第四章___检测系统设计.ppt

第四章 检测系统设计;二、机电一体化对检测系统的基本要求 1. 精度、灵敏度和分辨率高 2.线性、稳定性和重复性好; 3.抗干扰能力强； 4.静、动态特性好等。;三、检测系统设计的任务、方法和步骤 主要任务：根据使用要求合理选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处理电路以构成检测系统，对检测系统进行分析与调试，使之在机电一体化产品中实现预期的计测功能。 主要方法：实验分析法，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。 设计步骤： （1）设计任务分析 （2）体统方案选择 （3）系统构成框图设计 （4）环节设计与制造 （5）总装调试及实验分析 （6）系统运行及考核;第二节 模拟式传感器信号的检测;振荡器：对传感器信号进行调制，并为解调提供参考信号 量程变换电路：避免放大器饱和并满足不同测量范围的需要 解调器：将已调制信号恢复成原有形式 滤波器：滤除无用干扰信号并取出代表被测物理量的有效信号 运算电路：处理各种信号，获得所需物理量，对信号进行模数转化并有计算机实现 计算机：将有关信息显示 ;二、基本转换电路;a式：最简单的分压电路 b式:串联谐振式分压电路 c式：并联谐振式分压电路 d式：光电分压电路;（二）差动电路 主要用于差动式传感器信号的转换;a式：利用传感器的一对差动阻抗Z1和Z2构成分压器 b式：采用对称电源供电电路 c式：采用一种桥式差动电路 d式：采用变压器配成桥式差动电路;（三）非差动桥式电路;a式：传感器是非差动式的 b式：一种阻容相位电桥 c式：阻感相位电桥;（四）调平电路 一种适用于电容式传感器的调频电路 关系式：;（五）脉冲调宽电路 是一种将传感器的电容C或电阻R的变化转换成输出信号U 关系式：;三、信号放大电路 信号放大电路，亦称放大器，用于将传感器或经基本转换电路输出的微弱信号不是真的加以放大，以便进一步加工处理。 （一）减少噪声和提高稳定性的方法 抑制放大器噪声的措施：①压缩放大器宽度 ②减小信号源电阻 ③选用低噪声放大器件 ④减小接线电缆电容影响及各种干扰因素的影响 提高放大器稳定性的措施：①采用高稳定度的无源元件或引用直流负反馈稳定静态工作点 ②采用集成运算放大器及深度负反馈稳定放大倍数 ③采用电容电阻进行相位补偿④妥善接地与屏蔽 ⑤采取散热与均热措施，减小热漂移;（二）高输入阻抗放大器 为了与传感器电路或基本转换电路相匹配 ①同相输入放大器;②高输入阻抗差动放大器 ;③高输入阻抗反相放大器;④高输入阻抗交流放大器;（3）高共模抑制比放大器 在检测系统中，采用具有高共模抑制能力的差动放大器，在对所感兴趣的两被测信号的差值进行放大的同时，抑制来自环境的共模干扰。 ①在图4-11a中 若取R1=R2,R3=R4,则 若只有共模信号输入，即Ui1=Ui2=Ui3，则;为便于增益调整，且保持高共模抑制比，采取图4-12;②同相输入并串联差动放大器 当R1=R2,Rf1=Rf2=Rf3时，电路输出为;③驱动电缆的差动放大器 可以避免由于传感器信号要经过较长的屏蔽线送到放大器输入端，两路信号电缆的电阻和电容不同而引起附加差模输入信号。;（四）参量放大器 功能：使电参数的变化引起输出电压的变化。有利于简化电路。 ①电容参量放大器 输出电压：;②桥式参量放大器 a： b： ;（五）线性化放大器 是指通过放大器的作用，使包括传感器及信号检测电路在内的整个检测系统的输出与输入之间具有良好的线性。 有图4-16得 当A0足够大时得; 图a：反馈环节的特性要求 图b：具体实现电路;（六）放大器增益切换 作用：在检测系统中，即可满足测量范围的需要，又能保证足够的线性度和灵敏度。;四、信号调制与解调电路 调制与解调方法被广泛应用于通信中，以便给不同的信号赋予不同的特征，将他们相互区别开来。 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。;幅值调制的信号波形如图4-21所示：;2.包络检波 包络检波是一种对调幅信号进行解调的方法，其原理是利用二极管等等具有单向导电性能的器件，截取调幅信号的下半部，再用滤波器滤除其高频成分，从而得到按调幅包络线变化的调制信号，其信号检出过程如图4-24所示：; 上述电路仅在载波