传感器技术之信号调理处理和记录ppt课件.ppt

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1、第四章信号调理、处理和记录第一节电桥第二节调制与解调第三节滤波器被测量经传感器转换成的电信号，通常需要进行某些调理和处理，以便提高信噪比，并把信号转换成更便于处理、接收和显示的形式。1第一节电桥电桥：由首尾相联四个阻抗构成，其对角端分别为供桥电源和输出端的测量电路。电桥的作用：把电阻、电感或电容的变化量转换为电压或电流量，以供后续电路测量记录。UU0R1R2R3R4第一节电桥1.直流电桥2ac端：供桥电源端1．直流电桥dcabUU0R1R2R3R4bd端：输出端—接入输入电阻较大的仪表或放大器，因此电桥的输出端可看成开路。第一节电桥1.直流电桥31.1直流电桥的平衡条件根据电工学理论，

2、输出电压为：电桥平衡：b、d点电位相等，输出U0为0。直流电桥平衡条件：或dcabUU0R1R2R3R4对臂电阻的乘积相等，或邻臂电阻之比相等。平衡条件与电源电压无关。第一节电桥1.直流电桥41.2直流电桥的连接方式半桥单臂：dcabUU0R1±ΔRR2R3R4第一节电桥1.直流电桥5半桥双臂：dcabUU0R3R4R1±ΔR1R2±ΔR2第一节电桥1.直流电桥6全桥：dcabUU0R1±ΔR1R3±ΔR3R2±ΔR2R4±ΔR4第一节电桥1.直流电桥71.3电桥灵敏度以半桥单臂为例：由替代第一节电桥1.直流电桥8电桥平衡时，邻臂电阻之比相等，设比值为n，即：可知：（1）U0正比于U；

3、（2）U0正比于n/(1+n)2；（3）U0正比于电阻的相对变化。半桥单臂电桥的灵敏度为:第一节电桥1.直流电桥9说明：（1）电阻应变式传感器有：ΔR/R=Kε，K为电阻应变片灵敏度系数，ε为应变，因此输出电压正比于应变。（2）并非供桥电源电压越高，对提高输出越有利。电压越高，电桥灵敏度提高的同时，应变片的功耗急剧上升，使应变片发热，难以实现温度补偿，所以一般不高，一般为6V或9V。（3）电桥灵敏度与邻臂电阻之比有关。对上式求导，并令其为零，可得n=1时灵敏度最大，此时Smax=U/4第一节电桥1.直流电桥101.4电桥的输出与和差特性（1）全等臂电桥的输出假设各桥臂分别有电阻增量，代

4、入下式：如果电桥初始状态是平衡的，即有R1R3=R2R4，略去ΔR/R的平方项，化简则得电桥的输出电压增量为：第一节电桥1.直流电桥11若采用等臂电桥，即R1=R2=R3=R4=R，则有：当采用相同的应变片时，灵敏度系数均为K（ΔR/R=Kε），则上式可以写成：第一节电桥1.直流电桥12（2）等臂电桥的和差特性以下讨论中，设：ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR◇半桥单臂桥臂R1R1+ΔR电桥灵敏度：输出电压：dcabUU0R1R2R3R4第一节电桥1.直流电桥13◇半桥双臂（异号）电桥灵敏度：输出电压：桥臂R1R1+ΔRR2R2--ΔR可得：邻臂异号变化，输出电压为两臂变化之和，电桥

5、灵敏度是半桥单臂的二倍。dcabUU0R1R2R3R4第一节电桥1.直流电桥14◇半桥双臂（同号）输出电压：桥臂R1R1+ΔRR2R2+ΔR可得：邻臂同号变化，输出为两臂变化之差。dcabUU0R1R2R3R4第一节电桥1.直流电桥15◇全桥四臂电桥灵敏度：可得：邻臂异号，对臂同号，电桥输出为单臂时的四倍，电桥灵敏度是半桥单臂的四倍。若邻臂同号，对臂异号，则电桥输出为0。桥臂R1R1+ΔRR2R2--ΔRR3R3+ΔRR4R4--ΔR输出电压：dcabUU0R1R2R3R4第一节电桥1.直流电桥16电桥的基本特性：（1）相减特性：相邻两桥臂上应变片阻值的变化大小相等、符号一致时，或者相

6、对两桥臂上应变片阻值的变化大小相等、符号相反时，对桥路的输出电压没有影响。第一节电桥1.直流电桥dcabUU0R1R2R3R417第一节电桥1.直流电桥（2）相加特性：相邻两桥臂上应变片阻值的变化大小相等、符号相反时，或者相对两桥臂上应变片阻值的变化大小相等、符号相同时，桥路的输出电压是半桥单臂的二倍，电桥的灵敏度是半桥单臂的二倍。dcabUU0R1R2R3R418（3）倍增特性：相邻两桥臂上应变片阻值的变化大小相等、符号相反时，同时相对两桥臂上应变片阻值的变化大小相等、符号相同时，桥路的输出电压是半桥单臂的四倍，电桥的灵敏度是半桥单臂的四倍。第一节电桥1.直流电桥dcabUU0R1R

7、2R3R419说明：以上这些特性在实际中具有广泛的应用。例：一个受力变形悬臂梁，上表面受拉力，下表面受压力。思考题：若仅用一个桥臂工作，如何实现温度补偿。上下表面各贴一应变片测量梁的应变将二片分别接在相邻两桥臂上实现温度误差的自动补偿提高灵敏度第一节电桥1.直流电桥dcabUU0R1R2R3R420交流电桥的电路与直流电桥相同，但在电路具体实现上与直流电桥有两点不同：2．交流电桥（1）供桥电源是高频交流电源；（2）交流电桥的桥臂可以是纯电阻，也