检测电路、检测算法及抗干扰技术1.ppt

10 检测电路、检测算法 及抗干扰技术 10.1 检测电路设计 10.2 检测算法 10.3 检测系统抗干扰技术 10.1 检测电路设计 10.2 检测算法 10.3 检测系统抗干扰设计 10.1 检测电路设计 1）信号放大电路 放大电路的主要类型 电桥：阻抗式传感器 差动放大器：电势、电位式传感器 高输入阻抗放大器：电位、电势、电荷式传感器 电荷放大器：电荷式传感器 仪用放大器：电位差、电势差 隔离放大电路：噪声隔离、光电、磁电、电感 比例放大器：通用型 同相比例放大电路 同相比例放大器是指输出信号与输入信号相比，相位相同，幅值成一定比例。 增益 输入阻抗 反相比例放大电路 反相比例放大器是指输出信号与输入信号相 比，相位相反，幅值成一定比例。 差动放大电路 差动放大是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相端和反相端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分。 特点：提高电路共模抑制比，减小温漂。 电桥电路 特点： 直流电桥 直流电桥的桥臂为纯电阻，如图所示，图中UB为电桥电源电压。电桥的平衡条件为：R1R4=R2R3 。 电桥输出为： 交流电桥 电荷放大电路 特点：把压电器件高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，实现阻抗匹配，并使其输出电压与电荷成正比。 电荷放大电路可用于压电式传感器、CCD传感器 仪用放大器 仪用放大器又称测量放大器，为抑制共模输入电压与增益调节和阻抗匹配之间互相牵连和矛盾而设计，电路如图所示。 左边部分由运放A1、A2构成同相放大器，右边部分由运算放大器A3和电阻R3～R6组成减法器。设R1=R2=R，R3=R4=R5=R6，则有 隔离放大器 隔离放大器能在输入与输出信号之间保持电气隔离的同时，实现输出与输入电压的线性传输。其组成及符号如下图所示。隔离放大器主要用于噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号，适合于电感式、磁电式、电涡流式、光电式、霍尔式等传感器的信号调理与放大。 隔离放大器 隔离的媒介主要有电磁隔离（变压器隔离）、光电隔离和电容隔离。 三种隔离放大器的特点 变压器隔离放大器：因变压器体积大，成本高，功耗 大，无法集成，使器件价格高，体积大，一般为非标准 集成电路封装；但一般把隔离电源也固化在器件内，甚 至可实现三端隔离，且通过引脚将电源输出，可外接负 载，不需另配隔离DC-DC变换器，使用方便。 光电耦合隔离放大器：全由半导体器件构成，便于集 成，成本低，体积小，性能稳定，不需外接任何器件， 使用方便。但器件本身不带隔离电源，需另接隔离DC- DC变换器。 电容耦合隔离放大器：引出线少，使用方便，但需使用调制解调技术，频带宽度不及光电耦合型隔离放大器。 2） 信号变换电路 电压-电流转换电路 交流-直流转换电路 电压-频率转换电路 电压-脉宽转换电路 电压-电流转换电路 在成套仪表和计算机测控系统中，传感器和仪表之间、仪表和仪表之间的信号传送都采用标准信号，即1-5V直流电压或0-10mA、4-20mA直流电流。 在传感器测量系统中，常用电压/电流转换电路进行电压、电流信号间的转换。例如，在远距离测量中，把电压信号转换成电流传输，以减小传输导线阻抗对信号的影响。测电流信号时，先将电流信号转换成电压，再由数字电压表测量，或经A/D转换后由计算机测控。 电压-电流(V/I)变换 输出负载中的电流正比于输入电压的电路，称为电压-电流变换器。 （1）浮地负载的V-I变换电路 一个简单的V-I变换电路如 图(1)所示。流过RL两端的电流与 输入电压的关系为 U/ I 转换电路 接地负载V-I变换电路 图(3)中Al为同相加法器，A2为跟随器，所以 V02=VL=ILRL A1的同相端电压为： V+=ViR4/(R3+R4)+ILRLR3/(R3+R4) A1的同相端电压经放大后输出为： Vol=V+(R1+R2)/R1=ILR5+ILRL 选择元件参数值满足： R3(Rl+R2)＝Rl(R3+R4)， 可得负载中的电流IL与负载RL无关。 为此选取R3＝R1，R4＝R2，则输出负载中的电流为： IL=ViR2/(R1R5) 差动式V-I变换电路 图a：理想条件下：V-=V+=Vi2，R