传感器与检测技术第12章_传感器信号处理电路及抗干扰措施.pptx

1;第十二章 传感器信号处理电路 及抗干扰措施;信号的选取与抗干扰能力 ①要求电路本身是低噪声的； ②采用恰当的屏蔽、隔离，合理的布线与接地； ③被测信号的调制和解调。 稳定性 ①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变 ②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹性疲劳、氧化等原因 ③短期稳定性：示值重复性。 ;;;12.2 传感器的阻抗匹配; 阻抗匹配的定义;电阻匹配： 输出、输入电阻的匹配 在直流电路中我们通常需要电阻的匹配（如右图），这样我们会得到最大的功率（请同学们自己推导）传输特性。 ;Po~ RL曲线 ;对于传感器： 1. 输出功率通常微弱，不匹配导致功率损失。 2. 高频系统中不匹配产生反射波，产生噪声。 因此，电路需要阻抗匹配。 不同的传感器的输出阻抗不一样； 输出阻抗大——用高输入阻抗运算放大器匹配 电容式传感器、压电陶瓷、光敏二极管（100M?） 输出阻抗小——用变压器匹配 动圈式传声器（30-70?） 电感式传感器;例：自举型高输入阻抗放大器;解：根据虚地原理;12.3 微弱信号放大;二、测量放大器;利用改变反馈电阻的办法来实现量程变换的可变换增益放大器电路。当开关S1闭合,S2和S3断开时,放大倍数为  而当S2闭合,而其余两个开关断开时,其放大倍数为 选择不同的开关闭合,即可实现增益的变换。如果利用软件对开关闭合情况进行选择,即可实现程控增益变换。 ;四、隔离放大器;耦合方式： 变压器耦合 利用变压器耦合实现载波调制，通常具有较高的线性度和隔离性能，但是带宽被限制在1KHz以下。 光电耦合 利用LED光电耦合的方法实现载波调制，其隔离性能不如变压器耦合，但可获得10KHz的带宽。;主要应用场合： ⑴ 高共模电压场合，例如：电力环境的测量。 ⑵ 高电压隔离、漏电流极低，例如：医疗用监护仪。 ⑶ 对电子仪器提供保护，防止高压对仪器产生故障和损坏。 ⑷ 必须浮地连接的信号源，例如在低电平信号测量中避免地线环路和噪声的影响。;12.4 信号变换电路;2. 电荷-电压变换电路;;将传感器输出的电压或电流信号高低变成单位时间内脉冲数的多少称作对信号进行前处理。这样就大大提高了信号传输的抗干扰能力，解决了长距离传输的问题。 这种方法只适用于实时性要求不是太高的场合。;（a） V/F 转换方框图;5.脉冲数—电压变换电路;;(2)应用举例;12.5 滤波电路;理想滤波器;一、低通滤波器;有源低通一阶滤波器;幅频特性：;有放大作用;有源低通二阶滤波器;传递函数;【例】设计一个截止频率f0=2kHz，品质因素Q=2的低通滤波器。;有源滤波器的优点 不使用电感元件，体积小重量轻； 有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响； 除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。;二、高通滤波器;幅频特性：;;1.解析计算法 设上图中所示的传感器特性解析式为 （12-1） 放大器特性的解析式为 （12-2） 要求测量工具有的刻度方程为 （12-3） 将以上三式联立，消去中间变量u1和x，就得到线性化器非线性特性的解析式 （12-4） 根据式（12-4）即可设计线性化器的具体电路。;2 .图解法 当传感器等环节的非线性特性用解析式表示比较复杂或比较困难时，我们可用图解法求取线性化器的输入-输入特性曲线。图解法的步骤如下（见下图）。 1)将传感器特性曲线作于直角坐标的第一限，u1=f1（x）。 2)将放大器线性特性作于第二限，u2=Ku1。 3) 将整台测量仪表的线性特性作与第四象限，u0=sx。 4)将x轴n段，段数n由精度要求决定。由点1、2、3…、n各作x轴垂线，分别与u1=f(x)曲线及第四象限中的u0=sx直线交于11、12、13、…1n及414243…4n各点。以后以第一象限中这些点作x轴平行线与第二象限u2=Ku1直线交于