項(xiàng)目9 傳感檢測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用

1、1 項(xiàng)目項(xiàng)目9 9 傳感檢測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用傳感檢測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用29.1 9.1 傳感檢測(cè)系統(tǒng)的組成傳感檢測(cè)系統(tǒng)的組成 檢測(cè)與電測(cè)法檢測(cè)與電測(cè)法 檢測(cè)是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界必不可少的重要手段。檢測(cè)是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界必不可少的重要手段。 “ “檢測(cè)檢測(cè)”既包括定量的測(cè)量，也包括定性的試驗(yàn)。既包括定量的測(cè)量，也包括定性的試驗(yàn)。 就被測(cè)對(duì)象而言，機(jī)電工業(yè)需要檢測(cè)的量有電量和非電就被測(cè)對(duì)象而言，機(jī)電工業(yè)需要檢測(cè)的量有電量和非電量?jī)纱箢悾请娏糠N類比電量的種類多得多。量?jī)纱箢?，非電量種類比電量的種類多得多。 電測(cè)法就是把非電量轉(zhuǎn)換為電量來(lái)測(cè)量，同非電的方法電測(cè)法就是把非電量轉(zhuǎn)換為電量來(lái)測(cè)量，同非電的

2、方法相比，電測(cè)法的優(yōu)越性有：相比，電測(cè)法的優(yōu)越性有： (1)(1)便于采用電子技術(shù)，擴(kuò)展儀器的測(cè)量幅值范圍便于采用電子技術(shù)，擴(kuò)展儀器的測(cè)量幅值范圍( (量程量程) )。 (2) (2) 采用電測(cè)技術(shù)具有很寬的測(cè)量頻率范圍采用電測(cè)技術(shù)具有很寬的測(cè)量頻率范圍( (頻帶頻帶) )。 (3)(3)把非電量變成電信號(hào)后，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動(dòng)測(cè)量。把非電量變成電信號(hào)后，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動(dòng)測(cè)量。 (4)(4)把非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，便于用計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)把非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，便于用計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的微機(jī)化和智能化。據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的微機(jī)化和智能化。 3非電量電測(cè)法與檢測(cè)技術(shù)非電量電測(cè)

3、法與檢測(cè)技術(shù) 非電量電測(cè)法的兩個(gè)基本問(wèn)題：非電量電測(cè)法的兩個(gè)基本問(wèn)題： 1 1、怎樣用傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電量；、怎樣用傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電量； 2 2、怎樣對(duì)電量進(jìn)行測(cè)量。、怎樣對(duì)電量進(jìn)行測(cè)量。 因此，非電量電測(cè)法同傳感器技術(shù)、電子測(cè)因此，非電量電測(cè)法同傳感器技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)是緊密聯(lián)系不可分割的。我們把傳感器原量技術(shù)是緊密聯(lián)系不可分割的。我們把傳感器原理、非電量測(cè)量、電量測(cè)量這三部分內(nèi)容合稱為理、非電量測(cè)量、電量測(cè)量這三部分內(nèi)容合稱為傳感器與檢測(cè)技術(shù)，簡(jiǎn)稱感測(cè)技術(shù)。傳感器與檢測(cè)技術(shù)，簡(jiǎn)稱感測(cè)技術(shù)。4傳感器與敏感器傳感器與敏感器 傳感器：將非電量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系傳感器：將非電量轉(zhuǎn)換

4、為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系電量輸出的器件或裝置，它本質(zhì)上是非電系統(tǒng)與電電量輸出的器件或裝置，它本質(zhì)上是非電系統(tǒng)與電系統(tǒng)之間的接口。系統(tǒng)之間的接口。 在非電量電測(cè)量中，傳感器是必不可少的轉(zhuǎn)換在非電量電測(cè)量中，傳感器是必不可少的轉(zhuǎn)換元件。元件。 敏感器：能把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量的敏感器：能把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量的器件或裝置。器件或裝置。 敏感器與傳感器雖然都是對(duì)被測(cè)非電量進(jìn)行轉(zhuǎn)敏感器與傳感器雖然都是對(duì)被測(cè)非電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換但敏感器是把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量，換但敏感器是把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量，而不是像傳感器那樣把非電量轉(zhuǎn)換成電量。而不是像傳感器那樣把非電量轉(zhuǎn)換成電量。5非電量的電測(cè)方法

5、非電量的電測(cè)方法 非電量的電測(cè)方法就其轉(zhuǎn)換關(guān)系而言可歸納為兩大類：非電量的電測(cè)方法就其轉(zhuǎn)換關(guān)系而言可歸納為兩大類： 1 1、直接法：用傳感器直接將被測(cè)非電量、直接法：用傳感器直接將被測(cè)非電量x x轉(zhuǎn)換為電量轉(zhuǎn)換為電量y y。即即 y yf(x) f(x) 2 2、間接法：先用敏感器將被測(cè)量、間接法：先用敏感器將被測(cè)量x x轉(zhuǎn)換為傳感器的可用轉(zhuǎn)換為傳感器的可用非電量非電量z z，再用傳感器將可用非電量，再用傳感器將可用非電量z z轉(zhuǎn)換為電量轉(zhuǎn)換為電量y y。設(shè)傳感器。設(shè)傳感器的轉(zhuǎn)換關(guān)系為的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 y y(z) (z) 敏感器的轉(zhuǎn)換關(guān)系為敏感器的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 z z(x)(x) 由敏感器與傳感器

6、組合成的非電量由敏感器與傳感器組合成的非電量x x電測(cè)裝置的轉(zhuǎn)換關(guān)系電測(cè)裝置的轉(zhuǎn)換關(guān)系便為復(fù)合函數(shù)便為復(fù)合函數(shù) y y(x)(x)f(x) f(x) 按照傳感器定義，這種敏感器與傳感器的組合裝置仍可按照傳感器定義，這種敏感器與傳感器的組合裝置仍可稱為傳感器，但卻不是原來(lái)的非電量稱為傳感器，但卻不是原來(lái)的非電量z z的傳感器，而是被測(cè)量的傳感器，而是被測(cè)量x x的傳感器。的傳感器。 61、傳感檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖、傳感檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖 72 2、傳感檢測(cè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的功能、傳感檢測(cè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的功能 傳感器：傳感器：為檢測(cè)系統(tǒng)提供必須的原始信號(hào)。為檢測(cè)系統(tǒng)提供必須的原始信號(hào)。 中間轉(zhuǎn)換電路：中間轉(zhuǎn)換

7、電路：將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量或?qū)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量或處理的電壓或電流信號(hào)。處理的電壓或電流信號(hào)。 信息傳輸接口：信息傳輸接口：經(jīng)經(jīng)D DA A、A AD D轉(zhuǎn)換，滿足微機(jī)處理、控轉(zhuǎn)換，滿足微機(jī)處理、控制、顯示和記錄裝置的要求，制、顯示和記錄裝置的要求， 信息分析處理：信息分析處理：根據(jù)需要進(jìn)行阻抗匹配、微分、積分、根據(jù)需要進(jìn)行阻抗匹配、微分、積分、線性化及溫度補(bǔ)償?shù)刃盘?hào)處理工作。線性化及溫度補(bǔ)償?shù)刃盘?hào)處理工作。 控制顯示記錄：控制顯示記錄：控制執(zhí)行機(jī)械的運(yùn)行，了解掌握檢測(cè)數(shù)控制執(zhí)行機(jī)械的運(yùn)行，了解掌握檢測(cè)數(shù)值的大小或變化的過(guò)程。值的大小或變化的過(guò)程。 8自動(dòng)化檢測(cè)與控制系

8、統(tǒng)的對(duì)比自動(dòng)化檢測(cè)與控制系統(tǒng)的對(duì)比9普通電測(cè)儀表的組成普通電測(cè)儀表的組成 10被測(cè)被測(cè)對(duì)象對(duì)象 傳感器傳感器信號(hào)信號(hào)調(diào)理調(diào)理多路多路模擬模擬開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)取樣取樣保持保持檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)功率功率放大放大激勵(lì)激勵(lì)裝置裝置低通低通濾波濾波A/D顯示顯示RAMCPUROM鍵盤鍵盤計(jì)算機(jī)總線計(jì)算機(jī)總線D/A119.2.1 9.2.1 輸出信號(hào)的特點(diǎn)輸出信號(hào)的特點(diǎn) (1) 由于傳感器種類繁多，傳感器的輸出形式也是各式各樣的。例如，盡管同是溫度傳感器，熱電偶隨溫度變化輸出的是不同的電壓。 (2) 熱敏電阻隨溫度變化使電阻發(fā)生變化。 (3) 雙金屬溫度傳感器則隨溫度變化輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。 傳感器的輸出信號(hào)，一般比較微

9、弱，有的傳感器輸出電壓最小僅有0.1V。傳感器的輸出阻抗都比較高，這樣會(huì)使傳感器信號(hào)輸入到測(cè)量電路時(shí)，產(chǎn)生較大的信號(hào)衰減。傳感器的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍很寬。傳感器的輸出信號(hào)隨著輸入物理量的變化而變化，但它們之間的關(guān)系不一定是線性關(guān)系。傳感器的輸出信號(hào)大小會(huì)受溫度的影響，有溫度系數(shù)存在。 9.2 9.2 傳感器檢測(cè)信號(hào)處理傳感器檢測(cè)信號(hào)處理 12 1輸出信號(hào)處理的目的 提高測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度，提高測(cè)量系統(tǒng)的線性度，抑制噪聲。由傳感器的接口電路完成，處理后的信號(hào)，應(yīng)成為可供測(cè)量、控制使用及便于向微型計(jì)算機(jī)輸入的信號(hào)形式。 2常用的信號(hào)處理電路 1) 阻抗匹配器 傳感器輸出阻抗都比較高，為防止信號(hào)的衰減

10、，常常采用高輸入阻抗的阻抗匹配器作為傳感器輸入到測(cè)量系統(tǒng)的前置電路。 半導(dǎo)體管阻抗匹配器，實(shí)際上是一個(gè)半導(dǎo)體管共集電極電路，又稱為射極輸出器。 場(chǎng)效應(yīng)管是一種電平驅(qū)動(dòng)元件，柵漏極間電流很小，其輸入阻抗可高達(dá) 1012 以上，可作阻抗匹配器、運(yùn)算放大器阻抗匹配器。 9.2.2 9.2.2 輸出信號(hào)處理方法和電路輸出信號(hào)處理方法和電路13直流電橋工作原理直流電橋工作原理 R R1 1、R R2 2、R R3 3及及R R4 4組成電橋的四個(gè)臂，輸入電源加在電橋的組成電橋的四個(gè)臂，輸入電源加在電橋的CDCD端，輸出信號(hào)取自電橋的端，輸出信號(hào)取自電橋的ABAB端。當(dāng)電橋的輸出端與具有高端。當(dāng)電橋的輸出

11、端與具有高輸入阻抗的裝置相接時(shí)，電橋相當(dāng)于工作在輸出端開(kāi)路狀態(tài)，輸入阻抗的裝置相接時(shí)，電橋相當(dāng)于工作在輸出端開(kāi)路狀態(tài)，其輸出電壓為其輸出電壓為 當(dāng)當(dāng)R R2 2R R3 3R R1 1R R4 4時(shí)，輸出時(shí)，輸出電壓電壓U U0 0為零，稱電橋的這種為零，稱電橋的這種狀態(tài)為平衡狀態(tài)。狀態(tài)為平衡狀態(tài)。 2 2）電橋電路）電橋電路SERRRRRRRRU43213241014 采用交流電源供電的電橋稱為交流電橋。在這種情況下采用交流電源供電的電橋稱為交流電橋。在這種情況下橋臂所接的元件可以是電阻、電感或電容。如果交流電源是橋臂所接的元件可以是電阻、電感或電容。如果交流電源是頻率為頻率為f f的正弦交

12、流信號(hào)，則各橋臂的復(fù)阻抗參數(shù)設(shè)為的正弦交流信號(hào)，則各橋臂的復(fù)阻抗參數(shù)設(shè)為Z Zl l、Z Z2 2、Z Z3 3、Z Z4 4，當(dāng)電橋輸出端開(kāi)路時(shí)，其輸出電壓，當(dāng)電橋輸出端開(kāi)路時(shí)，其輸出電壓U U0 0為為 當(dāng)當(dāng)Z Z1 1Z Z4 4一一Z Z2 2Z Z3 30 0時(shí)，電橋輸時(shí)，電橋輸出電壓出電壓U U0 00 0，這時(shí)電橋處于平，這時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)，其平衡條件為衡狀態(tài)，其平衡條件為2 2交流電橋工作原理交流電橋工作原理SZZZZZZZZUU43213241032413241ZZZZ15電橋的測(cè)量方法電橋的測(cè)量方法 1 1、零測(cè)法：、零測(cè)法： 在零測(cè)法中，有一個(gè)電橋的橋臂電阻可以人為改變

13、。假在零測(cè)法中，有一個(gè)電橋的橋臂電阻可以人為改變。假設(shè)各橋臂電阻已調(diào)好，使電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)橋臂的某一設(shè)各橋臂電阻已調(diào)好，使電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)橋臂的某一個(gè)電阻值如個(gè)電阻值如R R1 1發(fā)生變化時(shí)，電橋失去平衡狀態(tài)，而使檢流計(jì)發(fā)生變化時(shí)，電橋失去平衡狀態(tài)，而使檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。若指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。若R R2 2是一個(gè)可調(diào)電阻，而使電橋重新回到平是一個(gè)可調(diào)電阻，而使電橋重新回到平衡狀態(tài)，這時(shí)檢流計(jì)也將回到零位。因此，由衡狀態(tài)，這時(shí)檢流計(jì)也將回到零位。因此，由R R2 2的變化量即的變化量即可得到可得到R R1 1的變化數(shù)值。的變化數(shù)值。 2 2、偏差測(cè)量法：、偏差測(cè)量法： 在偏差測(cè)量法中，電橋原

14、處于平衡狀態(tài)，若在偏差測(cè)量法中，電橋原處于平衡狀態(tài)，若R R1 1變化，則變化，則電橋失去平衡，輸出端電壓將不再為零，從而使檢流計(jì)發(fā)生電橋失去平衡，輸出端電壓將不再為零，從而使檢流計(jì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)而顯示某一讀數(shù)，這一讀數(shù)反映了電阻偏轉(zhuǎn)而顯示某一讀數(shù)，這一讀數(shù)反映了電阻R R1 1的變化大小。的變化大小。16電橋的分類與應(yīng)用電橋的分類與應(yīng)用 1 1、電橋的分類、電橋的分類 按電源分類：按電源分類： 直流電橋、交流電橋。直流電橋、交流電橋。 按工作方式分類：平衡電橋、不平衡電橋。按工作方式分類：平衡電橋、不平衡電橋。 按接入方式分類：?jiǎn)伪垭姌?、差?dòng)電橋。按接入方式分類：?jiǎn)伪垭姌?、差?dòng)電橋。 172 2、

15、電橋的應(yīng)用、電橋的應(yīng)用 （1 1）平衡狀態(tài)的應(yīng)用）平衡狀態(tài)的應(yīng)用 平衡狀態(tài)的應(yīng)用基于零測(cè)法，由于電橋的平衡工作狀態(tài)，平衡狀態(tài)的應(yīng)用基于零測(cè)法，由于電橋的平衡工作狀態(tài)，使得電源電壓使得電源電壓UsUs波動(dòng)及指示儀表的誤差波動(dòng)及指示儀表的誤差( (除零位誤差外除零位誤差外) )等，等，均不影響測(cè)量結(jié)果，可以獲得較高的測(cè)量精度。均不影響測(cè)量結(jié)果，可以獲得較高的測(cè)量精度。 用零測(cè)法時(shí)，為避免分布參數(shù)的影響，電橋電源應(yīng)采用用零測(cè)法時(shí)，為避免分布參數(shù)的影響，電橋電源應(yīng)采用直流電源或頻率較低的交流電源。為得到較高的準(zhǔn)確度，直流電源或頻率較低的交流電源。為得到較高的準(zhǔn)確度，R Rl l、R R2 2、R R3

16、 3應(yīng)選用高精度電阻，指零儀表應(yīng)選用高靈敏度的電流表應(yīng)選用高精度電阻，指零儀表應(yīng)選用高靈敏度的電流表或檢流計(jì)?；驒z流計(jì)。 零測(cè)法實(shí)質(zhì)上是用標(biāo)準(zhǔn)電阻與被測(cè)電阻零測(cè)法實(shí)質(zhì)上是用標(biāo)準(zhǔn)電阻與被測(cè)電阻RxRx相比較，用指相比較，用指零儀表指示被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量是否相等零儀表指示被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量是否相等( (平衡平衡) )，從而求得被測(cè)，從而求得被測(cè)量。因此這種方法又稱為比較測(cè)量法。只要指零儀表的靈敏量。因此這種方法又稱為比較測(cè)量法。只要指零儀表的靈敏度足夠高，零位式測(cè)量法的測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎等于標(biāo)準(zhǔn)量的準(zhǔn)度足夠高，零位式測(cè)量法的測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎等于標(biāo)準(zhǔn)量的準(zhǔn)確度，這是它的重要優(yōu)點(diǎn)，常用在實(shí)驗(yàn)室作為精密測(cè)量的一確度，

17、這是它的重要優(yōu)點(diǎn)，常用在實(shí)驗(yàn)室作為精密測(cè)量的一種方法。種方法。 18（2 2）不平衡狀態(tài)的應(yīng)用）不平衡狀態(tài)的應(yīng)用 電橋不平衡狀態(tài)的應(yīng)用基于偏差測(cè)量法，將阻抗參數(shù)值隨電橋不平衡狀態(tài)的應(yīng)用基于偏差測(cè)量法，將阻抗參數(shù)值隨被測(cè)非電量變化的阻抗式傳感器接入電橋，初始狀態(tài)即被測(cè)被測(cè)非電量變化的阻抗式傳感器接入電橋，初始狀態(tài)即被測(cè)非電量為非電量為0 0時(shí)，讓電橋平衡即輸出電壓為時(shí)，讓電橋平衡即輸出電壓為0 0，當(dāng)被測(cè)非電量變，當(dāng)被測(cè)非電量變化而不為化而不為0 0時(shí)，引起阻抗參數(shù)值變化，使電橋不平衡即輸出電時(shí)，引起阻抗參數(shù)值變化，使電橋不平衡即輸出電壓不為壓不為0 0。 被測(cè)非電量越大，電橋輸出電壓也越大。這

18、樣就把被測(cè)被測(cè)非電量越大，電橋輸出電壓也越大。這樣就把被測(cè)非電量變化轉(zhuǎn)換成電橋電壓的變化。只要測(cè)得電橋電壓，就非電量變化轉(zhuǎn)換成電橋電壓的變化。只要測(cè)得電橋電壓，就可求得非電量。可求得非電量。 采用這種不平衡的工作狀態(tài)，既可測(cè)量靜態(tài)值又可測(cè)量動(dòng)采用這種不平衡的工作狀態(tài)，既可測(cè)量靜態(tài)值又可測(cè)量動(dòng)態(tài)值，其測(cè)量精度受檢流計(jì)的精度及電源穩(wěn)定性的影響，但態(tài)值，其測(cè)量精度受檢流計(jì)的精度及電源穩(wěn)定性的影響，但能滿足一般實(shí)際測(cè)量的要求。能滿足一般實(shí)際測(cè)量的要求。191 1電橋的靈敏度電橋的靈敏度 電壓的相對(duì)變化量與電阻的相對(duì)變化量之比，即電壓的相對(duì)變化量與電阻的相對(duì)變化量之比，即2 2電橋的非線性誤差電橋的非線

19、性誤差 線性化的輸出電壓線性化的輸出電壓UosUos與電橋?qū)嶋H輸出電壓與電橋?qū)嶋H輸出電壓U U0 0之差的之差的比值，即比值，即電橋的工作特性指標(biāo)電橋的工作特性指標(biāo) RRUUKUS/000UUUOSf20電橋調(diào)零電橋調(diào)零 電橋調(diào)零通常采用串聯(lián)調(diào)零和并聯(lián)調(diào)零兩種方法。電橋調(diào)零通常采用串聯(lián)調(diào)零和并聯(lián)調(diào)零兩種方法。 圖圖a a為串聯(lián)調(diào)零電路，微調(diào)電位器為串聯(lián)調(diào)零電路，微調(diào)電位器RwRw串聯(lián)在橋路中，這種串聯(lián)在橋路中，這種方式多用在橋臂參數(shù)及值較大的場(chǎng)合，調(diào)零電位器的阻值方式多用在橋臂參數(shù)及值較大的場(chǎng)合，調(diào)零電位器的阻值 RwRwR R。 圖圖b b為并聯(lián)調(diào)零電路，微調(diào)電位器為并聯(lián)調(diào)零電路，微調(diào)電位器

20、RwRw并聯(lián)在電橋輸出端，并聯(lián)在電橋輸出端，這種方式多用在橋臂參數(shù)這種方式多用在橋臂參數(shù)R R值較小的場(chǎng)合，并要求值較小的場(chǎng)合，并要求RwRwR R。 21調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 直流放大電路存在的特殊問(wèn)題直流放大電路存在的特殊問(wèn)題零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移 在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所需測(cè)量的電信號(hào)多為微弱的、變化在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所需測(cè)量的電信號(hào)多為微弱的、變化緩慢的非周期信號(hào)，需要進(jìn)行放大和某些處理后才能送到顯示緩慢的非周期信號(hào)，需要進(jìn)行放大和某些處理后才能送到顯示儀及計(jì)算機(jī)等。對(duì)于微弱的、變化緩慢的、類似于直流的信號(hào)，儀及計(jì)算機(jī)等。對(duì)于微弱的、變化緩慢的、類似于直流的信號(hào)，若采用一般直流放大器進(jìn)行放大，會(huì)

21、出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，零點(diǎn)若采用一般直流放大器進(jìn)行放大，會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，零點(diǎn)漂移將影響測(cè)量的精度。漂移將影響測(cè)量的精度。 零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移：隨著時(shí)間的推移，隨著時(shí)間的推移，u u0 0偏離起始值偏離起始值U U0 0而作緩慢的而作緩慢的不規(guī)則的變化，這種現(xiàn)象稱為不規(guī)則的變化，這種現(xiàn)象稱為“零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移”，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱“零漂零漂”或或“溫漂溫漂”。22產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因 產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是直流放大器中的晶體管參數(shù)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是直流放大器中的晶體管參數(shù)隨溫度變化而變化。隨溫度變化而變化。 由于由于PNPN結(jié)溫與工作電流、環(huán)境溫度、散熱情況有關(guān)，是結(jié)溫與工作電流、

22、環(huán)境溫度、散熱情況有關(guān)，是不規(guī)則的，因而不規(guī)則的，因而u uo o的變化也是緩慢而不規(guī)則的了，這就是零的變化也是緩慢而不規(guī)則的了，這就是零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的主要原因。點(diǎn)漂移產(chǎn)生的主要原因。 阻容耦合放大電路級(jí)間有耦合電容隔直，第一級(jí)的零漂阻容耦合放大電路級(jí)間有耦合電容隔直，第一級(jí)的零漂( (一般很小一般很小) )不能加到第二級(jí)放大，因而輸出端的零漂很小，不能加到第二級(jí)放大，因而輸出端的零漂很小，可以不考慮。直接耦合放大電路第一級(jí)零漂可直接加至第二可以不考慮。直接耦合放大電路第一級(jí)零漂可直接加至第二級(jí)放大，因而級(jí)數(shù)愈多、放大倍數(shù)愈高、輸出端的零漂就愈級(jí)放大，因而級(jí)數(shù)愈多、放大倍數(shù)愈高、輸出端的零漂就愈

23、大。在加入信號(hào)以后，如果無(wú)法區(qū)分哪個(gè)是信號(hào)輸出，哪個(gè)大。在加入信號(hào)以后，如果無(wú)法區(qū)分哪個(gè)是信號(hào)輸出，哪個(gè)是零漂時(shí)，放大電路就不能正常工作了。因此克服零漂，提是零漂時(shí)，放大電路就不能正常工作了。因此克服零漂，提高電壓放大倍數(shù)是直流放大器的主要研究?jī)?nèi)容。高電壓放大倍數(shù)是直流放大器的主要研究?jī)?nèi)容。23克服零點(diǎn)漂移的方法克服零點(diǎn)漂移的方法 1. 1.補(bǔ)償法補(bǔ)償法 利用元件的溫度特性補(bǔ)償三極管參數(shù)隨溫度的變化，使利用元件的溫度特性補(bǔ)償三極管參數(shù)隨溫度的變化，使三極管靜態(tài)工作電流三極管靜態(tài)工作電流IcIc穩(wěn)定。最常用的方法是利用特性完全穩(wěn)定。最常用的方法是利用特性完全相同的兩只三極管組成對(duì)稱電路相互補(bǔ)償，

24、即所謂的差動(dòng)放相同的兩只三極管組成對(duì)稱電路相互補(bǔ)償，即所謂的差動(dòng)放大電路。大電路。 2 2采用調(diào)制式直流放大器采用調(diào)制式直流放大器 即先將直流信號(hào)調(diào)制成幅度隨直流信號(hào)變化的交流信號(hào)，即先將直流信號(hào)調(diào)制成幅度隨直流信號(hào)變化的交流信號(hào)，然后進(jìn)行交流放大然后進(jìn)行交流放大( (零漂可以忽略零漂可以忽略) )，最后再經(jīng)解調(diào)檢出放大，最后再經(jīng)解調(diào)檢出放大了的直流信號(hào)。這種模式，電路復(fù)雜，成本較高，但在第四了的直流信號(hào)。這種模式，電路復(fù)雜，成本較高，但在第四代運(yùn)放中常有應(yīng)用。代運(yùn)放中常有應(yīng)用。24調(diào)制式直流放大器的工作流程調(diào)制式直流放大器的工作流程25調(diào)調(diào) 制制 將直流信號(hào)變換成交流信號(hào)的過(guò)程，稱為調(diào)制。將

25、直流信號(hào)變換成交流信號(hào)的過(guò)程，稱為調(diào)制。 在在T T時(shí)間內(nèi)，輸出電壓是具有正負(fù)值的矩形交流電壓，如果時(shí)間內(nèi)，輸出電壓是具有正負(fù)值的矩形交流電壓，如果開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)S S按照一定時(shí)間規(guī)律斷開(kāi)和閉合，則會(huì)輸出連續(xù)的矩形交流按照一定時(shí)間規(guī)律斷開(kāi)和閉合，則會(huì)輸出連續(xù)的矩形交流電壓信號(hào)電壓信號(hào)u u0 0，其波形如圖所示。經(jīng)調(diào)制的輸出電壓頻率是開(kāi)關(guān)，其波形如圖所示。經(jīng)調(diào)制的輸出電壓頻率是開(kāi)關(guān)S S每秒鐘開(kāi)斷次數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)制的必備條件是開(kāi)關(guān)元件和控制開(kāi)關(guān)的每秒鐘開(kāi)斷次數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)制的必備條件是開(kāi)關(guān)元件和控制開(kāi)關(guān)的信號(hào)。信號(hào)。 26常用的晶體管調(diào)制器常用的晶體管調(diào)制器 27解解 調(diào)調(diào) 直流信號(hào)被調(diào)制成交流信號(hào)后，若再

26、將該交流信號(hào)還原直流信號(hào)被調(diào)制成交流信號(hào)后，若再將該交流信號(hào)還原成直流信號(hào)，稱為解調(diào)。成直流信號(hào)，稱為解調(diào)。 u ui i為矩形交流輸入信號(hào)。其負(fù)載兩端電壓為直流電壓為矩形交流輸入信號(hào)。其負(fù)載兩端電壓為直流電壓信號(hào)信號(hào)U Uo o，其波形如圖，其波形如圖b b所示。所示。28濾濾 波波 器器 濾波器：濾波器：一種只允許某一頻帶信號(hào)通過(guò)或只阻止某一頻帶一種只允許某一頻帶信號(hào)通過(guò)或只阻止某一頻帶信號(hào)通過(guò)的裝置。其濾波方式有無(wú)源濾波、有源濾波和數(shù)字濾信號(hào)通過(guò)的裝置。其濾波方式有無(wú)源濾波、有源濾波和數(shù)字濾波。波。無(wú)源、有源濾波器性能比較無(wú)源、有源濾波器性能比較 無(wú)源濾波器電路簡(jiǎn)單，帶負(fù)載能力差。用于檢

27、測(cè)系統(tǒng)對(duì)濾無(wú)源濾波器電路簡(jiǎn)單，帶負(fù)載能力差。用于檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)濾波要求不太高的場(chǎng)所。波要求不太高的場(chǎng)所。 有源濾波器與無(wú)源濾波器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：有源濾波器與無(wú)源濾波器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1)1)不用電感線圈，因而在體積、重量、價(jià)格、線性度等方不用電感線圈，因而在體積、重量、價(jià)格、線性度等方面具有明顯的優(yōu)越性，便于集成化。面具有明顯的優(yōu)越性，便于集成化。 2)2)由于運(yùn)算放大器輸入阻抗高，輸出阻抗低，可以提供良由于運(yùn)算放大器輸入阻抗高，輸出阻抗低，可以提供良好的隔離性能，并可提供所需增益。好的隔離性能，并可提供所需增益。 3)3)可以使低頻截止頻率達(dá)到很低范圍?？梢允沟皖l截止頻率達(dá)到很低范圍。

28、291 1一階一階RCRC低通濾波器的頻率特性低通濾波器的頻率特性 輸出電壓與輸入電壓的比值稱為電路的頻率特性。輸出電壓與輸入電壓的比值稱為電路的頻率特性。其中，其中，T()T()隨隨變化的特性稱為變化的特性稱為幅頻特性幅頻特性：()()隨隨變化的特性稱為變化的特性稱為相頻特性相頻特性： 無(wú)源濾波器無(wú)源濾波器 TRCjiojTUU11 RCarctg 211RCUUTio30 一階高通濾波器的頻率特性為：一階高通濾波器的頻率特性為：其中：其中：幅頻特性幅頻特性： 相頻特性相頻特性： 2 2一階高通濾波器的頻率特性一階高通濾波器的頻率特性 21RCRCUUTio RCarctg2 TRCjRCj

29、iojTUU1313 3帶通濾波器帶通濾波器 帶通濾波器用于通過(guò)某一頻段的信號(hào)，而將此頻段以外的信帶通濾波器用于通過(guò)某一頻段的信號(hào)，而將此頻段以外的信號(hào)加以抑制或衰減。其頻率特性為：號(hào)加以抑制或衰減。其頻率特性為： TCLjRRjT1 221CLRRT RCLarctg132有源濾波器有源濾波器 1 1一階低通濾波器的頻率特性一階低通濾波器的頻率特性 TRCjRRiojTUU111 2111RCRRT RCarctg332 2二階低通濾波器二階低通濾波器 固有角頻率固有角頻率 ： 等效品質(zhì)因數(shù)：等效品質(zhì)因數(shù)： 2311RCjRCjRRRRRiojTffFfFUU 202220311ffFfFR

30、RRRRTRC10ffFRRRQ31343 3一階高通濾波器一階高通濾波器 頻率特性頻率特性 ： 幅頻特性：幅頻特性： 11CRjRCjUUjTio 211CRRCT35濾波器的頻率特性濾波器的頻率特性( (設(shè)設(shè)R R1 1=R=R2 2=R=R，C Cl l=C=C2 2=C)=C)固有角頻率固有角頻率等效品質(zhì)因數(shù)等效品質(zhì)因數(shù) 4 4二階高通濾波器二階高通濾波器2231RCjCRjRRRRCjRRRUUjTffFffFio?RC10ffFRRRQ31 36帶通濾波器的頻率特性：帶通濾波器的頻率特性： 通頻帶寬度通頻帶寬度B為兩個(gè)通頻帶的為兩個(gè)通頻帶的截止頻率之差：截止頻率之差：帶通濾波器品質(zhì)

31、因數(shù)帶通濾波器品質(zhì)因數(shù)Q： 5 5帶通濾波器帶通濾波器 231RCjCRjRRRRRRRCjjTffFffF?0123fRRRffBffFPPffFRRRBfQ31037帶阻濾波器的頻率特性：帶阻濾波器的頻率特性： 通頻帶寬度通頻帶寬度B：帶阻濾波器品質(zhì)因數(shù)帶阻濾波器品質(zhì)因數(shù)Q： 6 6帶阻濾波器帶阻濾波器2200221ffffRRRjRRRjTffFffF?ffFPPRRRfffB22012ffFRRRBfQ221038數(shù)字濾波的常用方法數(shù)字濾波的常用方法 用電阻和電容等元件組成的濾波器能對(duì)混進(jìn)正常信號(hào)中用電阻和電容等元件組成的濾波器能對(duì)混進(jìn)正常信號(hào)中的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制或削弱。同樣，在微機(jī)系

32、統(tǒng)中，用數(shù)字的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制或削弱。同樣，在微機(jī)系統(tǒng)中，用數(shù)字濾波器可濾除干擾信號(hào)。數(shù)字濾波能夠用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法增濾波器可濾除干擾信號(hào)。數(shù)字濾波能夠用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法增強(qiáng)信號(hào)、降低干擾、提取有用信息。它與強(qiáng)信號(hào)、降低干擾、提取有用信息。它與RCRC濾波相比有許多濾波相比有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：如由于數(shù)字濾波利用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而不需要獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：如由于數(shù)字濾波利用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而不需要增加硬件，而且可靠性高、穩(wěn)定性好、靈活方便。增加硬件，而且可靠性高、穩(wěn)定性好、靈活方便。 幾種常用的數(shù)字濾波方法：幾種常用的數(shù)字濾波方法： 1 1限定最大偏差法限定最大偏差法 2 2算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法 3 3加權(quán)平

33、均濾波法加權(quán)平均濾波法39數(shù)模數(shù)模(D(DA)A)和模數(shù)和模數(shù)(A(AD)D)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 檢測(cè)技術(shù)中，傳感器的輸出信號(hào)常為連續(xù)變檢測(cè)技術(shù)中，傳感器的輸出信號(hào)常為連續(xù)變化的模擬量，若要滿足數(shù)字儀表和數(shù)字控制系統(tǒng)化的模擬量，若要滿足數(shù)字儀表和數(shù)字控制系統(tǒng)中傳送、運(yùn)算、處理和顯示等需要，應(yīng)將模擬量中傳送、運(yùn)算、處理和顯示等需要，應(yīng)將模擬量變?yōu)閿?shù)字量，或再將數(shù)字量變?yōu)槟M量。變?yōu)閿?shù)字量，或再將數(shù)字量變?yōu)槟M量。 模數(shù)模數(shù)(A(AD)D)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換：將模擬量變?yōu)閿?shù)字量。：將模擬量變?yōu)閿?shù)字量。 數(shù)模數(shù)模(D(DA)A)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換：將數(shù)字量變?yōu)槟M量。：將數(shù)字量變?yōu)槟M量。 40數(shù)模轉(zhuǎn)換原理數(shù)模轉(zhuǎn)換原理41D D

34、A A轉(zhuǎn)換的等效電路轉(zhuǎn)換的等效電路 42數(shù)模轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 1 1數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率 指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。 2 2數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度 指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差。這種誤差由參指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差。這種誤差由參考電壓的波動(dòng)、運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移、模擬開(kāi)關(guān)的壓降以考電壓的波動(dòng)、運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移、模擬開(kāi)關(guān)的壓降以及電阻阻值的偏差等因素引起。及電阻阻值的偏差等因素引起。 3 3數(shù)模轉(zhuǎn)換器的線性度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的線性度 非線性誤差的大小。非線性誤差的大小。 4 4輸出信號(hào)的建立時(shí)間

35、輸出信號(hào)的建立時(shí)間 這一時(shí)間包括兩部分：距運(yùn)算放大器最遠(yuǎn)的那一位輸入這一時(shí)間包括兩部分：距運(yùn)算放大器最遠(yuǎn)的那一位輸入信號(hào)的傳輸時(shí)間；運(yùn)算放大器到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間。信號(hào)的傳輸時(shí)間；運(yùn)算放大器到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間。 此外還有電源抑制比、功率消耗、溫度系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)，此外還有電源抑制比、功率消耗、溫度系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)，可查閱有關(guān)資料?？刹殚営嘘P(guān)資料。43 模數(shù)轉(zhuǎn)換原理模數(shù)轉(zhuǎn)換原理 44模數(shù)轉(zhuǎn)換逐次逼近法的轉(zhuǎn)換原理模數(shù)轉(zhuǎn)換逐次逼近法的轉(zhuǎn)換原理 模擬電壓模擬電壓UiUi輸入時(shí)，首先將數(shù)碼寄存器清零，然后輸入輸入時(shí)，首先將數(shù)碼寄存器清零，然后輸入時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖C C來(lái)控制順序脈沖發(fā)生器的輸出順序脈沖

36、來(lái)控制順序脈沖發(fā)生器的輸出順序脈沖C C0 0C C3 3，進(jìn)，進(jìn)而控制逐次逼近寄存器的輸出。而控制逐次逼近寄存器的輸出。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入是逐次逼近寄存器的四位輸出數(shù)碼，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入是逐次逼近寄存器的四位輸出數(shù)碼，輸出是模擬量輸出是模擬量UoUo，將其送到電壓比較器的反相輸入端。，將其送到電壓比較器的反相輸入端。 電壓比較器的輸出接到觸發(fā)器電壓比較器的輸出接到觸發(fā)器F F0 0F F3 3的的J J端，并與反相器端，并與反相器相接，反相器的輸出端又接到觸發(fā)器相接，反相器的輸出端又接到觸發(fā)器F F0 0F F3 3的的K K端。端。 數(shù)碼寄存器的輸入量來(lái)自逐步逼近寄存器的輸出數(shù)碼，數(shù)碼寄存

37、器的輸入量來(lái)自逐步逼近寄存器的輸出數(shù)碼，其其C C端與順序脈沖發(fā)生器的端與順序脈沖發(fā)生器的C C3 3端相連，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，端相連，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，C C3 3的時(shí)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)將反映鐘脈沖信號(hào)將反映模擬模擬電壓電壓UiUi的逐次逼近寄存器輸出的逐次逼近寄存器輸出數(shù)碼數(shù)碼存存到數(shù)碼寄存器，以供提取。到數(shù)碼寄存器，以供提取。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，分辨率越高，誤差越小。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，分辨率越高，誤差越小。45模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 1. 1.分辨率分辨率 分辨率以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示。位數(shù)越多，分辨率分辨率以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示。位數(shù)越多，分辨率越高，一般轉(zhuǎn)換精度也越

38、高。越高，一般轉(zhuǎn)換精度也越高。 2 2相對(duì)精度相對(duì)精度 相對(duì)精度為轉(zhuǎn)換器實(shí)際轉(zhuǎn)換值和理想特性之間的最大偏相對(duì)精度為轉(zhuǎn)換器實(shí)際轉(zhuǎn)換值和理想特性之間的最大偏差，除以輸入轉(zhuǎn)換值，以相對(duì)值表示。差，除以輸入轉(zhuǎn)換值，以相對(duì)值表示。 3 3轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度用完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間來(lái)衡量。轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換速度用完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間來(lái)衡量。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到轉(zhuǎn)換信號(hào)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出間是指從接到轉(zhuǎn)換信號(hào)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)為止所需要的時(shí)間，轉(zhuǎn)換電路不同，轉(zhuǎn)換速度也不同。信號(hào)為止所需要的時(shí)間，轉(zhuǎn)換電路不同，轉(zhuǎn)換速度也不同。多數(shù)多數(shù)A AD D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間在轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換

39、時(shí)間在(10(1050)s50)s之間。之間。 此外還有電源抑制、功率消耗、溫度系數(shù)、輸入模擬電此外還有電源抑制、功率消耗、溫度系數(shù)、輸入模擬電壓范圍及輸出數(shù)字信號(hào)的邏輯電平等技術(shù)指標(biāo)。壓范圍及輸出數(shù)字信號(hào)的邏輯電平等技術(shù)指標(biāo)。46傳感器與模數(shù)傳感器與模數(shù)(A(AD)D)轉(zhuǎn)換器的連接通道轉(zhuǎn)換器的連接通道 電信號(hào)電信號(hào) 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理 信號(hào)選擇信號(hào)選擇 數(shù)字化檢測(cè)處理數(shù)字化檢測(cè)處理 作用：用分時(shí)法切換，作用：用分時(shí)法切換，使多個(gè)信號(hào)共用一個(gè)模使多個(gè)信號(hào)共用一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器 。47 放大與濾波環(huán)節(jié)放大與濾波環(huán)節(jié) 放大輸出差放大輸出差模信號(hào)，抑模信號(hào)，抑制共模干擾制共模干擾信號(hào)信號(hào) 。 集成

40、運(yùn)算放大器特點(diǎn)：集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)：1、輸入阻抗高、輸入阻抗高2、輸出阻抗低、輸出阻抗低3、共模抑制比強(qiáng)、共模抑制比強(qiáng)4、可增益調(diào)節(jié)、可增益調(diào)節(jié)5、無(wú)零點(diǎn)漂移、無(wú)零點(diǎn)漂移 6、能快速采樣、能快速采樣 放大器參數(shù)選擇：放大器參數(shù)選擇：1、A1A2盡量對(duì)稱盡量對(duì)稱2、A3盡量失調(diào)小盡量失調(diào)小3、使、使Rf=R 4、Rg按增益選擇按增益選擇 48 多路模擬開(kāi)關(guān)環(huán)節(jié)多路模擬開(kāi)關(guān)環(huán)節(jié) 49 采樣保持環(huán)節(jié)采樣保持環(huán)節(jié) 50 模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) 51傳感檢測(cè)信號(hào)的細(xì)分與辨向原理傳感檢測(cè)信號(hào)的細(xì)分與辨向原理 細(xì)分細(xì)分 為提高檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力，需要對(duì)傳感檢測(cè)信為提高檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力，需要對(duì)傳感檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行

41、細(xì)分。號(hào)進(jìn)行細(xì)分。 幾何量測(cè)量中采用機(jī)械式細(xì)分幾何量測(cè)量中采用機(jī)械式細(xì)分( (如游標(biāo)卡尺等如游標(biāo)卡尺等) )、光學(xué)式細(xì)分和電子式細(xì)分等方法。光學(xué)式細(xì)分和電子式細(xì)分等方法。 辨向辨向 在光柵位移傳感器檢測(cè)系統(tǒng)中，如果不加以方在光柵位移傳感器檢測(cè)系統(tǒng)中，如果不加以方向的區(qū)別而累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，就不會(huì)測(cè)得實(shí)際的位移向的區(qū)別而累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，就不會(huì)測(cè)得實(shí)際的位移量。為此，必須辨別移動(dòng)的方向，并根據(jù)不同的移量。為此，必須辨別移動(dòng)的方向，并根據(jù)不同的移動(dòng)方向，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加或減運(yùn)算。動(dòng)方向，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加或減運(yùn)算。52 四倍細(xì)分原理四倍細(xì)分原理 53辨向原理辨向原理 54傳感檢測(cè)系統(tǒng)中的抗干擾問(wèn)題傳感檢測(cè)系統(tǒng)中的抗

42、干擾問(wèn)題 干擾的來(lái)源干擾的來(lái)源 來(lái)源來(lái)源：1 1、系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。、系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。2 2、系統(tǒng)外部的干擾。、系統(tǒng)外部的干擾。 內(nèi)部干擾因素內(nèi)部干擾因素： 1 1、信號(hào)通過(guò)公共電源、地線和傳輸線阻抗相互耦合形成、信號(hào)通過(guò)公共電源、地線和傳輸線阻抗相互耦合形成干擾；干擾；2 2、元件之間、導(dǎo)線之間通過(guò)寄生電容或互感耦合造成干、元件之間、導(dǎo)線之間通過(guò)寄生電容或互感耦合造成干擾；擾；3 3、大功率和高壓元件產(chǎn)生的電場(chǎng)；、大功率和高壓元件產(chǎn)生的電場(chǎng)；4 4、電子開(kāi)關(guān)元件的電壓、電子開(kāi)關(guān)元件的電壓或電流急劇變化而產(chǎn)生的干擾；或電流急劇變化而產(chǎn)生的干擾；5 5、工作電源，交叉走線等相互、工作電源，交叉走線

43、等相互間形成干擾。間形成干擾。 外部干擾因素：外部干擾因素： 1 1、外部高壓電源因絕緣不良形成的漏電；、外部高壓電源因絕緣不良形成的漏電；2 2、廣播電視、廣播電視、高頻感應(yīng)加熱等；高頻感應(yīng)加熱等；3 3、空間電磁波的輻射；、空間電磁波的輻射；4 4、周圍機(jī)械振動(dòng)和沖、周圍機(jī)械振動(dòng)和沖擊的影響等。擊的影響等。 形成干擾的三要素形成干擾的三要素 ：干擾源：干擾源+ +干擾耦合通道干擾耦合通道+ +干擾接收電路干擾接收電路55 抑制干擾的方法抑制干擾的方法 1 1接地接地 在測(cè)量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地、信號(hào)源地、數(shù)字在測(cè)量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地、信號(hào)源地、數(shù)字信號(hào)地和模擬信號(hào)地。信號(hào)

44、地和模擬信號(hào)地。 2 2屏蔽屏蔽 防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)干擾的有效方法是屏蔽。防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)干擾的有效方法是屏蔽。 (1)(1)靜電屏蔽靜電屏蔽 (2)(2)低頻磁感應(yīng)屏蔽低頻磁感應(yīng)屏蔽 (3)(3)高頻磁感應(yīng)屏蔽高頻磁感應(yīng)屏蔽 3 3隔離隔離 切斷兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)之間電的直接聯(lián)系，而改用其它物理量切斷兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)之間電的直接聯(lián)系，而改用其它物理量( (如光、超聲波、電磁力等如光、超聲波、電磁力等) )實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的聯(lián)系。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的聯(lián)系。 (1)(1)變壓器隔離電路變壓器隔離電路 (2)(2)光電耦合電路光電耦合電路 4 4濾波濾波 采用濾波器可以抑制電源噪聲及耦合到電路中的噪聲。采用濾波器可以抑

45、制電源噪聲及耦合到電路中的噪聲。 (1)(1)電源濾波電源濾波 (2)(2)退耦濾波器退耦濾波器 (3)(3)有源濾波有源濾波 (4)(4)數(shù)字濾波數(shù)字濾波 56典型噪聲干擾的抑制典型噪聲干擾的抑制 1 1設(shè)備啟、停時(shí)產(chǎn)生的電火花干擾設(shè)備啟、停時(shí)產(chǎn)生的電火花干擾 抑制方法：采用抑制方法：采用RCRC吸收電路，將吸收電路，將RCRC串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器觸串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器觸點(diǎn)或電源開(kāi)關(guān)兩端。點(diǎn)或電源開(kāi)關(guān)兩端。 2 2共模噪聲共模噪聲 抑制方法：采用差分放大器，差分放大器幾乎對(duì)共模噪聲沒(méi)抑制方法：采用差分放大器，差分放大器幾乎對(duì)共模噪聲沒(méi)有放大作用。有放大作用。 3 3串?dāng)_串?dāng)_ 抑制方法：將不同

46、信號(hào)線分開(kāi)，并留最大可能的空間隔離。抑制方法：將不同信號(hào)線分開(kāi)，并留最大可能的空間隔離。 設(shè)計(jì)及組裝檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：設(shè)計(jì)及組裝檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題： 1) 1) 避免不同類型的走線平行或靠近。避免不同類型的走線平行或靠近。 2)2)走線盡可能短，盡可能不在集成芯片之間走線。走線盡可能短，盡可能不在集成芯片之間走線。 3)3)電源線和地線要設(shè)計(jì)得盡量粗而短。電源線和地線要設(shè)計(jì)得盡量粗而短。 4)4)對(duì)于易受電源影響的器件，在近旁的電源對(duì)于易受電源影響的器件，在近旁的電源地線之間接入地線之間接入電容器進(jìn)行去耦，易受干擾的器件遠(yuǎn)離振蕩器等。電容器進(jìn)行去耦，易受干擾的器件遠(yuǎn)離振蕩器等。579

47、.3 9.3 傳感器的微機(jī)接口傳感器的微機(jī)接口 589.3.1 9.3.1 傳感檢測(cè)系統(tǒng)中微機(jī)接口的基本方式傳感檢測(cè)系統(tǒng)中微機(jī)接口的基本方式 (1)(1)開(kāi)關(guān)量接口方式開(kāi)關(guān)量接口方式 (2)(2)數(shù)字量接口方式數(shù)字量接口方式 (3)(3)模擬量接口方式模擬量接口方式 上述方式與微機(jī)連接時(shí)，為解決上述方式與微機(jī)連接時(shí)，為解決I IO O數(shù)據(jù)、速度慢數(shù)據(jù)、速度慢的外部設(shè)備與的外部設(shè)備與CPUCPU間通信的同步及中斷管理等問(wèn)題，常采間通信的同步及中斷管理等問(wèn)題，常采用通用的用通用的I IO O接口芯片。接口芯片。599.3.2 ADC9.3.2 ADC與與CPUCPU連接需解決的技術(shù)問(wèn)題連接需解決的

48、技術(shù)問(wèn)題 1 1ADCADC與與CPUCPU的時(shí)間協(xié)調(diào)的時(shí)間協(xié)調(diào) A AD D轉(zhuǎn)換又稱轉(zhuǎn)換又稱ADCADC，其時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)比，其時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)比CPUCPU的指令周期長(zhǎng)。的指令周期長(zhǎng)。為了得到正確的變換結(jié)果，為了得到正確的變換結(jié)果，A AD D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換與傳送必須通轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換與傳送必須通過(guò)過(guò)CPUCPU進(jìn)行控制。其控制方式有：進(jìn)行控制。其控制方式有： (1)(1)延時(shí)等待式延時(shí)等待式 (2)(2)中斷式中斷式 (3)(3)查詢式查詢式 60(1) (1) 延時(shí)等待式延時(shí)等待式 61(2) (2) 中斷式中斷式 62(3) (3) 查詢式查詢式 639.3.3 9.3.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口的典型結(jié)構(gòu)數(shù)

49、據(jù)轉(zhuǎn)換接口的典型結(jié)構(gòu)1 1、高電平單信號(hào)調(diào)理電路單、高電平單信號(hào)調(diào)理電路單ADCADC系統(tǒng)系統(tǒng) 642 2、低電平多路信號(hào)調(diào)理單、低電平多路信號(hào)調(diào)理單ADCADC系統(tǒng)系統(tǒng) 653 3、多路信號(hào)調(diào)理和多、多路信號(hào)調(diào)理和多ADCADC系統(tǒng)系統(tǒng) 669.4 9.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò) 9.4.1 9.4.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)概述傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。智能傳感器的開(kāi)發(fā)和大量使用，導(dǎo)致在分布式控制系統(tǒng)中，對(duì)傳感信息交換提出了許多新的要求。單獨(dú)的傳感器數(shù)據(jù)采集已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代控制技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，取而代之的是分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。 1傳

50、感器網(wǎng)絡(luò)的作用 傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)施遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行分類存儲(chǔ)和應(yīng)用。傳感器網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)用戶可同時(shí)對(duì)同一過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。憑借智能化軟硬件，靈活調(diào)用網(wǎng)上各種計(jì)算機(jī)、儀器儀表和傳感器各自的資源特性和潛力。區(qū)別不同的時(shí)空條件和儀器儀表、傳感器的類別特征，測(cè)出臨界值，作出不同的特征響應(yīng)，完成各種形式、各種要求的任務(wù)。專家們高度評(píng)價(jià)和推崇傳感器網(wǎng)絡(luò)，把傳感器網(wǎng)絡(luò)同塑料、電子學(xué)、仿生人體器官一起，看做是全球未來(lái)的四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。預(yù)言它們將掀起新的產(chǎn)業(yè)浪潮。 672 2傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于人類工作、生活、娛樂(lè)的各個(gè)方面，可用于辦公室、工廠、家庭、住宅小區(qū)、機(jī)器人、汽車等多種領(lǐng)域。

51、網(wǎng)絡(luò)形式可以是以太網(wǎng)或其他形式，連接方式可以是環(huán)形、星形、總線形。 傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以是多個(gè)傳感器和一臺(tái)計(jì)算機(jī)或單片機(jī)組成的智能傳感器。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以組成個(gè)人網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)，甚至可以連上遍布全球的Internet。若將數(shù)量巨大的傳感器加入互連網(wǎng)絡(luò)，則可以將互連網(wǎng)絡(luò)延伸到更多的人類活動(dòng)領(lǐng)域。 目前，傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作遇到的最大問(wèn)題是傳感器的電源供電問(wèn)題。理想的情況是能保持幾年不更換的高效能電池，或采用耗電少的傳感器。值得關(guān)注的是，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)也正朝著開(kāi)發(fā)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。689.4.2 9.4.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)信息交換體系傳感器網(wǎng)絡(luò)信息交換體系 傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息交換體系涉及：協(xié)議、總線、器件標(biāo)準(zhǔn)總線、復(fù)合傳輸、隱藏、數(shù)據(jù)鏈接控制。 協(xié)議是傳感器網(wǎng)絡(luò)上各分布式系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換而達(dá)成共識(shí)的一套規(guī)則或約定。對(duì)于一個(gè)給定的具體應(yīng)用，在選擇協(xié)議時(shí)，必須考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能和使用硬件、軟件與開(kāi)發(fā)工具的能力。 傳感器網(wǎng)絡(luò)上各分布式系統(tǒng)之間進(jìn)行可靠的信息交換，最重要的是選擇和制定協(xié)議。一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議可以使各廠家都生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的產(chǎn)品，不同廠家的傳感器和儀器儀表可以互相代用，不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以互相連接、相互通信。 699.4.3 OSI9.4.3 OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型型 有好幾個(gè)工業(yè)委員會(huì)和公