传感器及应用第2版王煜东主编传感器第10章节

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1、传感器及应用第10章要点：1.传感器信号的预处理方法，相敏检波的作用、特点及基本电路2.传感器信号放大电路的特点及基本电路3.传感器信号补偿的内容及方法4.传感器标度变换的意义及方法5.数据采集系统的组成、配置方案及其特点6.A/D转换的类型及特点，采样保持器的选用7.干扰的来源、传输途径、作用方式8.屏蔽的类型、特点及要求，一点接地的原则及其适应性尚辅网http://shangfuwang.com/第10章传感器与微机的接口和抗干扰技术主要内容●10.1传感器信号的预处理●10.2传感器信号的放大电路●10.3传感器的补偿与标度变换●10

2、.4数据采集●10.5抗干扰技术尚辅网http://shangfuwang.com/如图10-l所示，传感器与微机的接口电路主要由信号预处理电路、数据采集系统和计算机接口电路组成。其中，预处理电路把传感器输出的信号转换成具有一定幅值的电压量；数据采集系统把模拟电压量转换成数字量；计算机接口电路把A/D转换后的数字信号送入计算机，并把计算机发出的控制信号送至输入接口的各功能部件；计算机还可通过其它接口把信息数据送往显示器、控制器、打印机等等。由于信号预处理电路随被测量和传感器而不同，因此传感器的信号处理技术则是构成不同系统的关键。图10-1传

3、感器与微机的接口框图尚辅网http://shangfuwang.com/10.1传感器的信号预处理电路传感器的信号预处理电路随传感器的输出信号形式而不同。总结前面所学知识，将传感器按其输出方式分为模拟式、数字式、开关式等，如图10-2所示。图10-2传感器按输出方式分类尚辅网http://shangfuwang.com/10.1.1开关式输出信号的预处理如图10-3所示，开/关式传感器信号常用具有迟滞特性的电路处理，称为鉴别器，或称脉冲整形电路，多使用施密特触发器。另外，对于触点式开关信号常用双稳态触发器或软件延时（几十毫秒）来消除机械抖动

4、。图10-3开关量传感器特性示意图及处理方案a）理想特性b）实际特性c）处理方案d）处理后特性尚辅网http://shangfuwang.com/10.1.2模拟脉冲式输出信号的预处理1.峰值脉冲式传感器信号处理方法2.脉冲宽度式和脉冲间隔式信号的处理方法脉宽式传感器输出脉冲的宽度受被测物理量调制，脉冲间隔式传感器在受到一次输入作用时，便产生两个脉冲，其处理方法可以用数字计数器计数，也可以利用时间／峰值转换电路(TAC)将时间间隔转换成电压峰值，再进行A/D转换，其原理如图10-4所示。图10-4时间间隔信号处理尚辅网http://shan

5、gfuwang.com/10.1.3模拟连续式输出信号的模拟连续式传感器的输出参量可以归纳为五种形式：电压、电流、电阻、电容和电感。这些参量必须先转换成电压量信号，然后进行放大及带宽处理才能进行A/D转换。它们的预处理一般体系可如图10-5所示。预处理图10-5模拟连续输出预处理一般体系可见，数字万用表已包括了预处理、数据采样与A/D转换等全部功能电路。尚辅网http://shangfuwang.com/1.电流／电压转换电路I/U转换电路也可由运算放大器组成，如图10-6b所示。电路的输出电压Uo=-IsRf。一般Rf比较大，若传感器内部

6、电容量较大时容易振荡，需要加消振电容Cf。Cf的大小随Rf用实验方法确定。因此该电路不适用于高频。电路利用运算放大器“虚短”的原理，若与光电池直接相接，可获得光电池的短路电流输出特性。但是，当运算放大器直接接到高阻抗的传感器时，需要加保护电路。当信号较大时，可在运算放大器输入端用正反向并联的二极管保护；当信号较小时，可在运算放大器输入端串联100kΩ的电阻保护。图10-6电流/电压转换电路a）I/U转换器b）采用运放的I/U转换电路尚辅网http://shangfuwang.com/2.模拟频率式输出信号的预处理模拟频率式输出信号的预处理方

7、法，一种是直接通过数字式频率计变为数字信号；另一种是用频率/电压变换器变为模拟电压信号，再进行A/D转换。频率/电压变换器的原理如图10-7所示。通常可直接选用LM2907/LM2917等单片集成频率/电压变换器。图10-7频率/电压变换器原理框图10.1.4数字式输出信号的预处理数字式输出信号分为数字脉冲式信号和数字编码式信号。数字脉冲式输出信号可直接将输出脉冲经整形电路后接至数字计数器。数字编码式输出信号通常采用格雷码而不用8421二进制码，需要将格雷码转换成二进制或二-十进制码。尚辅网http://shangfuwang.com/10

8、.1.5相敏检波电路1.调制与解调的概念调制是利用直流或低频信号来控制高频振荡的过程。原始的低频控制信号称为调制信号。受控的高频振荡信号称为载波信号。经过调制后的信号称为已调信号