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第2章 传感器与接口电路 2.1 传感器技术基础 2.2 阻性传感器的接口电路 2.3 容性传感器的接口电路 2.4 电压输出型传感器的接口电路 2.5 电荷输出型传感器的接口电路 2.6 电流输出型传感器的接口电路 2.7 新型传感器的接口电路 2.1 传感器技术基础 传感器的分类 传感器的主要技术特性指标 传感器的选择 传感器分类 DS18B20 传感器的应用领域和工作原理 传感器品种 工作原理 可被测定的非电学量 敏力电阻，热敏电阻(NTC，PTC ) ，半导体传感器 阻值变化 力，质量，压力，加速度，温度，湿度，气体 电容传感器 电容量变化 力，质量，压力，加速度，液面，湿度 感应传感器 电感量变化 力，质量，压力，加速度，旋进数，转矩，磁场 霍尔传感器 霍尔效应 角度，旋进度，力，磁场 压电传感器，超声波传感器 压电效应 压力，加速度，距离 热电传感器 热电效应 烟雾，明火，热分布 光电传感器 光电效应 辐射，角度，旋转数，位移，转矩 主要技术特性 静态特性:输入恒定时，输出与输入之间的关系。 1.测量范围与量程；2.线性度；3.灵敏度；4.灵敏度误差；5.迟滞特性；6.重复性；7.分辨率；8.稳定性与工作温度范围等。 动态特性 时域单位阶跃响应性能指标 频域频率特性性能指标。 指标与测试结果的关系 某测试系统幅频特性曲线 传感器的选择 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 灵敏度的选择 频率响应特性 线性范围 稳定性 精度 2.2 阻性传感器的接口电路 电阻性传感器----传感器的输出电阻和被测对象具有某种函数关系的一类传感器 。 “*敏电阻”----“*”代表被测物理量的种类。 如：“热” 、 “湿” 、“磁” 、“光” 。 Pt100 ，就是说它的阻值在0度时为100欧姆，负200度时为18.52欧姆，200度时为175.86欧姆，800度时为375.70欧姆。 驱动电路 电压驱动、电流驱动、振荡器驱动。 2.2.1 电压驱动方式 电压驱动方式-----1、电桥转换电路 Z1=Z2=Z4=R, Z3=R(1+ δ) 反（同）相单端输入电桥放大电路 δ 电阻相对变化率 优点：增益与桥臂电阻无关，增益比较稳定。 缺点：电桥电源要浮置， uo与δ是非线性关系。 差动输入电桥放大电路 缺点： 电路存在非线性； R变化时，放大倍数不是常量； R的温度系数与R1不一致时，增益也不稳定； 当共模电压较大时输入信号易被淹没。 适用于低阻值传感器，测量精度要求不高的场合。 差动输入电桥放大电路 2、差动输入电桥放大电路 R1=R2R 线性电桥放大电路 电路的量程较大， 但灵敏度较低 . 3、线性电桥放大电路 4、电压放大器 英文名称：Endevco（美国）-恩德福克 ? 成立于1947年，是一家研发和生产各种高端测量用传感器及测试系统的资深军工企业。其生产的传感器及配套仪器在全世界被广泛应用于各种研究开发领域，尤其是航空、航天、船舶、汽车、铁路、石化、计量研究及其他多种领域。其产品的高性能、高可靠性、长期稳定性、耐久性等方面举世闻名，尤其在许多最尖端的测量领域和极端环境的测试领域。 ????? 在美国和欧洲，众多世界著名的大公司都是其几十年的合作伙伴，比如：NASA，GE，PW，R.R，GOODRICH，NIST，PTB等，以及最著名的欧、美、日的汽车厂商均是其几十年的用户。 2.2.2 电流驱动方式 恒流驱动原理 实用恒流驱动前置放大器 2.2.3 振荡器驱动方式 阻性传感器与谐振电容可构成振荡器，当阻性传感器阻值发生变化时，对应振荡器的输出频率（周期）也将发生变化 ，从A/D变换的意义上讲，属于R/F变换。 R-------F 2.3 容性传感器的接口电路—湿敏电容，力敏电容 常用的驱动电路为振荡器方式 。 差动式容性传感器的接口电路 2.4 电压输出型传感器的接口电路 电压输出型传感器可以看作是具有一定内阻的电压源，其前置放大器可参照电压放大器的设计方法。 指标：放大器增益、输入阻抗、带宽、信噪比 对于高内阻传感器，接口电路选高输入阻抗电路 热电偶接口电路 拾音磁头接口电路 2.5 电荷输出型传感器的接口电路 电荷放大电路：电荷－电压转换电路 主要特点 测量灵敏度与电缆长度无关，方便远距离测量。 基本原理 运算误差与开环电压放大倍数成正比 。 基本原理图 频率特性： 下限截止频率为 2.6 电流输出型传感器的接口电路 电压-电流转换器 电流放大器 2.7 新型传感器的接口电路 集成化 智能化 ICP 传感