傳感器與檢測(cè)技術(shù)(第3版)[謝志萍]06

1、第第6章章 傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)處理技術(shù)處理技術(shù)電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路6.1.1 直流電橋直流電橋1423oabad1234()()R RR RUUUURRRR傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路11442233o11223344()()()()()()RRRRRRRRUURRRRRRRR o1234()4UURRRRR 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路1單臂工作電橋132412o21234112()()()()RR RR RR RRUUURRRRRRRR 1o21

2、144()RRRRUUUK URRRR1o22()()RRRRRUUKRRRRRo44RKUUUR傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路2等臂雙臂工作電橋o2KUU傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路3等臂全橋工作電橋oUKU根據(jù)電橋的加減速特性可知，組成等臂全橋測(cè)量電路，靈敏度最高，輸出電壓最大。直流電橋后續(xù)的放大電路可采用差動(dòng)輸入的運(yùn)算放大器，對(duì)精度要求高的可選用測(cè)量放大器，具體可參照6.2.2節(jié)。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路例6.1 采用阻值350、靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為350的固定電阻組成電橋供橋電

3、壓為8V，并假定負(fù)載電阻無(wú)窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變?yōu)?000時(shí)，試求單臂工作電橋、雙臂工作電橋及全橋工作時(shí)的輸出電壓。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路6.1.2 交流電橋交流電橋1交流電橋的平衡條件msinuUt14231423om12341234sinZ ZZ ZZ ZZ ZUUUtZZZZZZZZ1423Z ZZ Z傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路2電阻交流電橋om11sin44ZUUK UtZom11sin22ZUUK UtZ傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路3電感電橋11211o121212222ZRR ZZZRUZU

4、UUUZZRRZZZRo2ULUL傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路4電容電橋11112o1212122()()22ZRZRR ZZUZUUUUZZRRZZRZo2UCUC傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.1 電橋電路電橋電路5變壓器電橋電路o2212222UUUUZUIZZZZZ12o122CCUUCCo2UU傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離6.2.1 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器1反相放大器o1i2URGUR 2同相放大器o1i21URGUR傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離6.2.2 測(cè)量放大器

5、測(cè)量放大器1測(cè)量放大器的結(jié)構(gòu)與特性o3112GG1iURRRGURRR傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離2測(cè)量放大器集成電路傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離3測(cè)量放大器的使用（1）差動(dòng)輸入端的連接。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離（2）護(hù)衛(wèi)（Guard）端的連接。當(dāng)測(cè)量放大器通過(guò)電纜與信號(hào)源連接時(shí)，電纜的屏蔽層應(yīng)連接測(cè)量放大器的護(hù)衛(wèi)端。如果電纜的屏蔽層不接護(hù)衛(wèi)端而接地，如圖傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離（3）R端、S端的連接。測(cè)量放大器

6、通常設(shè)有R端和S端，如圖傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離AD612與測(cè)量電橋連接如圖12o12G180k11()2CMRRVVVVVR傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離6.2.3 程控測(cè)量放大器程控測(cè)量放大器PGA1浮點(diǎn)放大器型傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離2增益電阻切換型這種放大器是采用可編程控制的多路開(kāi)關(guān)來(lái)切換放大器中決定增益的電阻，以此改變放大器的增益。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離6.2.4 隔離放大器隔離放大器在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

7、中，人們希望在輸入通道中把工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器輸出的模擬信號(hào)與檢測(cè)系統(tǒng)的后續(xù)電路隔離開(kāi)來(lái)，即無(wú)電的聯(lián)系，這樣可以避免工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)送出的模擬信號(hào)帶來(lái)的共模電壓及各種干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。解決模擬信號(hào)的隔離問(wèn)題要比解決數(shù)字信號(hào)的隔離問(wèn)題困難得多。目前，對(duì)于模擬信號(hào)的隔離廣泛采用隔離放大器。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離1AD277型雙隔離式放大器ff11RAR 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離AD277構(gòu)成的同相比例放大器傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離2AD210型三隔離式放大器傳感器與檢

8、測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.3 信號(hào)的變換信號(hào)的變換6.3.1 電壓與電流轉(zhuǎn)換電壓與電流轉(zhuǎn)換1電壓轉(zhuǎn)換為電流（V/I轉(zhuǎn)換器）若要求Vimax30mV，可在14、15腳間跨接以下電阻：1imax40030/1RV 若要求30mVVimax60mV，可在15、16腳間跨接以下電阻：imax2imax400 (60)30VRV 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離下圖是微機(jī)皮帶秤的信號(hào)變送與轉(zhuǎn)換電路圖，圖中左下角R01R04為電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器連接成的電橋，電橋電源電壓U24由基準(zhǔn)電壓源和輔助放大器提供，U24為：224236.2RURR傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢

9、測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離2電流轉(zhuǎn)換為電壓（I/V轉(zhuǎn)換器）當(dāng)變送器的輸出信號(hào)為電流信號(hào)時(shí)，要轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，需經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換。最簡(jiǎn)單的I/V轉(zhuǎn)換可以利用一個(gè)500的精密電阻，將010mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為05V的電壓信號(hào)。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離6.3.2 電壓與頻率的相互轉(zhuǎn)換電壓與頻率的相互轉(zhuǎn)換LM31系列用做V/F轉(zhuǎn)換時(shí)的簡(jiǎn)化功能框圖如圖ss1.9VIRC1i;VVV s osLI tVC傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)后，CL通過(guò)RL放電，使VC下降。當(dāng)放電過(guò)程持續(xù)T1時(shí)間，VC下降到小于Vi時(shí)，輸入比較器再次啟動(dòng)單脈沖定時(shí)器又產(chǎn)生一個(gè)寬tos的脈沖，開(kāi)關(guān)K再次閉合，CL再次充電，如此循環(huán)，3腳輸入脈寬為tos，周期為T(mén)的方波。頻率fout的大小為：sioutLts12.09RVfTR R R傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離LM331用作V/F轉(zhuǎn)換傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)6.2 信號(hào)的放大與隔離信號(hào)的放大與隔離所示是由LM331構(gòu)成的F/V轉(zhuǎn)換電路，輸入頻率fIN脈沖的每個(gè)下降沿引起輸入