現代檢測技術及儀器-2016-1-1-3

1、2022-7-21現代檢測技術及儀器現代檢測技術及儀器第一講第一講 緒論緒論1.1 測量與檢測技術及系統(tǒng)概述測量與檢測技術及系統(tǒng)概述1.2 測試信號及其描述測試信號及其描述 1.3 信號的獲取、傳輸和調理信號的獲取、傳輸和調理1.4 傳感器檢測系統(tǒng)的特性傳感器檢測系統(tǒng)的特性2022-7-22課程簡介課程簡介 n 內容涵蓋：內容涵蓋： 誤差理論與數據處理、傳感器技術、測量與計量誤差理論與數據處理、傳感器技術、測量與計量技術、測控電路、電子測量與儀器、測試信號分析與技術、測控電路、電子測量與儀器、測試信號分析與處理、信息處理、微機原理與接口等。處理、信息處理、微機原理與接口等。 其中傳感器技術和電

2、子測量儀器本身屬于綜合性其中傳感器技術和電子測量儀器本身屬于綜合性技術課程。技術課程。2022-7-23課程簡介課程簡介n 特點：特點： 涉及學科門類多、知識面廣、與應用關系緊密、多樣涉及學科門類多、知識面廣、與應用關系緊密、多樣性、實踐性和工程性強。性、實踐性和工程性強。(教與學均不易教與學均不易)n 目標：目標： 深化對測量思想、方法與技術基礎的認識，了解現代深化對測量思想、方法與技術基礎的認識，了解現代檢測技術的特點與發(fā)展狀況，熟悉進行檢測技術研究檢測技術的特點與發(fā)展狀況，熟悉進行檢測技術研究和解決測量問題的思路與方法、學習與利用新技術的和解決測量問題的思路與方法、學習與利用新技術的方法

3、。方法。(通過一門課完成需多門課學習的內容不現實通過一門課完成需多門課學習的內容不現實)2022-7-24課程簡介課程簡介n已修課程或具備知識已修課程或具備知識 傳感器原理與應用、檢測技術、誤差理論與數據處理、信傳感器原理與應用、檢測技術、誤差理論與數據處理、信號與系統(tǒng)、數字信號處理、自控原理、微機原理。號與系統(tǒng)、數字信號處理、自控原理、微機原理。n主要講授內容主要講授內容 緒論緒論-檢測技術基礎、系統(tǒng)特性，發(fā)展中的傳感器技術檢測技術基礎、系統(tǒng)特性，發(fā)展中的傳感器技術-智智能化技術、微傳感器、集成信號調理、低功耗和網絡化，能化技術、微傳感器、集成信號調理、低功耗和網絡化，光電檢測光電檢測-技術

4、基礎、非相干和相干檢測，微弱信號檢測技術基礎、非相干和相干檢測，微弱信號檢測-小信號檢測、相關檢測、取樣積分與數字平均，誤差修正小信號檢測、相關檢測、取樣積分與數字平均，誤差修正與補償與補償-靜、動態(tài)誤差修正與補償，多傳感器信息融合靜、動態(tài)誤差修正與補償，多傳感器信息融合-框框架、算法，軟測量架、算法，軟測量-技術概述、典型建模方法，電子儀器技術概述、典型建模方法，電子儀器-數字電壓表、時間頻率測量與儀器、信號發(fā)生器、電子示數字電壓表、時間頻率測量與儀器、信號發(fā)生器、電子示波器，檢測系統(tǒng)設計。波器，檢測系統(tǒng)設計。2022-7-25課程簡介課程簡介n 教學思路：教學思路： 梳理和補充技術基礎內容

5、（高于一般本科），強化對梳理和補充技術基礎內容（高于一般本科），強化對共性問題與方法的認識；以專題方式選擇性介紹，主共性問題與方法的認識；以專題方式選擇性介紹，主要學習和了解有關測量技術的典型方法或新技術對解要學習和了解有關測量技術的典型方法或新技術對解決問題和提高性能的作用與特點。決問題和提高性能的作用與特點。(限于課時和學識，限于課時和學識，缺少工藝實現內容，有些共性方法技術只能缺少工藝實現內容，有些共性方法技術只能“蜻蜓點蜻蜓點水水”，希望起到引導和拓寬思路的作用。，希望起到引導和拓寬思路的作用。)n 教學方式：教學方式： 課堂講授為主，結合小組專題調研報告和課堂討論。課堂講授為主，結合

6、小組專題調研報告和課堂討論。n 考核方式：考核方式： 開卷答題開卷答題(50)+課外專題報告課外專題報告(30+20)(任務分組分配任務分組分配)2022-7-26課程簡介課程簡介n主要參考書目：主要參考書目：n張宏建 現代檢測技術，化學工業(yè)出版社，2007n金偉 等 現代檢測技術，北京郵電大學出版社，2012n張金 模擬信號調理技術，電子工業(yè)出版社，2012 n樊尚春 傳感器技術及應用，北京航空航天大學出版社，2010n董永貴 傳感技術與系統(tǒng)，清華大學出版社，2006n周浩敏 智能傳感技術與系統(tǒng)，北京航空航天大學出版社，2008n錢政 誤差理論與數據處理，科學出版社，2013n周渭 測試與計

7、量技術基礎，西安電子科技大學出版社，2005n潘立登 等 軟測量技術原理與應用，中電力出版社，2009n周秀云 等 光電檢測技術及應用，國防工業(yè)出版社，2015n朱明武 測試信號處理與分析，北京航空航天大學出版社，2008n余成波 陶紅艷 傳感器與現代檢測技術，2014 n施文康 檢測技術，機械工業(yè)出版社，2010n何金田 智能傳感器原理、設計與應用，電子工業(yè)出版社，2012n申忠如 現代測試技術與系統(tǒng)設計，西安交通大學出版社，2009n趙茂泰 電子測量儀器設計，華中科技大學出版社，2010n王川 電子測量技術與儀器，北京理工大學出版社，20102022-7-271.1 測量與檢測技術及系統(tǒng)概

8、述測量與檢測技術及系統(tǒng)概述n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的作用及名詞概念n1.1.2 檢測系統(tǒng)構成檢測系統(tǒng)構成n1.1.3 測量單位測量單位n1.1.4 測量方法分類測量方法分類n1.1.5 測試與計量的共性方法測試與計量的共性方法n1.1.6 現代檢測技術的含義、特征及常用方法現代檢測技術的含義、特征及常用方法n1.1.7 檢測技術的發(fā)展趨勢檢測技術的發(fā)展趨勢n1.1.8 檢測理論發(fā)展展望檢測理論發(fā)展展望2022-7-281.1 測量與檢測技術及系統(tǒng)概述測量與檢測技術及系統(tǒng)概述n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的作用及名詞概念n測量的作用與重要性測量的作用與重要性n測量測量：用實

9、驗手段獲取客觀事物的定量和定性信息的過程。 它是一項科學技術，也是一項工作。n信息社會人類生存發(fā)展必須的資源：物質、能源、信息n信息獲取技術：信息技術的三大支柱之一，關鍵、基礎n作用體現作用體現：各經濟領域、人類的生活與安全、科學與技術 “沒有測量，就沒有科學沒有測量，就沒有科學” “沒有測量，寸步難行沒有測量，寸步難行”2022-7-291.1 測量與檢測技術及系統(tǒng)概述測量與檢測技術及系統(tǒng)概述n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的作用及名詞概念n相關名詞與概念相關名詞與概念n測量測量(measurement) 以確定被測對象屬性和量值為目的的全部操作(國標)。 具體地講，它是將被測量與同性

10、質的標準量比較, 從而確定 被測量對標準量的倍數。n量量：現象、物體或物質可定性區(qū)別和定量表征的一種屬性。 自然界的一切事物都由一定的量組成并通過一定的量體現。n測量是掌握事物本質、揭示自然界規(guī)律的一種手段。 凡是能做到準確定量的實驗都屬于測量活動。2022-7-210n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的作用及名詞概念n相關名詞與概念相關名詞與概念n測量的必要條件測量的必要條件：標準量、被測量、操作者n測量的三個重要因素測量的三個重要因素：測量對象、測量方法、測量設備 完整的測量過程應包括測量單位、被測量、測量方法(包括器具)和測量精度四個部分，須經過三個階段：準備階段、測量階段、數據處理

11、階段。 一個參量的測量，可通過不同的測量方法獲得，方法的選擇正確與否直接關系測量結果的可信賴程度，也關系到方案的經濟性和可行性。不正確的方法，即使有先進的精密儀器，也不會得到正確的測量結果。2022-7-211n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的作用及名詞概念n相關名詞與概念相關名詞與概念n檢測檢測(detection)n含檢和測兩個內容?！皺z”是力圖發(fā)現對象中的某些待測量并以信號的形式表現出來，它是在所用技術范圍內回答有無待測量的操作；“測”是量化待測量的信號，是以一定的精確度回答待測量“大小”的問題。n測試測試(test)：帶有試驗性質的測量。 通常把含有檢查、測量和測試等比較寬廣意義

12、的參數測量稱為檢測。工程中“檢測”視為“測量”的同義詞或近義詞。2022-7-212n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的作用及名詞概念n相關名詞與概念相關名詞與概念n計量計量(metrology)：實現單位統(tǒng)一、數值準確可靠的活動活動。 （JJF1001-2011通用計量術語及定義）計量具有準確性、一致性、溯源性和法制性等基本特點。嚴格地說，計量是量值準確統(tǒng)一的測量。計量源于測量而又嚴于一般的測量。兩者在測量精度、同時測量參數的多少、測量范圍、測量的速度等方面有一定差異；但所用基本方法具有通用性。狹義的計量主要指計量單位及其基準、標準與量值傳遞等；廣義的計量包括了所有的測量，在實際工作或文

13、獻中往往沒有必要去嚴格區(qū)分二者。2022-7-213n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的作用及名詞概念n相關名詞與概念相關名詞與概念n檢測技術：利用敏感元件或其他信息獲取手段得到被測量的信息的技術，以研究信息的獲取、轉換及處理等理論與 技術為主要內容。n測試技術測試技術：是指測試過程中所涉及的測試理論、方法、設備等；泛指測量和試驗兩方面的技術。n自動檢測技術自動檢測技術：能夠自動完成整個檢測過程的技術，以信息的獲取、轉換、顯示和處理過程的自動化為主要內容。 n檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)：為實現參數檢測目的而組建的系統(tǒng)和裝置以及采用的設備等。2022-7-214n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的

14、作用及名詞概念n相關名詞與概念相關名詞與概念n一個完整的檢測系統(tǒng)應包括： 信息提取用傳感器完成 信號的轉換存儲與傳輸用中間轉換裝置完成 信號的顯示和記錄用顯示/指示器、存儲器、記錄儀完成 信號的分析和處理用各種分析儀、計算機完成。n檢測技術的三種具體功能： 參數測量 過程中參數監(jiān)測與控制 測量數據分析、處理和判斷2022-7-215n1.1.1 測量的作用及名詞概念測量的作用及名詞概念n相關名詞與概念相關名詞與概念n傳感器傳感器：能感受被測量并按一定規(guī)律轉換成可用信號的器能感受被測量并按一定規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。(

15、國標國標2005)n國標定義的內涵：國標定義的內涵： 是測量裝置，能完成檢測任務； 其輸入是某種被測量，可能是物理或化學、生物量等； 其輸出是某種便于傳輸、轉換、處理和顯示的物理量，如氣、光、電等，目前主要是電量； 輸出量與輸入量有單值確定的對應關系，有一定精確度。n其他名詞：其他名詞：n敏感元件、轉換元件、變送器2022-7-216n1.1.2 檢測系統(tǒng)構成與檢測技術研究的主要內容檢測系統(tǒng)構成與檢測技術研究的主要內容n一般構成一般構成信號轉換：信號轉換：功能功能 - 將傳感器輸出信號轉換為便于處理的形式將傳感器輸出信號轉換為便于處理的形式(conversion)器件器件 - 信號調理電路（信

16、號調理電路（signal conditioning circuit）信號檢出：信號檢出：功能功能 - 將被測信號轉換為電信號的變化（將被測信號轉換為電信號的變化（detection）器件器件 - 傳感器（傳感器（sensor, transducer）處理分析：處理分析：功能功能 -處理處理(processing)、分析、分析(analysis)，顯示，顯示(display)？通訊接口通訊接口/總線接口總線接口(RS232,RS485,GPIB,PCI,),存儲存儲,監(jiān)控監(jiān)控,決決策策 其它環(huán)節(jié)：其它環(huán)節(jié)：接接口口總總線線存儲存儲顯示顯示分析分析監(jiān)控監(jiān)控判斷判斷決策決策信號檢出信號檢出信號檢出信

17、號檢出信號檢出信號檢出信號轉換信號轉換信號轉換信號轉換信號轉換信號轉換處理、分析處理、分析處理、分析處理、分析處理、分析處理、分析2022-7-217n1.1.2 檢測系統(tǒng)構成與檢測技術研究的主要內容檢測系統(tǒng)構成與檢測技術研究的主要內容n一般構成一般構成力力位移位移 速度速度 加速度加速度 壓力壓力流量流量溫度溫度電阻式電阻式電容式電容式電感式電感式 壓電式壓電式熱電式熱電式 光電式光電式磁電式磁電式電橋電橋 放大器放大器濾波器濾波器調制器調制器解調器解調器運算器運算器 阻抗變換器阻抗變換器 筆式記錄儀筆式記錄儀光線示波器光線示波器 磁帶記錄儀磁帶記錄儀 電子示波器電子示波器 半導體存儲器半導

18、體存儲器 顯示器顯示器 磁卡磁卡 數據處理器數據處理器 頻譜分析儀頻譜分析儀 FFT 實時信號分析儀實時信號分析儀 電子計算機電子計算機 被測對象被測對象 傳感器傳感器 中間變換中間變換測量裝置測量裝置 顯示及顯示及 記錄裝置記錄裝置 實驗結果實驗結果處理裝置處理裝置 激發(fā)裝置激發(fā)裝置 常見物理參量電測量系統(tǒng)的組成框圖2022-7-218n1.1.2 檢測系統(tǒng)構成與檢測技術研究的主要內容檢測系統(tǒng)構成與檢測技術研究的主要內容n對檢測系統(tǒng)的一般要求對檢測系統(tǒng)的一般要求n能測量多種參量，包括電量和非電量；n能測量多參數，具有多測量通道；n能測量動態(tài)參數，測量系統(tǒng)的頻帶寬；n能實時快速進行信號處理，包

19、括排除干擾信號、處理誤差、量程轉換、和信息傳送等。 這些要求在不同領域可能側重點不同，但能同時全面實現上述要求的檢測系統(tǒng)唯有新一代的才可勝任。 2022-7-219n1.1.2 檢測系統(tǒng)構成與檢測技術研究的主要內容檢測系統(tǒng)構成與檢測技術研究的主要內容n主要研究內容主要研究內容n為實現對某一特定物理量的檢測，需要涉及測量原理、測量方法、測量系統(tǒng)和測量數據處理等。n檢測技術研究的主要內容如下： 1）發(fā)現和應用新的測量原理，從事相應傳感器的開發(fā)研究； 2）選擇合適的測量原理測量原理，確定測量方法測量方法； 3）設計或選用各類裝置組成測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)； 4）測量數據的分析處理數據的分析處理，得出符合客

20、觀實際的結論。n與其他課程知識的關聯與其他課程知識的關聯n綜合性技術，檢測系統(tǒng)往往集光、機、電于一體，軟、硬件結合。2022-7-220n1.1.3 測量單位測量單位n概述概述n同類標準量的重要性：直接關系測量結果的準確與可靠n測量結果準確可靠和一致的條件之一：統(tǒng)一的計量單位n用以定量表示同類量量值而約定采用的已知特定量稱為該類量的計量單位。例：“秒”作為“時間量”的單位。n按類似約定規(guī)則確定的一套完善的制度及其全部單位的總體，稱作計量單位制。n國際單位制的構成國際單位制的構成n三大塊：基本單位及補充單位、導出單位、倍數單位2022-7-221n1.1.3 測量單位測量單位n量值的傳遞與溯源量

21、值的傳遞與溯源n量值的傳遞量值的傳遞：n任何計量器具都具有不同程度的誤差，必須用適當等級的計量標準進行周期檢定，以保證其誤差在允許范圍內。n將國家計量基準所復現的計量單位量量值，依次逐級傳遞給下一等級的計量器具，此過程稱為量值傳遞量值傳遞。這種自上而下的活動帶有強制性。n量值的溯源量值的溯源：n自下而上, 主動由基層企業(yè)根據測量準確度要求，自主尋求有較佳不確定度的參考標準進行測量設是量值傳遞的逆過程。n正常運行的量值傳遞和溯源是正常生產和質量保證的前提。2022-7-222n1.1.4 測量方法分類測量方法分類n按測量結果的獲得方式分類按測量結果的獲得方式分類n直接測量直接測量：直接讀數n間接

22、測量：直接讀數后，按函數關系經計算獲得測量結果n組合測量：測量兩個或兩個以上相關的未知數時，通過改變測量條件獲得一組含未知數的方程，求解后獲得結果。n按測量讀數的獲得方式分類按測量讀數的獲得方式分類n直接讀數法：從儀表指示/顯示窗口直接獲得讀數，簡單但準確度較低。n比較讀數法：根據被測量與同類標準量比較的結果推算出測量讀數。特點：標準量直接參與測量典型的比較法：微差法、零值法、替代法。2022-7-223n1.1.4 測量方法分類測量方法分類n按測量性質分類按測量性質分類n時閾測量：也叫瞬態(tài)測量，測量被測量隨時間變化規(guī)律n頻域測量：也叫穩(wěn)態(tài)測量，測量被測量隨頻率變化規(guī)律n數據域測量：也叫作邏輯

23、量測量，以數字電路的邏輯狀態(tài)為主要研究對象。n其他分類其他分類n開環(huán)測量和閉環(huán)測量n單次或多次測量n等精度或不等精度測量2022-7-224n1.1.5 測試與計量的共性方法測試與計量的共性方法n直接計量法和間接計量法直接計量法和間接計量法n直接計量法直接計量法：n不必對與被測量有函數關系的其他量進行計量，能直接得到被測量量值的方法。可用公式表為：A=X；其中，A是被測量的量值，X為實驗得到的結果。誤差：A= X。n特點：精度不太高，簡單方便，高精度測量需誤差補償。n間接測量法間接測量法：n通過對與被測量有函數關系的其他量計量，得到被測量值。被計量值由下式求得:A=f(X1,X2,X3.)；其

24、中Xi為可直接測量量。n在一些測量儀器中，常常通過中間量的測量，并通過計算得到被測量的值。n特點：通過建立被測量與各中間量的數學模型，發(fā)現中間量值對被測量精度的貢獻。高精度測量中常用。例: 測頻2022-7-225n1.1.5 測試與計量的共性方法測試與計量的共性方法n基本計量法和定義計量法基本計量法和定義計量法n基本計量法基本計量法：n通過對一些有關基本量的計量來確定被測量量值的方法，也稱為絕對計量法。實際上該方法屬間接計量法。測直徑？n定義計量法定義計量法：n根據量的單位定義計量該量的方法。這是按計量單位的定義復現其量值的一類方法，適用于基本單位和導出單位。n按定義復現單位并不完全局限于建

25、立基準，有多種方法和不同精度的結果。例：根據歐姆定律，用伏安法測電阻。2022-7-226n1.1.5 測試與計量的共性方法測試與計量的共性方法n直接比較計量法和替代計量法直接比較計量法和替代計量法n直接比較法直接比較法：將被測量直接與已知的同類量相比較的方法。在計量和工程試驗中普遍使用。n條件條件：相比較的兩個量必須是同一種量；計量時必須用比較式計量器具。n特點特點：能獲得較高精度，但需要創(chuàng)造相互比較的條件，使測量的隨意或便利性和測量范圍受限。2022-7-227n1.1.5 測試與計量的共性方法測試與計量的共性方法n直接比較計量法和替代計量法直接比較計量法和替代計量法n替代計量法替代計量法

26、：用選定且已知值的同種量替代被測量，并使作用于指示裝置的效應相同效應相同。n在測量儀器中，“作用于指示裝置的效應效應”可理解為儀器示值。例1:在天平上用已知砝碼替代被測物，消除不等臂所致誤差。例2:測交流電壓有效值，以熱電偶作轉換器，用直流替代交流。電子測量中，在測量條件不變時，用一個標準已知量替代被測量，調整標準量使儀器示值相同，于是被測量等于標準量的相應標稱值。2022-7-228n1.1.5 測試與計量的共性方法測試與計量的共性方法n微差計量法和符合計量法微差計量法和符合計量法n微差計量法微差計量法：將被測量與同其量值只有微小差別的同種已知量比較，并測出兩者之差的方法。計量和工程測試常用

27、。n原理原理：設被測量為x，和它相近的標準量為B，兩者之間的微差為A，A由儀表測出，則x=B+A。因：n x/x=B/x+A/x=B/(A+B)+(A/A)(A/x), 且As); 基于一種傳感原理可制作多種參量傳感器(s-m)n分類依據很多,可按不同方式分類。n基本物理量和派生物理量基本物理量和派生物理量: 名目繁多的待測物理量本質上只是一些基本物理量和由其 派生的其他物理量； 了解它們之間的關系，有助于劃分傳感器類型和從總體上 認識掌握傳感器原理、性能及選用。2022-7-283n1.3.1 信號的獲取信號的獲取n 2.傳感器的分類傳感器的分類n一些基本物理量和常見派生物理量n下表為按被測

28、物理量的分類基本物理量派生物理量基本物理量派生物理量位移線位移長度、厚度、應變加速度線加速度振動、沖擊力、質量、應力磨損、不平度、振動角加速度角振動、角沖擊、扭矩、轉動慣量角位移偏轉角、姿態(tài)、角振動時間頻率計數、統(tǒng)計分布力、壓力重量、推力、應力、密度、力矩速度線速度振動、流量、動量溫度熱容量、渦流流量角、氣體速度角速度轉速、角振動、角動量光光通量與密度、光譜、應變、轉矩2022-7-284n1.3.2 信號的傳輸信號的傳輸n傳感器信號的傳輸方式傳感器信號的傳輸方式n三種三種:四線、三線和兩線, 根據傳感器的種類和不同需要選擇。n兩線式有一個零點電流，如420mA制式中的4mA即零點電流；要求以

29、零電位起始的單電源供電,不能用正、負電源。n三線式中信號零點不易調整,多路情況時要用獨立電源供電。 n四線式對傳感器的零點無嚴格要求。n信號傳輸分兩種情況：敏感元件與傳感器電路間傳輸、傳感器電路之間傳輸。對前者, 主要考慮敏感元件拾取的信號在傳輸中受導線電阻的影響；對后者, 多采用電流信號傳輸,即兩線傳輸。 2022-7-285n1.3.3 信號調理的概念與內容信號調理的概念與內容n信號調理的概念信號調理的概念n信號調理信號調理(signal conditioning):為便于信號的傳輸與處理,通過控制信號來提高測量精度,實現隔離、濾波及線性化的過程。包括輸入信號調理和輸出信號調理兩個方面。n

30、信號調理的內容隨輸入傳感器類型、系統(tǒng)測試要求等的不同而不同,n常用主要手段常用主要手段：阻抗匹配、信號放大、信號隔離、信號濾波、傳感器激勵、信號線性化、電氣轉換、功率驅動等。 2022-7-286n1.3.3 信號調理的概念與內容信號調理的概念與內容n信號調理的內容信號調理的內容n1)阻抗匹配阻抗匹配n描述信號源的參數:信號強弱、信源內部阻抗(輸出阻抗)。輸出阻抗大小決定了傳感器電路的結構形式。阻抗不匹配會使信號在各環(huán)節(jié)的傳輸中嚴重畸變,導致嚴重的檢測誤差。阻抗匹配一般可由運放組成的跟隨器完成。n(1)高輸出阻抗型高輸出阻抗型n這類傳感器輸出信號微弱、輸出阻抗高。n調理電路的作用：吸收信號源的

31、輸出并進行信號放大；將傳感器的高輸出阻抗變換成低輸出阻抗。n(2)低輸出阻抗型低輸出阻抗型n這類傳感器的輸出阻抗較低,輸出信號形式多種多樣。n調理電路的作用：將信號不失真地變換成較強的電壓或電流信號,在其性能上對穩(wěn)定性、抗干擾能力等方面考慮較多。2022-7-287n1.3.3 信號調理的概念與內容信號調理的概念與內容n信號調理的內容信號調理的內容n2) 信號放大信號放大n傳感器輸出的信號量值通常很小,需通過放大增加分辨率和敏感性,并達到A/D轉換所需電平范圍。低電平信號放大可在數據采集設備中進行,也可在信號源附近的信號調理模塊中進行,但在數據采集設備中放大信號,會把進入導線的噪聲一起放大;在

32、信號源附近放大,噪聲的破壞作用會降低,數字化后能更好地反映低電平的原始信號。n 使用護套電纜并盡量縮短長度能減少噪聲。為保證放大器的穩(wěn)定性,第一級放大器的放大倍數不宜過高,一般在幾十倍以下。在結構選擇上,差動放大器比單端放大器有利于抑制干擾。 2022-7-288n1.3.3 信號調理的概念與內容信號調理的概念與內容n信號調理的內容信號調理的內容n3)信號隔離信號隔離n隔離隔離：指使用變壓器、光或電容耦合等方法在被測對象與測量系統(tǒng)之間傳遞信號,避免直接的電流或電壓的物理連接。n原因原因: n(1)被測信號可能含高壓瞬變現象,可能損壞處理模塊或傷害操作者,將被測對象與后端處理部分隔離,以保證系統(tǒng)

33、安全；n(2)確保數據采集各環(huán)節(jié)間不受地勢差或共模電壓差異的影響,從而避免影響測試精度。模擬信號隔離比數字信號隔離困難得多,成本也較高。n常用手段常用手段：線性光耦或2個特性近似相同的普通光耦,或特殊電路來實現;也可直接采用具有隔離作用的儀用放大器。 2022-7-289n1.3.3 信號調理的概念與內容信號調理的概念與內容n信號調理的內容信號調理的內容n4)信號濾波信號濾波n濾波是從所測信號中除去不需要的信號。n系統(tǒng)幾乎都會不同程度受到來自電源線或機械設備的50Hz噪聲干擾,因此大多數信號調理模塊都包含低通濾波器,以最大限度地剔除50Hz噪聲。n交流信號(如振動)往往需要使用防混疊濾波器(A

34、ntialiasing Filter)來濾波。防混疊濾波器是一種低通濾波器,具有非常陡峭的截止頻率,幾乎可將頻率高于數據采集電路輸入帶寬的信號全部除去;如果不將這些信號除去,將會錯誤地顯示為數據采集電路輸入帶寬之內的信號。2022-7-290n1.3.3 信號調理的概念與內容信號調理的概念與內容n信號調理的內容信號調理的內容n5)傳感器激勵傳感器激勵n在某些傳感器系統(tǒng)中必須有激勵信號,如應變壓力傳感器、熱敏電阻及RTD都需要外接電壓或電流激勵信號。對于輸出信號含激勵信號的傳感器要求激勵信號穩(wěn)定。n6)信號線性化信號線性化n大多數傳感器對于被測對象變化的響應具有非線性,需要附加線性調理電路來糾正

35、。由于硬件線性化比較困難,而且范圍有限,在現代檢測系統(tǒng)中廣泛采用軟件線性化方法。2022-7-291n1.3.3 信號調理的概念與內容信號調理的概念與內容n信號調理的內容信號調理的內容n7)電氣轉換電氣轉換n電氣轉換包括兩方面：不同結構IC門電路的電平轉換技術;U/I、I/U、U/F、F/U轉換技術。n8)功率驅動功率驅動n將數字信號(弱信號)變換到較大功率(大功率信號)。n應根據執(zhí)行機構的不同采取不同的電路接口形式,并且還要考慮電氣隔離問題。n接口形式多種多樣, 如采用功率晶體管、達林頓管、晶閘管(即可控硅)、集成式功率驅動器、場效應管等。2022-7-292n1.3.4 傳感器的輸出信號類型及調理傳感器的輸出信號類型及調理n傳感器輸出信號類型傳感器輸出信號類型n傳感器的輸出信號形式：n工作原理