传感器输出信号处理技术.ppt

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1、8.1传感器输出信号的特点8.2传感器输出信号处理电路8.3输出信号的干扰及控制技术传感器输出信号处理技术一般测量系统通常由传感器、测量电路（信号转换与信号处理电路）以及显示记录部分组成。对于被测非电量变换为电路参数的无源型传感器（如电阻式、电感式、电容式等），需要先进行激励，通过不同的转换电路把电路参数转换成电流或电压信号，然后再经过放大输出；对于直接把非电量变换为电学量（电流或电动热）的有源型传感器（如磁电式、热电式等），需要进行放大处理。因此，一个非电量检测装置（或系统）中，必须具有对电信号进行转换和处理的电路。----微弱信号放大、滤波、零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正、量

2、程切换等信号处理功能。信号处理电路的重点为微弱信号放大及线性化处理。8.1传感器输出信号的特点传感器----检出功能的器件信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）特点：1）输出量为电压、电流、频率2）输出的电信号一般较微弱：电压----毫伏级、微伏级；电流----毫安级、纳安级3）输出信号与噪声混杂在一起----传感器内部噪声传感器的信噪比小、输出信号弱----信号淹没在噪声中4）传感器的输出特性呈线性或非线性选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制电阻、电容、电感两种：数字量、模拟量5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性检测

3、系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分传感器信号处理方法检出信号适合于分析和处理的信号信号调理电路阻抗变换----输出阻抗很高时；电压/电流（V/A）转换----需要电流输出时；目的：4）简化后续系统的组成2）消除或抑制传感器输出量中的无用信号3）提高测量、分析的准确度信号放大----输出信号微弱时；噪声抑制----信号淹没在噪声中；模拟/数字（A/D）转换----需要输出数字信号时1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量8.2传感器输出信号处理电路各种信息由传感器采集后，变换成电量信号，必须先经过一系列的变换，以适合数据采集系统的采集。阻抗变换、信号的放大或衰减、滤波、线性化处

4、理、数值运算、电气隔离等。例如当传感器输出信号十分微弱时，必须采用前置放大器，提高对信号的分辨率；当传感器输出信号输出阻抗很高时，必须采用阻抗变换器、电荷放大器等以变换阻抗和放大信号：当信号合有较多的噪声成分时，必须进行滤波处理等等。信号放大器是检测系统中广泛采用的适调电路起放大作用；同时还可起跟随器、隔离器的作用。同相放大器——输入阻抗极高，常用作信号变换电路的前置输入部分反相放大器——有很小的输出阻抗隔离放大器——对模拟信号进行信号变换和电气隔离的电路。8.2.1信号放大器集成运算放大器的放大特性反相比例运算放大器RFR1RPViVoi1i2i1=i2同相比例运算放大器RFi2R1RP

5、ViVoi1同相跟随器ViVo此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。返回运算放大器的引线运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。集成放大器的符号运算放大器复习运算放大器外形图运算放大器外形图差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd≥80dB即可。理想运算放大器的条件差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输

6、入端外电路的电阻大2～3个量级即可。输出电阻Ro=0，实际上Ro比输入端外电路的电阻小1～2个量级即可。带宽足够宽。共模抑制比足够大。实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。理想运算放大器的特性虚短由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等

7、电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。虚断由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指