测控系统原理与设计21_输入教程.ppt

第二章 输入/输出通道;第二章 测控系统的输入/输出通道;第一节 模拟输入通道（数据采集系统）;一、输入通道的分类;工作过程：各路被测参数共用一个采样/保持器和A/D转换器。在某一时刻，多路开关只能选择其中某一路，把它接入到采样/保持器的输入端。当采样/保持器的输出已充分逼近输入信号时，在控制命令的作用下，采样保持器由采样状态进入保持状态，A/D转换器开始进行转换，转换完毕后输出数字信号。在转换期间，多路开关可以将下一路接通到采样保持器的输入端。系统不断重复上述操作，实现对多通道模拟信号的数据采集。 特点：结构形式简单，所用芯片数量少，它适用于信号变化速率不高，对采样信号不要求同步的场合。如果信号变化速率慢，也可以不用采样保持器。如果信号比较弱，混入的干扰信号比较大，还需要使用数据放大器和滤波器。;集中采集式之多路同步采集结构：;特点：各路信号必须串行的在共用的A/D转换器中进行转换，因此这种结构的速度仍然较慢。 工作过程：各路信号共用一个A/D转换器，但每一路通道都有一个采样保持器，可以在同一个指令控制下对各路信号同时采样，得到各路信号在同一时刻的瞬时值。模拟开关分时的将各路采样保持器输出信号接到A/D转换器上进行模数转换。;分散式采集结构;特点： 每个通道都有独自的采样保持器和A/D转换器，各个通道的信号可以独立采样和A/D转换器。转换的数据可经过接口电路直接送至计算机中，数据采集的速度快 。 多通道并行数据采集系统所用的硬件多、成 本高。这种结构形式适用于高速系统、分散 系统以及多通道并行数据采集系统。 ;二、传感器的选用;对传感器的主要技术要求;传感器的选用将影响输入通道的具体组成。; 2、 数字式传感器一般是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，因此，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。 ; 传感器输出为频率量或开关量时的输入通道。;3）. 集成传感器：集成传感器是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。采用集成传感器可以减轻输人通道的信号调理任务，简化通道结构。 ;4）. 光纤传感器：这种传感器其信号拾取、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以从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰。 ;三、信号调理电路的参数设计和选择;信号调理的内容： 小信号放大 滤波 零点校正 线性化 温度补偿 误差修正 量程切换;1. 前置放大器; 放大器前置的原因1：使输入的小信号不被电路噪声所淹没。;总输出噪声折算到前置放大器输入端为：; 放大器前置的原因2：防止滤波器的噪声被放大器放大。;【例2－1】已知DFS-V数字地震仪的地震数据采集电路由前置放大器、滤波器、多路转换开关、浮点放大器和模数转换器五个部件串接而成，五个部件的等效输入噪声分别为：0.085μV、9μV、0μV(可忽略不计) 、7μV、177μV，浮点放大器放大倍数浮动范围为～， 前置放大器的放大倍数分20、80、320三档，画出DFS-V数字地震仪的地震数据采集电路组成框图，并计算该数字地震仪的等效输入噪声。;;因数字地震仪的等效输入噪声反映地震仪接收最弱信号的能力， 而在接收最弱信号时浮点放大器取最大增益，故应取;信号调理通道中常用的放大器; 放大器(Amplifier)是信号调理电路中的重要元件，合理选择使用放大器是系统设计的关键。智能仪器常工作于恶劣环境中，要求放大电路兼有高输入阻抗、高共模抑制比、低功耗等特性。程控放大器、测量放大器、隔离放大器等是智能仪器中常用的放大器。 ;分类; 2.5 反相程控放大电路 ;(2)程控同相放大器; 2.7 程控同相放大电路;3．集成程控放大器;●增益误差：G1000　0.05％～0.15％， G=1000 0.08％～0.1％； ;（2）内部结构 ; 其中，A0、A1为增益数字选择输入端，与TTL、CMOS电平兼容，可以和任何单片机的I/O口直接相连，其增益选择及增益误差见表2.1。 ;（3）PGA202基本用法; PGA202/203与比较器、二进制加减计数器连接可构成自动增益控制电路，如图2.11所示。 ; 将PGA202和PGA203两片级联，如图2.12所示，A3、A2、A1、A0组合可有16种状态，可在1～8000范围内选择16种增益 。;4.仪用放大器;图2.13 仪用放大器原理; 将前述的可编程增益放大器PGA202/203