传感器与检测技第10章 信号处理及抗干扰技术 37页.ppt

* * 第10章 信号处理及抗干扰技术 一般测量系统通常由传感器、测量电路（信号转换与信号处理电路）以及显示记录部分组成。对于被测非电量变换为电路参数（R、L、C、M）的无源型传感器（如电阻式、电感式、电容式、电涡流式等），因为传感器的输出是电路参数的变化，因此，需要对他们先进行激励，通过不同的转换电路把电路参数转换成电流或电压信号，然后再经过放大输出；而对于直接把非电量变换为电学量（电流或电动热）的有源型传感器（如电压式、磁电式、热电式等），虽然他们输出的是电量，但仍然需要进行放大或特殊处理。因此，一个非电量检测装置（或系统）中，必须具有对电信号进行转换和处理的电路。转换和处理电路的任务比较复杂。除了微弱信号放大、滤波外，还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿，误差修正、量程切换等信号处理功能。信号处理电路的重点为微弱信号放大及线性化处理。 检测装置的抗干扰问题，实际上也是电子测量装置的抗于扰问题。为了有效地防止干扰，必须首先要弄清干扰的类型、来源及其传送的方式，才能根据不同的情况，提出相应的抗干扰措施，从而达到消除或减弱干扰的目的。 10.1 信号处理技术 10.1.1 微弱信号放大 10.1.1.1 测量放大器 通常对一个单纯的微弱信号，可以采用运算放大器进行放大，如图10.1.1所示。其中U，为传感器输出的电压，运算放大器为反相输入接法,U。为放大后的输出电压，此时 (10-1-1) 运算放大器也可以接成同相输入形式，由于传感器的工作环境往往比较恶劣，在传感器的两个输出端上经常产生干扰较大的信号，有时是完全相同的干扰信号称为共模干扰。虽然运算放大器对直接输入或同相输入的共模信号有较强的抑制能力，但是对简单的反相输入或同相输入接法，由于电路结构不对称，抵御共模干扰的能力很差。我们可以采用运算放大器的差动接法，从比较大的共模信号中检出差值信号并加以放大。 对于传感器输出的微弱信号，通常是用一组运算放大器构成的测量放大器来进行放大的，经典的测量放大器由三个运算放大器构成，如图10.1.2所示。 其中N1、N2构成同相并联差动放大器，差动输入信号和共模输入信号从N1、N2的同相输入，所以它的差动输入电阻和共模输入电阻都很大 。对N1、N2来说，电路的平衡对称机构也有助于失调及其漂移影响的互相抵消。运算放大器N3接成差动式输入，它不但能割断共模信号的传递，还将N1、N2的双端输出变成单端输出，以适应接地负载的需要。不难证明这个电路的电压放大倍数为 (10-1-2) 调整R1即可改变放大倍数。 测量放大器所采用的上述电路形式，是它具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移相互补偿以及输出不包含共模信号等一系列优点。这种放大器在许多高精度、低电平的放大方面是极其有用的，而且由于它的共模抑制能力强，所以能从高的共模信号背景中检测出微弱的有用信号。 10.1.1.2 实用测量放大器 目前各模拟器件公司竟相推出了许多型号的单片测量放大断气芯片，供用户选择使用。因此信号处理中需对微弱信号放大时，可以不必再用分立的通用运算放大器来构成测量放大器。采用单片测量放大器芯片显然具有性能优异、体积小、电路结构简单、成本低等优点。如AD公司推出的单片精密测量放大器AD521和AD522就是最常用的两种单片测量放大器。 1)???? ?1) AD521 AD521的管脚功能与基本接法如图10.1.3所示。管脚OFFSET（1、6）用来调节放大器零点，调整方法是将该端子接到10KΩ电位器的两个固定端，滑动端接电源负端。测量放大器计算公式为 (10-1-3) 放大倍数在0.1到1000范围内调整，选用RS=100KΩ时，可以得到较稳定的放大倍数。在使用AD521（或任何其他测量放大器）时，都要特别注意为偏置电流提供回路。为此，输入端（1或3）必须与电源的地线构成回路。可以直接相连，也可以通过电阻相连。 2) AD522 AD522也是单芯片集成精密测量放大器，K0=100时，非线性仅为0.005%