电流、速度检测技术、PPT

采用TDS1002
数字示波器观察到电路输出了 较平滑的正弦波形。表1 中给出了A1、A0 分 别为11、10 时电路的测试数据。通过表1 可 以看出放大器 的放大倍数稳定增益误差较小。

4、结论
本次所讨论的微弱信号检测前置放大电路适
用于精准农业中的生物传感器。运用本文 所 阐述的降噪方法，有效的抑制和屏蔽了可能 对电路造成影响的各种噪声，如环境噪声、 工 频噪声等。通过利用微弱低频信号对以程 控增益集成仪表放大器PGA202 为核心的微 弱信号 检测前置放大电路进行测试，得到了 较为理想的结果，说明该电路可以在微弱信 号的检测过 程中得到应用。
3.4、 电路的测试

本文按照图 4 制作了电路板，选择R0 的大 小为1kΩ，对电路的性能进行了测试。测试 过程采用TFG2300 数字合成信号发生器产生 20H 正弦信号，通过串联500 kΩ高精度电阻 分压后接入电路。设信号发生器产生信号的 振幅为A，仪表放大器的输入信号的振幅可以 通过以下公式计算
滤波器的截止频率可通过公式
来进行计算，由于生物传感器的信号多为低
频信号，因此可以将低通滤波器的截止频率 设计的低一些。 在笔者所设计的电路中，电 阻值100kΩ，电容值33nF，截止频率为48Hz。
3.3、 电路设计

为了提高仪表放大器差分输入级的对称性，同时满足零漂、 输入偏执电流、输入偏执电 压等参数的需求，选用了性能参 数较好并且同一芯片中含有两个运算放大器的OPA2277 作 为仪表放大器的差分输入级。在电压电流转换级采用了性能 参数更为理想的集成运放AD8571，AD8571 的输入偏执电 流为20-70pA，输入偏执电压为1uV，共模抑制比达到 120140dB，可以满足I/V 转换输入级对运放性能的要求。在实 际的电路设计中还考虑了噪 声的隔离，为减少电源的工频噪 声对电路的影响，芯片连接电源处分别并联了0.1uF 的旁路 电容。另外为降低环境噪声对输入信号的污染，将电路的输 入点放在了画圈接地的圈中，利 用接地圈对环境噪声起到屏 蔽作用。整体电路的设计如图4 所示。
3、电路的设计与实现
综合考虑微弱信号检测的需要和市场上芯片
的供应情况，本文选用PGA202 搭建仪表放 大器，对微弱信号检测前置放大电路进行了 整体设计。
3.1、 PGA202 简介

这里所选用的 PGA202 是 由BURR-BROWN 公司生 产的，PGA202 是一种程 控仪表放大 器，它内部集 成了程控的增益改变逻辑电 路。由于省去了增益控制部 分，利用PGA202 搭建 仪 表放大器可以使电路结构得 到很大的简化，并且它的放 大倍数稳定精确，为后续的 数据处 理提供了方便。 PGA202 的内部结构如图3。
n NT
电涡流传感器测量转速
电涡流传感器
电涡流传感器测量转速
电涡流传感器
测量速度
转速测试
脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一
周，传感器输出一定数目的脉冲，这样脉冲的 频率就与轮轴的转速成正比。输出脉冲经过隔 离和整形以后，直接输入到微处理器进行频率 测量并转换成列车运行速度。目前脉冲频率测 量技术己相当成熟，这为提高测速精度提供了 保证。 直接由车轮的旋转获取速度信息，但它较测速 电机方式，无论在设计方面还是在处理方法上 都有较多优点。传感器的输出信号易于数字化 处理，满足列车运行控制系统智能化、小型化 的发展趋势，另外由于采用微处理器等先进技 术，在测量精度和可靠性方面有较大提高。

电路中的仪表放大级通常设计为程控放大倍数的结 构，通过程控开关调整反馈电阻的大 小，从而改变 放大倍数。为了对数字电路和模拟电路进行隔离， 程控开关应选用光偶开关。 为了提高仪表放大器的 性能，可以选用集成仪表放大器。很多公司提供了 不同类型的集成仪 表放大器，如INA127，它内部 集成了仪表放大器的主要结构，有很好的对称性， 可通过改 变外接电阻的大小改变放大倍数。 PGA202 是一款可程控放大倍数的仪用放大器，应 用它可 以简化电路结构，但PGA202 需要搭建差分 输入级，这样就降低了共模抑制能力。2007 年末 ADI 公司推出的AD8253 芯片集以上两种芯片的优 点于一身，不但集成了完整的仪表放 大电路，还集 成了程控放大倍数的逻辑电路，是微弱信号检测前 置放大电路的理想选择。
2、噪声的抑制和屏蔽
在微弱信号检测的过程中，噪声的抑制和屏
蔽至关重要，由于信号微弱，很容易受到噪 声污染，这些噪声主要由环境噪声、电路元 器件自身产生的噪声和电电源的工频噪声组 成，因 此在噪声的抑制和屏蔽上要综合考虑 这几方面的因素。
2.1、 元器件的选择

在进行微弱信号检测过程中，为了减少集成运算 放大器对电路的干扰，应选择接近理想 运算放大器 的芯片。主要参数的要求是具有较小的输入偏执电 流、输入偏执电压和零漂，具 有较大的共模抑制比 和输入电阻。特别是电流电压转换级对集成运放的 要求较高，一般需要 运放的输入偏执电流在pA 级。 目前市面上有很多满足条件的集成运算放大器，如 AD8571、LMC6482、LF351和OPA2703 等。
常见的电流检测仪
阻性泄露电流检测仪
高低压电流检测仪
75a型泄露电流检测仪
微电流检测仪
电池电流检度、转速和加速度是物体机械运动的重要参数。 速度：物体运动时单位时间内的位移增量就是速度， 单位是m/s。当物体运动的速度不变时称为等速运动。 加速度：如果物体运动的速度是变化的，则单位时间内速 度的增量就是加速度。加速度不变的运动称为等加速运动。 实际上大多数物体的运动都不是完全等速的或完全等加速 的，例如一个摆的运动，加速度是变化的，速度也是变化的， 但其变化尚有一定的规律：至于一般物体的运动，其规律往 往是非常复杂的。
多普勒效应
光源发射光束目标反射光束接收器
目标静止时：反射光束频率f2=发射光束频率f1 目标运动时：反射光束频率f2 ≠ 发射光束频率f1
目标速度↑频率差↓
f f 2 f1
波是由频率及振幅所构成。无线电波在行进
过程中, 碰到物体时会反射, 而且反射回来的 波, 其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移 动状态而改变。 若无线电波所碰到的物体是固定不动的, 那么 所反射回来的无线电波其频率是不会改变的。 若物体朝着无线电波发射的方向前进, 此时所 反射回来的无线电波会被压缩, 因此该电波的 频率会随之增加; 若物体朝着远离无线电波方向行进, 则反射回 来的无线电波其频率会随之减小。这就是多 普勒原理。
下面介绍三种常见的速度传感器
1、多普勒测速传感器
•奥地利的物理学家克里斯 琴· 约翰· 多普勒 (C.J.Dopple)最早描述了这 个现象,于是就称为多普勒 效应。
•它虽然最初是由声源发现 的,但对于其他的波动,比如 电磁波和光波也同样存在, 多普勒（奥地利） 并且有着重要的应用。
物理学家及数学家 （1803 -1853 ）
电流、速度检测技术
10907990506 10907990331 10907990514 10907990504
一、常见的电流检测仪


微弱电流检测仪 精密电流检测仪 瞬变电流检测仪 杂散电流检测仪 电解电容漏电流测试仪
以微弱电流检测为例
1、电路的基本结构

生物传感器所产生的信号一般为频率较低 的微弱信号，检测不同的植物生理参数，可 能 得到电压或电流信号。对于电流信号，应 首先把电流信号转换成为电压信号，通过放 大电路 的放大，最后利用低通滤波器，滤除 混杂在信号中的高频噪声。微弱信号检测前 置放大电路 的整体结构如图1。
3、车速传感器

车速传感器是汽车速度传感器（VSS， Vehicle Speed Sensor）的简称，其作 用是将汽车行驶速度转换为电信号输入 燃油喷射控制（EFI）、防抱死制动控制 （ABS）、自动变速控制（ECT）以及 巡航控制（CCS）等ECU以便完成相应 的控制功能。 汽车常用车速传感器有光电式、磁感应 式和笛簧开关式、磁阻元件式4种。
多普勒速度传感器
特点：精度高、分辨率高、测量范围宽，直接 获得速度值，非接触、使用方便 应用：车辆测速、体育比赛、空中目标测速
2、脉冲式测速传感器
组成：转子---扰动体
探头----非接触探头 原理：转子转动探头脉冲信号计数转速
在一定时间内，转速越高，脉冲越多，计数值越大
ω—转速， N--扰动体数目， n--计数值 T--测速时间
考虑到传感器产生的信号非常微弱，很容易受到噪声的 污染，所以放大电路选择仪表放 大器结构。仪表放大器拥有 差分式结构，对共模噪声有很强的抑制作用，同时拥有较高 的输 入阻抗和较小的输出阻抗，非常适合对微弱信号的放大。 另外为了使输出电压在高频段以更 快的速度下降，提高低通 滤波器滤除噪声的能力，这里选择了二阶低通滤波器。微弱 信号检 测前置放大电路原理图如图2。生物传感器产生的生 物信号通常具有很大的动态范围，达到 几个数量级，原理图 中R2 为可变电阻，通过改变R2 的阻值，可以改变仪表放大 器的放大 倍数，从而适应放大不同大小的微弱信号。

在图 3 中可以看到， A0 和A1 为数字程控 信号的输入端，控制PGA202 中集成的前置 逻辑电路，通过改变A0、A1 的值可以使仪 表运算放大器的倍数在1、10、100 和1000 之间 改变。

3.2 、滤波器的设计
阶低通滤波器，并在滤波器的设计过程 中选 择了同样的电容电阻组合。
为了加强滤波器滤除噪声的能力，采用了二

（1）光电式车速传感器：
构造：
工作原理：
当遮光盘没有遮 光时，发光二极 管的光射到光敏 晶体管上，光敏 晶体管的集电极 中有电流通过， 该管导通，晶体 管VT1也导通。
（2）电磁感应式车速传感器：
安装位置： 构造：
工作原理：
振动速度传感器