工业数据通信与控制网络 - edulabcn.ppt

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1、检测技术§12传感器输出信号的处理技术掌握传感器输出信号的形式掌握常用典型传感器接口电路了解干扰的来源与抗干扰技术1传感器输出信号的特点2传感器输出信号的检测电路3输出信号的干扰及控制技术本章小结复习思考题主要内容传感器使用时需与专用的测量电路有效结合才能发挥其功能，理想的传感器电路不仅能使其正常工作，还能在一定程度上克服传感器本身的不足，扩展其功能，使传感器的功能得到充分的发挥。同时，为使传感器的输出信号能用于仪器、仪表的显示或控制，往往要对输出信号进行必要的加工处理。1传感器输出信号的特点1传感器输出信号的特点1.1传感器输出信号的形式由于传感器种类

2、繁多，传感器的输出形式也是各式各样的。例如，尽管同是温度传感器，热电偶随温度变化输出的是不同的电压，热敏电阻随温度变化输出的是不同的电阻，而双金属温度传感器则随温度变化输出开关信号。表14-1列出了传感器输出信号的一般形式。传感器的输出信号形式输出形式输出变化量传感器的例子开关信号型机械触点双金属温度传感器模拟信号型电子开关霍耳开关式集成传感器电压热电偶、磁敏元件、气敏元件电流光敏二极管电阻热敏电阻、应变片电容电容式传感器电感电感式传感器其他频率多普勒速度传感器、谐振式传感器1.2传感器输出信号的特点①传感器输出的信号类型有电压、电流、电阻、电容、电感、

3、频率等，通常是动态的。②输出的电信号一般都比较弱，如电压信号通常为μV—mV级，电流信号为nA—mA级。③传感器内部存在噪声，输出信号会与噪声信号混合在一起，当噪声比较大而输出信号又比较弱时，常会使有用信号淹没在噪声之中。④传感器的输出信号动态范围很宽。输出信号随着物理量的变化而变化，但它们之间的关系不一定是线性比例关系，例如，热敏电阻值随温度变化按指数函数变化。输出信号大小会受温度的影响，有温度系数存在。⑤传感器的输出信号受外界环境（如温度、电场）的干扰。⑥传感器的输出阻抗都比较高，这样会使传感器信号输入到测量电路时，产生较大信号衰减。1.3输出信号的

4、处理方法根据传感器输出信号的特点，采取不同的信号处理方法来提高测量系统的测量精度和线性度，这正是传感器信号处理的目的。另外，传感器在测量过程中常掺杂有许多噪声信号，它会直接影响测量系统的精度，因此抑制噪声也是传感器信号处理的重要内容。传感器输出信号的处理主要由传感器的接口电路完成。因此传感器接口电路应具有一定信号预处理的功能。经预处理后的信号，应成为可供测量、控制使用及便于向微型计算机输出的信号形式。接口电路对不同的传感器是完全不一样的，其典型应用电路如下表。典型的传感器接口电路接口电路对信号的预处理功能阻抗变换电路在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低

5、阻抗、以便于检测电路准确地拾取传感器的输出信号放大变换电路将微弱的传感器输出信号放大电流电压转换电路将传感器的电流输出转换成电压电桥电路把传感器的电阻、电容、电感变化为电流或电压频率电压转换电路把传感器输出的频率信号转换为电流或电压电荷放大器将电场型传感器输出产生的电荷转换为电压有效值转换电路在传感器为交流输出的情况下，转为有效值、变为直流输出滤波电路通过低通及带通滤波器的噪声成分线性化电路在传感器的特性不是线性的情况下，用来进行线性校正对数压缩电路当传感器输出信号的动态范围较宽时，用对数电路进行压缩2传感器信号的检测电路完成传感器输出信号处理的各种接口

6、电路统称为传感器检测电路。传感器信号检测电路是测控系统的重要组成部分，也是传感器和A/D之间以及D/A和执行机构之间的桥梁。不同传感器信号检测电路的组成和内容差别较大。2.1检测电路形式开关型传感器:有许多非电量的检测技术要求对被测量进行某一定值的判断，当达到确定值时，检测系统应输出控制信号。在这种情况下，大多使用开关型传感器，利用其开关功能，作为直接控制元件使用。使用开关型号传感器的检测电路比较简单，可以直接用传感器输出的开关信号驱动控制电路和报警电路工作。模拟信号输出的传感器:定值判断的检测系统中，由于检测对象的原因，也常使用具有模拟信号输出的传感器

7、。在这种情况下，往往要先由检测电路进行信号的预处理，再放大，然后用比较器将传感输出信号与设置的比较电平相比较。当传感器输出信号达到设置的比较电平时，比较器输出状态发生变化，由原来的低电平转为高电平输出。当检测系统要获得某一范围的连续信息时，必须使用数字电压表将检测结果直接显示出来。数字式电压表一般由A/D转换器、译码器、驱动器组成。这种检测电路以数字读数的形式显示出被测物理量，例如温度、水分、转速及位移量等等。接口电路则根据传感器的输出特点进行选择。2传感器信号的检测电路2.2常用电路1、阻抗匹配器传感器输出阻抗都比较高，为防止信号的衰减，常常采用高输入

8、阻抗低输出阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入到测量系统的前置电路。常见的阻抗匹配器有