第2章信號(hào)處理電路ppt課件

1、第二章第二章 信號(hào)處置電路信號(hào)處置電路教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容v1直流電橋和交流電橋各有何特點(diǎn)？適用于何種直流電橋和交流電橋各有何特點(diǎn)？適用于何種檢測(cè)？檢測(cè)？v2電阻應(yīng)變片接入電橋有哪三種接法？請(qǐng)畫(huà)出電電阻應(yīng)變片接入電橋有哪三種接法？請(qǐng)畫(huà)出電路，并說(shuō)明其特征。路，并說(shuō)明其特征。v3請(qǐng)畫(huà)出三運(yùn)放儀表放大電路，寫(xiě)出其放大倍數(shù)請(qǐng)畫(huà)出三運(yùn)放儀表放大電路，寫(xiě)出其放大倍數(shù)v4.請(qǐng)畫(huà)出四種濾波器的電路和幅頻特性圖。請(qǐng)畫(huà)出四種濾波器的電路和幅頻特性圖。v5針對(duì)不同的干擾，可采用哪些抗干擾的措施？針對(duì)不同的干擾，可采用哪些抗干擾的措施？v6.常用的隔離技術(shù)有哪些？常用的隔離技術(shù)有哪些？二二. 根本知識(shí)根本知識(shí)2.2.1

2、 電橋電路 電橋有直流電橋和交流電橋。直流檢測(cè)系統(tǒng)圖 直流檢測(cè)系統(tǒng)主要用于檢測(cè)純電阻的變化，如電阻應(yīng)變儀、熱電阻溫度計(jì)等，也可用于檢測(cè)直流電壓的變化，如熱電偶測(cè)溫儀表等。 交流檢測(cè)系統(tǒng)交流檢測(cè)系統(tǒng) 交流檢測(cè)系統(tǒng)主要用于檢測(cè)阻抗變化的傳感器，振蕩頻率通常在50Hz20KHz。用于電容式傳感器，振蕩頻率可達(dá)0.5MHz。2.2.1電橋電路直流電橋URRRRRRRRUUUcdab)(432132410假設(shè)U0=0時(shí)，電橋平衡。假設(shè)R1=R2=R3=R4，稱(chēng)為等臂電橋，電橋有一個(gè)電阻變化，那么電橋失去平衡。)()()(44332211332244110RRRRRRRRRRRRRRRRU 電阻應(yīng)變片接入

3、電橋有三種接法：。電阻應(yīng)變片接入電橋有三種接法：。1單臂工作電橋單臂工作電橋單臂工作電橋的一個(gè)電阻變化，單臂工作電橋的一個(gè)電阻變化，即即R10，假如是等臂電橋，其，假如是等臂電橋，其余各臂為固定電阻，余各臂為固定電阻，R2=R3=R4=0，代入式，代入式2-6得：得： RRUU1042雙臂工作電橋雙臂工作電橋假設(shè)等臂電橋的兩個(gè)臂接入應(yīng)變假設(shè)等臂電橋的兩個(gè)臂接入應(yīng)變片，其中一個(gè)應(yīng)變片受壓，另片，其中一個(gè)應(yīng)變片受壓，另一個(gè)應(yīng)變片受拉，即一個(gè)應(yīng)變片受拉，即R1=-R2，其余兩個(gè)為固定電阻，其余兩個(gè)為固定電阻，即即R3=R4=0，代入式，代入式2-6得：得： RRURRRUU12102)(44321R

4、RRRRRUU103全橋工作電橋假設(shè)等臂電橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，且代入式2-6得： 結(jié)論：全橋的工作方式靈敏度最高，輸出電壓最大。直流電橋的優(yōu)點(diǎn)是：直流電橋的優(yōu)點(diǎn)是：1所需的高穩(wěn)定度直流電源較易獲得；所需的高穩(wěn)定度直流電源較易獲得；2電橋輸出電橋輸出U0是直流，可以用直流儀表丈量；是直流，可以用直流儀表丈量；3對(duì)從傳感器至丈量?jī)x表的連接導(dǎo)線要求較低；對(duì)從傳感器至丈量?jī)x表的連接導(dǎo)線要求較低；4電橋的平衡電路簡(jiǎn)單。電橋的平衡電路簡(jiǎn)單。直流電橋的缺點(diǎn)是：直流電橋的缺點(diǎn)是：1直流放大器比較復(fù)雜，直流放大器比較復(fù)雜，2易受零漂和接地電位的影響。易受零漂和接地電位的影響。交流電橋1交流電橋的平衡條件 交

5、流電橋的四個(gè)橋臂分別用阻抗Z1、Z2、Z3、Z4表示，它們可以是電感值、電容值或電阻值，其輸出電壓也是交流。設(shè)交流電橋的電源電壓為： tUumsin tUZZZZZZZZUZZZZZZZZUmsin)()(43214231432142310交流電橋輸出電壓4321ZZZZ交流電橋的平衡條件：2電阻交流電橋電阻交流電橋單臂電阻交流電橋單臂電阻交流電橋 tUZZUZZUmsin41410工程二工程二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn)單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn)3電感電橋電感電橋二、根本知識(shí)ZZUURRRUZZZU22112110 交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈的電感相對(duì)變化量成正比。 工程二工程二 單臂、雙臂

6、和全橋電橋?qū)嶒?yàn)單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn)4電容電橋電容電橋ZZUURRRUZZZU22112110CCUU20橋臂接入電容時(shí)，公式為：從上式可知：交流電橋的輸出電壓與傳感器的電容相對(duì)變化量成正比。5變壓器電橋電路UU/2U/2iz1z2U0ZZUUZZZUUZIU22222120 用差動(dòng)式電容傳感器組成電橋相鄰兩臂，當(dāng)負(fù)載阻抗為無(wú)窮大時(shí)，電橋的輸出電壓為：212102CCCCUU假設(shè)電容為變間隙式，上式變?yōu)?0UU結(jié)論：結(jié)論： 在電源鼓勵(lì)電壓恒定的情況下，電橋輸出電在電源鼓勵(lì)電壓恒定的情況下，電橋輸出電壓與電容傳感器輸入位移成正比。由于在該輸出壓與電容傳感器輸入位移成正比。由于在該輸出電壓無(wú)法反

7、映位移的方向，相敏檢波電路可識(shí)別電壓無(wú)法反映位移的方向，相敏檢波電路可識(shí)別方向。所以輸出電壓必需經(jīng)后續(xù)放大并經(jīng)相敏檢方向。所以輸出電壓必需經(jīng)后續(xù)放大并經(jīng)相敏檢波和濾波后可由指示表顯示位移的方向和大小。波和濾波后可由指示表顯示位移的方向和大小。 2.2.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路1、差動(dòng)放大器、差動(dòng)放大器 差動(dòng)放大器是一種零點(diǎn)漂移非常微小的直流放大器，它常作為多級(jí)直流放大器的前置級(jí)，用以放大很微小的直流信號(hào)或緩慢變化的交流信號(hào)。課堂練習(xí)：請(qǐng)畫(huà)出三運(yùn)放儀表放大電路 工程二工程二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn)單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn)2、電荷放大器、電荷放大器 電荷放大器用于放大壓電傳感器的輸出信號(hào)。電

8、荷放大器用于放大壓電傳感器的輸出信號(hào)。電荷放大器是一個(gè)具有反響電容電荷放大器是一個(gè)具有反響電容C1的高增益運(yùn)算的高增益運(yùn)算放大器電路。它把壓電傳感器的輸出信號(hào)放大并放大器電路。它把壓電傳感器的輸出信號(hào)放大并將高輸出阻抗變換成低阻抗輸出，輸出電壓與輸將高輸出阻抗變換成低阻抗輸出，輸出電壓與輸入電荷成正比。入電荷成正比。 Ca 為壓電傳感器的等效電容，為壓電傳感器的等效電容，Cc為連接電纜為連接電纜的等效電容，的等效電容，Ci為電荷放大器的輸入電容，為電荷放大器的輸入電容，Cf為反為反響電容，響電容，Rf為反響電阻。電荷放大器的輸出電壓為：為反響電阻。電荷放大器的輸出電壓為： )1(0ACCCCq

9、AUfica 當(dāng)放大器開(kāi)環(huán)增益A和輸入電阻R、反響電阻Rf相當(dāng)大，A1時(shí)，放大器的輸出電壓U0正比于輸入電荷q，反比于反響電容Cf，即： fCqU0信號(hào)濾波電路：信號(hào)濾波電路：作用：傳感器輸出的信號(hào)通常要進(jìn)展濾波，濾去不用要作用：傳感器輸出的信號(hào)通常要進(jìn)展濾波，濾去不用要的高頻或低頻信號(hào)，或要獲得某特定頻段的信號(hào)。的高頻或低頻信號(hào)，或要獲得某特定頻段的信號(hào)。 類(lèi)型：類(lèi)型：低通濾波器：通過(guò)低頻信號(hào)，抑制或衰減高頻信號(hào)低通濾波器：通過(guò)低頻信號(hào)，抑制或衰減高頻信號(hào) 高通濾波器：允許高頻信號(hào)通過(guò)，抑制或衰減低頻信號(hào)高通濾波器：允許高頻信號(hào)通過(guò)，抑制或衰減低頻信號(hào) 帶通濾波器：允許通過(guò)某一頻段的信號(hào)，而

10、在此頻段兩帶通濾波器：允許通過(guò)某一頻段的信號(hào)，而在此頻段兩端以外的信號(hào)將被抑制或衰減端以外的信號(hào)將被抑制或衰減 帶阻濾波器：容許頻率低于某一頻段的下限截止頻率和帶阻濾波器：容許頻率低于某一頻段的下限截止頻率和高于上限截止頻率的信號(hào)的通過(guò)高于上限截止頻率的信號(hào)的通過(guò) 課堂練習(xí)：請(qǐng)畫(huà)出四種濾波器的幅頻特性圖 2.2.4信號(hào)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)轉(zhuǎn)換電路1、電壓與電流轉(zhuǎn)換、電壓與電流轉(zhuǎn)換 目前實(shí)現(xiàn)目前實(shí)現(xiàn)05V、010V電壓、電壓、010mA、420mA電流的轉(zhuǎn)換，可采用集成電壓電流的轉(zhuǎn)換，可采用集成電壓/電流轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如AD693、AD694、XTR110等。等。 2、電壓與頻率

11、轉(zhuǎn)換、電壓與頻率轉(zhuǎn)換 有些傳感器敏感元件輸出的信號(hào)為頻率信號(hào)，如有些傳感器敏感元件輸出的信號(hào)為頻率信號(hào)，如渦輪流量計(jì)，有時(shí)為了和其他規(guī)范信號(hào)接口顯示儀渦輪流量計(jì)，有時(shí)為了和其他規(guī)范信號(hào)接口顯示儀表配套，需要把頻率轉(zhuǎn)換成電壓。表配套，需要把頻率轉(zhuǎn)換成電壓。 2.2.5抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)干擾源：干擾源：1機(jī)械干擾機(jī)械干擾2濕度與溫度干擾濕度與溫度干擾3電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)4靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)5不同地電位引入的干擾不同地電位引入的干擾抗干擾的措施：抗干擾的措施：1、機(jī)械干擾：可選用專(zhuān)用減振彈簧或吸振海綿來(lái)、機(jī)械干擾：可選用專(zhuān)用減振彈簧或吸振海綿來(lái)降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動(dòng)的能量。降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸

12、收振動(dòng)的能量。2、濕度與濕度干擾：、濕度與濕度干擾：(1在設(shè)計(jì)檢測(cè)電路時(shí)，盡量選用低溫漂元件。在設(shè)計(jì)檢測(cè)電路時(shí)，盡量選用低溫漂元件。 (2在電路中考慮采取軟、硬件溫度補(bǔ)償措施。在電路中考慮采取軟、硬件溫度補(bǔ)償措施。(3盡量采取低功耗、低發(fā)熱元件。盡量采取低功耗、低發(fā)熱元件。(4選用的元器件規(guī)格要有一定的余量。選用的元器件規(guī)格要有一定的余量。(5儀器的前置級(jí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱元件儀器的前置級(jí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱元件(6加強(qiáng)散熱加強(qiáng)散熱3、抗電磁干擾：、抗電磁干擾：1串模干擾的抑制串模干擾的抑制1信號(hào)導(dǎo)線扭紋：把信號(hào)導(dǎo)線扭紋在一起能使信號(hào)導(dǎo)線扭紋：把信號(hào)導(dǎo)線扭紋在一起能使信號(hào)回路包圍的面積大為減少。信號(hào)回路

13、包圍的面積大為減少。 2屏蔽：靜電屏蔽、低頻磁屏蔽、電磁屏蔽屏蔽：靜電屏蔽、低頻磁屏蔽、電磁屏蔽3濾波技術(shù)濾波技術(shù) 靜電屏蔽：用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為資料制作成封閉靜電屏蔽：用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為資料制作成封閉的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)的電力場(chǎng)不影響內(nèi)部的電路。使外部干擾電場(chǎng)的電力場(chǎng)不影響內(nèi)部的電路。 低頻磁屏蔽：是用來(lái)隔離低頻磁場(chǎng)和固定磁場(chǎng)耦合干擾的有低頻磁屏蔽：是用來(lái)隔離低頻磁場(chǎng)和固定磁場(chǎng)耦合干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽場(chǎng)對(duì)低頻磁場(chǎng)不起隔離作用，效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽場(chǎng)對(duì)低頻

14、磁場(chǎng)不起隔離作用，必需采用高導(dǎo)磁資料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線從磁必需采用高導(dǎo)磁資料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過(guò)，使低頻磁屏蔽內(nèi)部的電路免受低阻很小的磁屏蔽層上通過(guò)，使低頻磁屏蔽內(nèi)部的電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。 電磁屏蔽：也是采用導(dǎo)電良好的金屬資料做成屏蔽罩、屏蔽電磁屏蔽：也是采用導(dǎo)電良好的金屬資料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被維護(hù)的電路包圍在其中。干擾源產(chǎn)生盒等不同的外形，將被維護(hù)的電路包圍在其中。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時(shí)，就在其外外表感的高頻磁場(chǎng)遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時(shí)，就在其外外表感應(yīng)出同頻率的電渦

15、流，從而消耗了高頻干擾源磁場(chǎng)的能量。應(yīng)出同頻率的電渦流，從而消耗了高頻干擾源磁場(chǎng)的能量。 2共模干擾抑制共模干擾抑制 防止共模干擾通常采用的措施有：接地和光電隔離。防止共模干擾通常采用的措施有：接地和光電隔離。1接地技術(shù)：一點(diǎn)接地原那么接地技術(shù)：一點(diǎn)接地原那么系統(tǒng)兩點(diǎn)接地系統(tǒng)一點(diǎn)接地傳感器信號(hào)源傳感器外殼接地點(diǎn)屏蔽層接地信號(hào)傳輸線大地電位差二次儀表外殼接地點(diǎn)計(jì)算機(jī)接地點(diǎn)計(jì)算機(jī)主板)數(shù)字量在二次儀表側(cè)接地中，大地電位差UNi引起的干擾環(huán)流從A點(diǎn)動(dòng)身，經(jīng)Ci3及Ci4信號(hào)線對(duì)傳感器金屬外殼的分布電容Zs1、Zg(信號(hào)線內(nèi)阻)Zi1、Ci1及Zu、Cu(二次儀表對(duì)地阻抗) A/D板的公共參考端GND

16、C點(diǎn)和B點(diǎn)。由于Ci1、Cu、Ci3及CA容量均很小，因而大地環(huán)流很小，具有較高的抗干擾才干。 2隔離技術(shù)隔離技術(shù)隔離變壓器供電：隔離變壓器供電：使用隔離變壓器應(yīng)將一次側(cè)、二次側(cè)繞組屏蔽，二次側(cè)繞組屏蔽與中間抽頭相連接，隔離變壓器與線路之間的互相連接線包括屏蔽線(因?yàn)檫@些屏蔽線是處在信號(hào)屏蔽的延伸之中)必需完全封閉。光耦合技術(shù)光耦合器電路2電路1 輸入量是電流，當(dāng)電流流入發(fā)光二極管，它即發(fā)射紅外光，光敏元件受紅外光照射后產(chǎn)生相應(yīng)的光電流，實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)的傳輸。 光耦合器在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大進(jìn)步信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加

17、計(jì)算機(jī)工作的可靠性。2.2.6顯示儀表顯示儀表模仿式儀表：有動(dòng)圈式儀表，它價(jià)格低，易于維護(hù)，模仿式儀表：有動(dòng)圈式儀表，它價(jià)格低，易于維護(hù)，精度可達(dá)精度可達(dá)1.0級(jí)，與各種敏感元件和傳感器、變級(jí)，與各種敏感元件和傳感器、變送器配合，廣泛用于溫度、壓力、成分、物位等送器配合，廣泛用于溫度、壓力、成分、物位等非電量的丈量。非電量的丈量。 數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表應(yīng)用：丈量物體的長(zhǎng)度，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸等測(cè)線速、應(yīng)用：丈量物體的長(zhǎng)度，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸等測(cè)線速、轉(zhuǎn)換，對(duì)流水線上的產(chǎn)品個(gè)數(shù)可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。轉(zhuǎn)換，對(duì)流水線上的產(chǎn)品個(gè)數(shù)可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。 CH系列 HM系列教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容v1直流電橋和交流電橋各有何特點(diǎn)？適用于何種直流電橋和交流電橋各有何特點(diǎn)？適用于何種檢測(cè)？檢測(cè)？v2電阻應(yīng)變片接入電橋有哪三種接法？請(qǐng)畫(huà)出電電阻應(yīng)變片接入電橋有哪三種接法？請(qǐng)畫(huà)出電路，并說(shuō)明其特征。路，并說(shuō)明其特征。v3請(qǐng)畫(huà)出三運(yùn)放儀表放大電路，寫(xiě)出其放大倍數(shù)請(qǐng)畫(huà)出三運(yùn)放儀表放大電路，寫(xiě)出其放大倍數(shù)v4.請(qǐng)畫(huà)出四種濾波器的電路和幅頻特性圖。請(qǐng)畫(huà)出四種濾波器的電路和幅頻特性圖。v5針對(duì)不同的干擾