自动化概论 教学课件 ppt 作者 夏洪永 编自动化概论6.ppt

自动化概论 第二单元 信息与信号 第四节 信号转换放大与干扰消减 2.4.1 信号转换与放大 1.信号转换 传感器的输出信号形式取决于传感器本身，为了传输的需要、为了接收设备对信号形式、种类及大小、变化特性需要等，信号在传输、施用中可能进行一次或多次的转换。 比如电阻式传感器，其信号形式为阻值，不便于传输，应考虑转换为电压信号； 模拟信号要与数字设备相连，要考虑模拟信号向数字信号的转换； 数字信号要驱动模拟设备，则需转换为模拟量; 电信号转换为光信号通过光纤传输等。 2、信号放大 通常传感器输出信号很小，不宜传输、不便施用，有些器件、设备对信号有阈值要求，特别是对于数字设备及逻辑设备而言，存在高电平与低电平的定义，所以信号应符合标准，否则可能造成逻辑上的错误。 信号传递、转换或施用前过程中需要进行适当的放大，放大后的信号应具有原信号的全部信息特征。 2.4.2 干扰与消减 根据信号的种类，对于信号的传输有不同技术要求与传输方式。 工程应用中的信号大多数为电信号，信号的传输则是以传输导线为主。 1．信号管线的阻抗特性影响 电信号沿导线传输，电荷会受到导体的电阻作用，导线与导线、导线与器件间存在着电容，即存在着对能量的储存，同时传输导线上也存在着感抗，对于信号的变化也会产生抑制作用； 气压信号沿管线传输时，也会受到管线的阻力作用，信号路线也存在着容量。 这些阻碍作用、容量储存等因素会将导致信号能量的损失，信号数值降低；原始信号的变化不及时得到反映，时间上赞成滞后。 特别对于脉冲信号、频率信号等，因管线的频率响应会赞成信号波形失真，频带范围受限，甚至可能造成振荡干扰。 导线的质量本身也可能在信号通过时产生噪声。 2．周围环境的电磁、静电干扰 环境中存在的电磁场将在信号传输导线中产生电磁感应，导线中会出现感应电势迭加在原始信号中，特别严重时会淹没原始信号。 静电感应也是一种干扰源，在传输导线各处，静电感应强度不一，沿信号线各处静电电位不等，同样产生附加的电势。 除此以外，电源波动、雷电、温度、湿度的变化及接触点等均可能在传输线上产生附加电势。 3．干扰的消减与滤除 干扰无处不在，信号中或多或少都存在扰动，需要去设法消减、滤除干扰，保证信息的真实性。 （1）在信号传输中，要考虑信号的电磁屏蔽、防雷防静电、接地问题，以及导线的特性阻抗匹配等技术问题； （2）同时考虑对信号种类的选择，不同类型的信号自身抗干扰的能力不同，因此选择一种适合的、可行的信号类型进行传输。 （3）信号接收中一般可借助滤波去除干扰。 滤波的方法有多种，考虑信号的特征频率、频谱等特性，通过高通、低通、带通与带阻、采样频率等手段尽可能地去除干扰，获得真实的信号。 第五节 信号制式与传输规则 一个信息源点（信息产生者）被传递到信息终点（消费者）获得应用按系统图示实施： 当信号从信源点装载信息经过传输网络传递到目的系统后，应能被准确的接收，并正确分离出其中的信息。需要发送方与接收方都能理解并共同遵守的信号传输标准、约定或规则。 在自动化领域中，要从信号中得出操作指令、数据信息，必须清楚指令、数据信息是以什么格式、组织关系被赋予到信号的什么特征上的，也就是说必须首先找出操作指令、数据与信号特征间的关系——信号制式或协议 2.5.1 信号制式 在现代信息传递网络出现之前，信息主要是在两个硬件间单向的、一对一交换，信息功能主要在于两硬件间连接、控制。信息较单一、容量小、格式简单，信息载体主要是模拟量或简单脉冲量信号，信息传输依靠单回路结构即可实现，信息传递系统结构简单。 信号制——在这种简单的信息传输系统中，采用的两硬件间实现传递与接收、相互理解、共同遵守的信息传递规则。 功能： 主要是规定了建立、维持及断开物理通道所需的机械的、电气的、功能性的和规程性的特性。其作用是确保信号能在物理通道上传输； 约定了信息的一种简单表达形式，如用电流的大小来表示一个温度信息的大小，或者控制作用的强弱。其作用是描述信息加载部位。 1、模拟信号制式 ——用于模拟量设备之间进行信息的传递。 电动类早期：0-10mA.DC与0-2V.DC信号标准， 现国际标准：4-20mA.DC与1-5V.DC。 气动类：主要采用20-100KPa气压信号制式。 这种信号制式能表达的信息单一，模式简单，主要是用模拟信号量P的数值大小来描述所要表达的信息程度X。 具有唯一性，一个确定的信息、数据对应一个确定的信号大小。反之，一个确定的信号大小，对应着一个确定的信息、数据大小。 两者之间的关系可表示为： 例1．一个差压变送器测量容器液位，已知容器液位范围为H=0—3M，对应的变送器输出信号范围为电流I=4—20mA。求