测控系统原理与设计 第2章 测控通道

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1、第二章测控通道(I/O通道)内容:模拟输入通道、模拟输出通道、开关量输入／输出通道、单元电路级联设计重点：模拟输入通道、模拟输出通道组成和设计；开关量输入／输出通道组成和设计。难点：测控通道的基本理论和参数设计。§2-1模拟输入通道2.1模拟输入通道2.1.1基本类型与组成结构定义:微机化测控系统中微机与被测对象之间的联系通道称为模拟输入通道。组成：传感器；信号调理；数据采集。作用：将模拟信号变成数字信号。类型：多路模拟输入（集中；分散）；单路模拟输入。模拟输入通道的基本组成图2-1-1信号输入通道的基本组成一、集中采样式类型：分时采样型；同步采样型分时采样型特

2、点：多路公用一个Ｓ／Ｈ和Ａ／Ｄ电路简单；成本低；依次采集同步采样型特点：多路同时被采样；保持电路的　　　　　　　泄放会产生误差。典型电路结构如图多路分时采集分时输入结构图相当采集电路多路同步采集分时输入结构图相当采集电路二、分散采集式特点：没有模拟多路切换器；都有各自Ｓ／Ｈ和Ａ／Ｄ。随机或顺序进入计算机。相当采集电路图2—1—3分散采集式模拟输入通道结构§2-1-2传感器的选用一、对传感器的主要技术要求：1、实现物理量到电信号的转换，满足量程需求。2、精度满足要求，速度满足要求。3、满足环境要求。4、满足可靠性和可维护性要求。5、满足性能价格比要求。二、可供选用

3、的传感器类型1、大信号输出传感器2、数字式输出传感器3、集成式传感器4、光纤传感器其他:BCD码输出、专用特制等。1、大信号输出传感器①要求：与A/D相配套的大信号输出传感器；②特性：A.把放大电路与传感器做成一体，使传感器能直接输出0～5V、0～10V或0～2.5V要求的信号电压；把传感器与相应的变送器电路做成一体，构成能输出4～20mA直流标准信号的变送器。可省去小信号放大环节。大信号输出传感器应用图图2-1-4大信号输出传感器的使用①对于大电流输出，只要经过简单I/V转换即可变为大信号电压输出。②对于大信号电压可以经A/D转换，也可以经V/F转换送入微机，

4、但后者响应速度较慢。2、数字式输出传感器1.构成：采用频率敏感效应器件构成，也可以是由敏感参数R、L、C构成的振荡器，或模拟电压输入经V/F转换等。2.特性：①数字量传感器一般都是输出频率参量，具有测量精度高、抗干扰能力强、便于远距离传送等优点。②传感器输出如果满足TTL电平标准，就可以直接接入计算机的I/O口或中断入口。如果传感器输出不是TTL电平，则须经电平转换或放大整形。③下页图2-1-5所示，频率量及开关量输出的传感器还具有信号调理较为简单的优点。3.用途：非快速测量时选用。频率开关输出传感器应用图图2-1-5频率量及开关量输出传感器的使用3、集成式传

5、感器1.构成：将传感器与信号调理电路做成一体。例如，将应变片、应变电桥、线性化处理、电桥放大等做成一体，构成集成压力传感器。2.特性：采用集成传感器可以减轻输入通道的信号调理任务，简化通道结构。4、光纤传感器特性：其信号拾取、变换、传输都是通过光导纤维实现的，避免了电路系统的电磁干扰。在信号输入通道中采用光纤传感器，可从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰。1.向传感器厂家定购，价格高；2.实用设计方法：①从传感器定型产品中选一个作为基础件，在其前设计一种敏感器或在其后设计一种转换器的方案进行；②组合方案，各种方式的传感器组合后达到满足特定测量需要的特制传感器。

6、特殊需要传感器的解决方法2-1-3信号调理电路的参数设计和选择1.功能：放大、滤波、调零、线性处理、温度补偿、误差修正、量程切换等统称为信号调理。相应的电路成为信号调理电路。2.特性：部分工作可由软件完成，简化测试系统结构。3.信号调理重点：小信号放大、信号滤波以及对频率信号的放大整形。4.典型电路构成：图2-1-6典型调理电路的组成框图一、前置放大器1.输出噪声：电路在没有信号输入时，输出端仍存在一定幅度的波动电压，这就是电路的输出噪声。2.等效输入噪声：把电路输出端测得的噪声有效值VON折算到该电路的输入端即除以该电路的增益K，得到的电平值称为该电路的等效输

7、入噪声VIN。一、前置放大器3.前置放大特点：可有效提高信噪比4.要求：前置放大器的放大倍数大于1，等效输入噪声必须比后级电路的等效输入噪声要低。前置放大器要求是低噪声的。5.实现：如电路图前置放大器作用图2—1—7前置放大器的作用为不使小信号被电路噪声淹没，必须在该电路前面加一级放大器图中K0为前置放大器的增益，VIN0为本身的等效输入噪声。VIS为输入信号，后级电路中，VON为噪声有效值，K为电路的增益，VIN为等效输入噪声。设置低噪声前置放大器为使小信号不被电路噪声所淹没，在电路前端加入的电路必须是放大器，即K0＞1，而且必须是低噪声的，即该放大器本身的等

8、效输入噪声必须比其后级电