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传感器接口电路介绍与应用 1 传感器输出信号的处理方法 2 传感器信号检测电路 3 传感器和微型计算机的连接 4 传感器接口电路应用实例 1 传感器输出信号的处理方法 1.1 输出信号的特点 由于传感器种类繁多，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使电阻发生变化， 双金属温度传感器则随温度变化输出开关信号。 表1列出了传感器的一般输出形式。 2.传感器的输出信号，一般比较微弱，有的传感器输出电压最小仅有0.1μV。 3.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，产生较大的信号衰减。 4.传感器的输出信号动态范围很宽。 5.传感器的输出信号随着输入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。 6.传感器的输出信号大小会受温度的影响，有温度系数存在。 1.2 输出信号的处理方法 目的是： 提高测量系统的测量精度， 提高测量系统的线性度， 抑制噪声。 由传感器的接口电路完成。 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入的信号形式。 典型的应用接口电路，如表2所示。 2 传感器信号检测电路 完成传感器输出信号处理的各种接口电路统称为传感器检测电路。 2.1 检测电路形式 1. 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。 2. 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，驱动控制电路及报警电路工作 。 3. 由数字式电压表将检测结果直接显示出来。 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。 半导体管阻抗匹配器，实际上是一个半导体管共集电极电路，又称为射极输出器。 场效应管是一种电平驱动元件，栅漏极间电流很小，其输入阻抗可高达 1012Ω 以上，可作阻抗匹配器。 运算放大器阻抗匹配器。 2 .电桥电路 电桥电路是传感器检测电路中经常使用的电路，主要用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流。 1）直流电桥 直流电桥的基本电路，如图1所示。它是由直流电源供电的电桥电路，电阻构成桥式电路的桥臂，桥路的一对角线是输出端，一般接有高输入阻抗的放大器。在电桥的另一对角线接点上加有直流电压。 如果R1=R2=R3=R4时，则电桥电路被称为四等臂电桥，此时输出灵敏感度最高，而非线性误差最小， 因此在传感器的实际应用中多采用四等臂电桥。 3.放大电路 传感器的输出信号一般比较微弱，因而在大多数情况下都需要放大电路。 目前检测系统中的放大电路，除特殊情况外，一般都采用运算放大器构成。 1)反相放大器 图3a是反相放大器的基本电路。反相放大器的输出电压，可由下式确定，即： 4.电荷放大器 压电式传感器输出的信号是电荷量的变化，配上适当的电容后，输出电压可高达几十伏到数百伏，但信号功率却很小，信号源的内阻也很大。 放大器应采用输入阻抗高、输出阻抗低的电荷放大器。 电荷放大器是一种带电容负反馈的高输入阻抗、高放大倍数的运算放大器。 图4是用于压电传感器的电荷放大器的等效电路。 5.传感器与放大电路配接的示例 图5是应变片式传感器与测量电桥配接的放大电路。 应变式传感器作为电桥的一个桥臂，在电桥的输出端接入一个输入阻抗高、共模抑制作用好的放大电路。 当被测物理量引起应变片电阻变化时，电桥的输出电压也随之改变，以实现被测物理量和电压之间的转换。 6.噪声的抑制 在非电量的检测及控制系统中，往往混入一些干扰的噪声信号，它们会使测量结果产生很大的误差，这些误差将导致控制程序的紊乱，从而造成控制系统中的执行机构产生误动作。 传感器信号处理中，噪声的抑制是非常重要的。 1)噪声产生的根源 a.内部噪声 内部带电微粒的无规则运动产生 。 b.外部噪声 由传感器检测系统外部人为或自然干扰造成。 2）噪声的抑制方法 a.选用质量好的元器件。 b.屏蔽 c.接地 d.隔离 e.滤波 3 传感器和微型计算机的连接 3.1传感器与微型计算机结合的重要性 在现代技术中，传感器与微型计算机的结合，对信息处理自动化及科学技