传感器输出信号处理技术.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 电桥放大电路 差动输入电桥放大电路 ∞ - + + N R2=R1 uo R1 u R (1+δ) ua ub R R R 线性电桥放大电路 uo R3 R2 = R（1+δ） R1 u ua R1 ub ∞ - + + N 8.3输出信号的干扰及控制技术 在检测装置中，测量的信息往往是以电压或电流形式传送的，由于检测装置内部和外部因素的影响，使信号在传输过程的各个环节中，不可避免地要受到各种噪声干扰，而使信号产生不同程度的畸变。 噪声一般可分为外部噪声和内部噪声两大类。外部噪声有自然界噪声源(如电离层的电磁现象产生的噪声)和人为噪声源(如电气设备、电台干扰等)；内部噪声又名固有噪声，它是由检测装置的各种元件内部产生的，如热噪声、散粒噪声等。 在检测装置中常用的干扰抑制技术，是根据具体情况，对干扰加以认真分析后，有针对性地正确地使用，往往可以得到满意的效果。在对具体问题进行分析时，一定要注意到信号与干扰之间的辩证关系。也就是说，干扰对测量结果的影响程度，是相对信号而言的。如高电平信号允许有较大的干扰；而信号电子越低，对干扰的限制也越严。通常，干扰的频率范围也是很宽的，但是，对于一台具体的测量仪器，并非一切频率的干扰所造成的效果都相同。例如对直流测量仪表，一般都具有较大的惯性，即仪表本身具有低通滤波特性，因此它对频率较高的交流干扰不敏感；对于低频测量仪表，若输入端装有滤波器，则可将通带频率以外的干扰大大衰减。但是，若对工频干扰采用滤波器，会将50Hz的有用信号滤掉。因此，工频干扰是低频检测装置最严重的问题，是不易除去的干扰，对于宽频带的检测装置，在工作频带内的各种干扰都将起作用。在非电量的检测技术中，动态掼f量应用日趋广泛，所用的放大器、显示器、记录仪等的频带越来越宽，因此，这些装置的抗干扰问题也日趋重要。目前常用的抗干扰措施有如下几种。 常用的干扰抑制技术 1.屏蔽技术 利用铜或铝等低阻材料制成的容器，将需要防护的部分包起来或者是用导磁性良好的铁磁性材料制成的容器将要防护的部分包起来，此种方法主要是防止静电或电磁干扰，称之为屏蔽。 静电屏蔽 在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点等电位。静电屏蔽就是利用了与大地相连接的导电性良好的金属容器，使其内部的电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。 静电屏蔽能防止静电场的影响，用它可以消除或削弱两电路之间由于寄生分布电容耦合而产生的干扰。 在电源变压器的一次、二次侧绕组之间插入一个梳齿形薄铜皮并将它接地，以此来防止两绕组间的静电耦合，就是静电屏蔽的范例。 电磁屏蔽 电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰电磁场在屏蔽体，内产生涡流，再利用涡流消耗高频干扰磁场的能量，从而削弱高频电磁场的影响。 若将电磁屏蔽层接地，则同时兼有静电屏蔽的作用。也就是说，用导电良好的金属材料做成的接地电磁屏蔽层，同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽两种作用， 低频磁屏蔽 在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线限制在磁阻很小的磁屏蔽体内部，防止其干扰作用。 通常采用坡莫合金之类的对低频磁通有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度，以减少磁阻。 2. 接地技术 1)保护接地线，出于安全防护的目的将检测装置的外壳屏蔽层接地用的地线。 2)信号地线，它只是检测装置的输入与输出的零信号电位公共线，除特别情况之外，一般与真正大地是隔绝的。信号地线分为两种：模拟信号地线及数字信号地线，因前者信号较弱，故对地线要求较高，而后者则要求可低些。 3)信号源地线，它是传感器本身的信号电位基准公共线。 4)交流电源地线。 在检测装置中，上列四种地线一般应分别设置，以消除各地线之间的相互干扰。 通常在检测装置中至少要有三种分开的地线，如图所示。若设备使用交流电源时，则交流电源地线应和保护地线相连。图中三条地线应连在一起并通过一点接地。使用这种接地方式可以避免公共地线各点电位不均匀所产生的干扰。 为了使屏蔽在防护检测装置不受外界电场的电容性或电阻性漏电影响时充分发挥作用，应将屏蔽线接到大地上。但是大地各处电位很不一致，如果一个测量系统在两点接地，因两接地点不易获得同一电位，从而对两点(多点)接地电路造成干扰。这时地电位是装置输入端共模干扰电压的主要来源。因此，对一个测量电路只能一点接地。 3. 信号的滤波　 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分． 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）