模拟式传感器信号的检测课件.pptVIP

第一节概述一、检测系统的功用及组成功用:用于检测有关外界环境及自身状态的各种物理量(如力、温度、距离、变形、位置、功率等)及其变化，并将这些信号转换成电信号，然后再通过相应的变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。组成:实现上述功能的传感器及相应的信号检测与处理电路，就构成了机电一体化产品中的检测系统。1

二、机电一体化对检测系统的基本要求1.精度、灵敏度和分辨率高；2.线性、稳定性和重复性好；3.抗干扰能力强；4.静、动态特性好。其它要求:体积小、质量轻、价格便宜、便于安装与维修、耐环境性能好等。三、检测系统设计的任务、方法和步骤检测系统设计的主要任务：根据使用要求合理选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处理电路以构成检测系统，对检测系统进行分析与调试，使在机电一体化产品中实现预期的计测功能。2

检测系统设计的主要方法:实验分析法，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。检测系统设计的一般步骤：(1)设计任务分析(2)系统方案选择(3)系统构成框图设计(4)环节设计与制造(5)总装调试及实验分析(6)系统运行及考核3

第二节模拟式传感器信号的检测一、模拟信号检测系统的组成模拟式传感器其输出是与被测物理量相对应的连续变化的电信号。4

二、基本转换电路被测物理量经传感器变换后，往往成为电阻、电容、电感等电参数的变化，或电荷、电压、电流等电量的变化。当传感器的输出信号是电参数时，需采用基本转换电路将其转换成电量形式，然后再送入后续检测电路。(一)分压电路5

式中:ω是交流电源角频率；M是2变压器互感。6

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(二)差动电路差动电路主要用于差动式传感器信号的转换。当被测量发生变化时，传感器阻抗也随之变化，设变化量为ΔZ，则Z＝Z+ΔZ，Z＝Z-ΔZ，于是10208

采用对称电源供电，在传感器处于平衡位置时，电路输出为零；当传感器失衡后，输出电压与阻抗的变化成正比，即:9

主要用于直流电桥中，两个阻抗元件Z的中点接地，构成对称供电形式。当传感器处于平衡位置时，输出电压为零；当传感器失衡后，输出电压为:10

通过具有中间抽头的变压器二次线圈对传感器的一对差动阻抗对称供电，其输出电压与传感器阻抗变化之间的关系为：11

(三)非差动桥式电路若传感器的基准阻抗为Z，并0取Z＝Z＝Z，传感器阻抗随R0被测量的变化为ΔZ，则12

当电容传感器的电容C或电阻传感器的电阻R变化时，输出电压的幅值U＝U／20i不变，但相位角φ却随之变化，其输出特性表达式为：13

输出信号相位随传感器电感L或电阻R的变化关系为:阻感相位电桥14

(四)调频电路传感器电容C和标准电感L构成谐振电路并接入振荡器中，振荡器输出信号的频率f随传感器电容C的变化关系为:15

(五)脉冲调宽电路输出信号U的脉宽占随电容C或电阻R的变化而变化，即:0式中，k是与U／U有关的常数。Ri16

三、信号放大电路信号放大电路（放大器），用于将传感器或经基本转换电路输出的微弱信号不失真地加以放大，以便于进一步加工和处理。(一)减小噪声和提高稳定性的方法放大电路中常见的噪声:热噪声、散粒噪声和低频噪声等，对于这些噪声必须采取措施加以抑制，以免有用信号被淹没在噪声中。常用的抑制放大器噪声的措施有：①压缩放大器带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。②减小信号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻相等，以实现噪声阻抗匹配。③选用低噪声放大器件，以减少噪声的产生。④减小接线电缆电容的影响及各种干扰因素的影响。17

放大器的稳定性：指其在环境、输入信号或电路中某些参数发生变化时能够稳定工作的能力。提高放大器稳定性的措施有：①采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负反馈来稳定静态工作点。②采用集成运算放大器及深度负反馈来稳定放大倍数。③采用电容和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其它寄生耦合所引起的自激振荡。④妥善接地与屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影响。⑤采取散热与均热措施，以保证温度稳定，减小热漂移。18

(二)高输入阻抗放大器为了与传感器电路或基本转换电路相匹配，希望放大器具有较高的输入阻抗。最简单和常用的高输入阻抗放大器是同相输入放大器，其输出电压U和输入阻抗Z分别为:0式中:A是运算放大器的差模放大倍数；Z是开环输入阻di抗。19

为保证共模抑制比，取R／R＝R／R，则放大器输出1f1f24为20

U＝－(R／R)U021iU＝一(2R／R)U＝2U，信号源的输出电流为:01120i21

(三)高共模抑制比放大器对两被测信号的差值进行放大的同时，抑制来自环境的共模干扰。若取R＝R，R＝R，则上式变为:123f22

若只有共模信号输入，即U=U