方式12.3干扰抑制技术第一节信号处理技术一、信号的放大技术1．基本测量放大器N1、N2构成同相并联差动放大器，差动输入信号和共模输入信号从N1、N2的同相输入，所以它的差动输入电阻和共模输入电阻都很大。这个电路的电压放大倍数为：具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移相互补偿以及输出不包含共模信号等一系列优点。2．实用测量放大器采用单片测量放大器芯片显然具有性能优异、体积小、电路结构简单、成本低等优点。

2、如AD公司推出的单片精密测量放大器AD521和AD522就是最常用的两种单片测量放大器。（1）AD521测量放大器计算公式为：放大倍数在0.1到1000范围内调整，选用RS=100KΩ时，可以得到较稳定的放大倍数。AD521的管脚功能与基本接法（2）AD522AD522也是单芯片集成精密测量放大器，K0=100时，非线性仅为0.005%，杂波0.1Hz到100Hz频带内噪声的峰值为1.5mV，其中共模抑制比CMRR>120dB（K0=1000时）AD522的管脚功能二、线性化处理技术模拟量自动检测系统中采用三种方法来消除非线性影响：一是缩小测量范围，取近似值；二是采用非均匀的指示刻度；三是增

3、加非线性校正环节。具有开环式非线性校正的测量仪表，其结构原理图解决的关键问题显然有两个：1、寻找非线性校正的方法；2、完成非线性校正的电路开环式非线性校正结构原理框图1．非线性校正的方法（1）解析计算法传感器、放大器特性解析式为：要求测量工具有的刻度方程为：将以上三式联立，消去中间变量u1和x，就可以得到线性器非线性特性的解析式：即可设计线性化器的具体电路。（2）图解法当传感器等环节的非线性特性用解析式表示比较复杂或比较困难时，我们可用图解法求取线性化器的输入—输入特性曲线。（3）非线性反馈补偿法对测量仪表中非线性环节的校正还可以采用非线性反馈补偿法，其原理可由图18-6给出的框图表示。2．

4、非线性校正电路最常用的是利用二极管组成非线性电阻网络，配合运算放大器产生折线形式的输入—输出特性曲线由于折线可以分段逼近任意曲线，从而就可以得到非线性校正环节所需要的特性曲线。转折点越多，折线越逼近曲线，精度也越高。但太多了则会因电路本身误差而影响精度。在校正电路中通常采用运算放大器，输入电压为不同范围时，相应改变运算放大器的增益获得所需要的斜率，其本身就是一个非线性放大器3．非线性特性软件线性化处理第二节噪声及其耦合方式一、噪声源分析1．放电噪声1）电晕放电噪声：电晕放电噪声主要来源于高压输电线，它具有间隙性，并产生脉冲电流，从而成为一种干扰噪声。伴随电晕放电过程产生的高频振荡也是一种干扰

5、。这种噪声主要对电力线载波电话、低频航空无线电台及调幅广播等产生影响，对电视和调频广播则影响不大。2）放电管放电噪声：放电管（如日光灯、霓虹灯）放电噪声属于辉光放电和弧光放电通常放电管具有负阻抗特性，所以与外屯路连接时容易引起高频振荡，有时可达很高的频段，对电视也有影响。一、噪声源分析1．放电噪声3）火花放电噪声：雷电、电气设备中电刷和整流子间周期性放电火花式高频焊机、继电器触点的通断（电，流很大时则会产生弧光放电）汽车发动机的点火装置等都属于火花放电噪声只要在哪里电流是断续的，则此时在触点间引起的火花放电都将成为噪声源。2．电气干扰源噪声1）工频干扰：大功率输电线是典型的工频噪声源。低电平

6、的信号线只要一段距离与输电线相平行，就会受到明显的干扰即使是一般室内的交流电源线，对于输入阻抗和灵敏度很高的检测仪器来说也是威力很大的干扰源。在电子装置的内部，由于工频感应也会产生交流噪声如果工频的波形失真较大（如供电系统接有大容量的晶闸管设备），由于高次谐波分量的增多，产生的干扰更大。2．电气干扰源噪声2）射频干扰：高频感应加热、高频焊接等工业电子设备以及广播机、雷达等通过辐射或通过电源线给附近的电子测量仪器带来的干扰。3）电子开关：电子开关虽然在通断时并不产生火花，但由于通断的速度极快，使电路中的电压和电流发生急剧的变化，形成冲击脉冲，成为噪声干扰源。在一定电路参数条件下，电子开关的通断

7、还会带来相应的阻尼振荡，从而构成高频干扰源。3．固有噪声源1）热噪声：又称电阻噪声，是由于电阻中电子的热运动所形成的。因为电子的热运动是无规则的，因此电阻两端的噪声电压也是无规则的，它所包含的频率成分是十分复杂的。2）散粒噪声：散粒噪声存在于电子管和晶体管中，是通过晶体管基区的载流子的无规则扩散以及电子—空穴对的无规则运动和复合形成的。3．固有噪声源3）接触噪声：接触噪声是由于两种材料之间不完全接触，从而形成