模拟式传感器信号的检测.ppt

3．RC带通滤波器 当R2R1时，后面的低通滤波器对前面的高通滤波器影响较小，因此带通滤波器的传递函数可看成是高通滤波器和低通滤波器的传递函数之积。 无源RC滤波器主要作为一阶滤波器使用。 缺点：频率选择性较差。若将RC滤波器串联起来，虽然可提高阶次(传递函数分母中s的幂次)，但受级间耦合的影响，效果较差。 (三)有源滤波器 有源滤波器采用RC网络和运算放大器组成，其中运算放大器既可起到级间隔离作用，又可起到对信号的放大作用，而RC网络则通常作为运算放大器的负反馈网络。 1．有源低通滤波器 RC网络实现滤波作用，运算放大器用于隔离负载的影响，提高增益和带负载能力。 RC高通滤波器作为运算放大器的负反馈网络而构成的一阶有源低通滤波器 二阶有源低通滤波器 为了在低频区获得比较平坦的幅频特性，常取ζ ＝0.707，则ω0＝ωn，倍频程选择性为7.4dB， 通过多路负反馈以削弱Rf在调谐频率附近的负反馈作用，使滤波器的特性更接近理想的低通滤波器。 2．有源高通滤波器 将两个RC高通滤波器串联接在运算放大器的同相输入端 信号从运算放大器的反相端输入，并通过多路负反馈来抑制元件参数变化的影响，保证在任何参数情况下阻尼比ξ总是正值，滤波器总是工作在稳定状态。 有源高通滤波器 3．有源带通滤波器 由一个RC低通滤波器和一个RC高通滤波器串接在运算放大器的同相输入端构成 传递函数为： 该带通滤波器的中心角频率ωc就等于其固有角频率ωn。设上、下截止角频率分别为ω02= ωn+Δω， ω01= ωn-Δω ，则带宽为B＝2Δω。 4．有源带阻滤波器 传递函数为： 滤波器的通带增益K、阻带宽度B及品质因数Q分别为： 结论：在设计或选用这类滤波器时，运算放大器的增益不宜选得过大，以保证阻尼比为正值，使滤波器工作在稳定状态。 六、运算电路 　　运算电路是能对信号运算处理的电路。 模拟运算电路： 具有直接、简单、运算速度快等特点，主要用于简单的运算 数字运算电路： 由于计算机的普及和许多的优点，数字运算电路的应用越来越广。 按信号形式 (一)线性加、减运算电路 反相输入相加放大器 Rf／Ri可看作是各输入信号Ui的权。 ①当反馈网络的输入电压uo较小时，P点电位uPUD+E1UD+E2 (UD是稳压管VSl～VS3的压降)，且输出电压ufUD+E3，则VSl～VS3均不导通，反馈网络增益较小，输出电压对应着直线段OA。 ②当uo1uo≤uo2时，适当选择E1～E3和UD，可使UD+E1upUD+E2，且ufUD+E3，则VS1导通，VS2、VS3仍截止，从而增加了反馈电阻，使得反馈网络增益加大，输出电压uf对应着直线段AB。 ③当uo2uo≤uo3时，UD+E1upUD+E2，但ufUD+E3，则VSl、VS3导通，VS2截止，相当于在RL上并联一个电阻R8，使反馈网络增益减小，uf对应着直线段BC。 ④当uo3uouo4时，upUD+E2UD+El，且ufUD+E3，则VS1~VS3全部导通，使反馈电阻增加，负反馈减小，反馈网络增益增加，uf对应直线段CD。 (六)放大器增益切换 当UoUc时，通过量程切换电路控制继电器或模拟开关动作，使适当的分压电阻接通，从而对不同的输入信号Ui实现不同程度的衰减，以保证放大器工作在线性范围内。 四、信号调制与解调电路 　　采用调制与解调的方法对信号进行检测，以防止干扰信号对检测精度的影响。 例如：采用特定频率的交流电源对电感传感器供电，或对由应变片、热敏电阻等组成的桥路供电，目的是为了对信号进行调制。经过调制的信号在经过放大后，还需通过解调(或称检波)的方法将其还原成原始信号，以获得被测物理量及其变化的信息。 　　信号调制的方法有幅值调制、相位调制、频率调制和脉宽调制等，其中前三种又分别简称为调幅、调相和调频。对应不同的信号调制方法需采用不同的方法来解调。 (一)幅值调制与解调 1．幅值调制(让一个具有特定角频率ωc的高频信号的幅值随被测量x而变化) 高频信号称为载波信号，被测量x称调制信号，载波信号经被测量x调制后所得到的幅值随x变化的信号称已调制信号或调幅信号。 最简单的幅值调制是线性调制，即让高频振荡信号的幅值为被测信号x的线性函数，所得到的调幅信号的一般表达式为： 式中，ωc是载波信号角频率；Um是载波信号幅度；x是调制信号；m称调制深度。 信号的幅值调制可直接在传感器内进行，也可在电路中进行。 在电路中对信号进行幅值调制的方法有相乘调制和相加调制，下面仅就相乘调制的方法加以介绍。 1)串并联幅值调制电路，用于将缓变的调制信号ui与矩形高频载波信号Uc和Uc非相乘。 将Uc按傅里叶级数展开得：