第11章传感器信号处理及微机接口技术 共57页
第11章传感器信号处理及微机接口技术
2019/8/13
1
引言
被测的各种非电量信号经传感器检测后 转变为电信号，但这些信号很微弱，并 与输入的被测量之间呈非线性关系，所 以需进行信号放大、隔离、滤波、A/D 转换、线性化处理、误差修正等处理。
2019/8/13
2
主要章节
11.1传感器信号的预处理 11.2传感器信号的放大电路 11.3传感器与微机的接口技术 11.4抗干扰技术
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选择的标准
逐次逼近ADC的特点是转换速度较高（1μs～ 1 ms），8～14位中等精度，输出为瞬时值， 抗干扰能力差；双积分ADC测量的是信号平均 值，对常态噪声有很强的抑制能力，精度很高， 分辨率达12～20位，价格便宜，但转换速度 较慢（4 ms～1 s）；V/F转换器是由积分器、 比较器和整形电路构成的VFC电路，把模拟电 压变换成相应频率的脉冲信号，其频率正比于 输入电压值，然后用频率计测量。VFC能快速 响应，抗干扰性能好，能连续转换，适用于输 入信号动态范围宽和需要远距离传送的场合， 但转换速度慢。
集成运算放大器OP07，斩波自动稳零集 成运算放大器7650，集成仪表放大器 AD522，集成变送器WS112、 XTR101，TD系列变压器耦合隔离放大 器，ISO100等光耦合隔离放大器， ISO102等电容耦合隔离放大器，PG系 列程控放大器、2B30/2B31电阻信号适 配器等
2019/8/13
连接
2019/8/13
感度，它等于输出数字量最低位一个字 （1 LSB）所代表的输入模拟电压值。 ADC的位数越多，分辨力越高。因此，
分辨力也可以用A/D转换的位数表示。
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传感器与微处理器接口技术
１ ． ２ 管脚 功 能对 比
＜ ＜上 接 ５ ９页
阻态 ， Ｃ， ， 两端 的 电压 开始 放 电 保持 住输 度慢 ，一般应用在要求精度高而速度 较低 的场 个 讲地址 ，９ ６ １ 个听地 址。 （ ５ ） 一般 适用于
，
入电压的值 。周而复始使 输出电压 跟随输入 电 合 。Ｖ ／ Ｆ 转换式Ａ Ｄ Ｃ在 转换 线性 度、精度 、 压变化。 抗干扰能力和积分输入特性等方面有 独特 的优
用。
图２ － １ ：典型的数据采集 ／ 采样系统 采样 是 以离散 时间 间隔为 基准 对连 续信
号进 行测量。采样器可 以看做一个采样开关只 在 开关闭合的短时间 内允许输入信号通过 。可 以设 想开关的作用相当于用 ｌ 去乘 以信号 ，输 出函数值 等于此刻相应的输入函数值 ，也就是 采样器 的输出函数是一系列的窄脉冲 ，它的包 络与 输入信 号相同。所以 ，采样可 以想象为将 连续信 号变 换为 窄调 幅脉 冲列 的脉 冲调 制过 程 。采样函数具有单位幅度的等时 间间 隔窄脉 冲序列 。两个相邻 脉冲 的时 间间隔 称为采
（ ａ ）旧版器件 内部工作原理
（ ｂ ）新版器件 内部工作原理
图１ ：Ｐ ＷＲ 一 ８ ２ ３ ３ ３内部 工 作 原 理 对 比
一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
～ １ Ｐ Ｗ Ｒ 一 ８ ２ ３ ３ ３ 改版前后对比
１ ． １ Ｐ Ｗ Ｒ － ８ ２ ３ ３ ３ 内部 工作 原 理 对 比
三相 全桥 电机驱 动模 块具有 体积 小、集 成度高 ，抗干扰性 强、可靠性高 ，外围电路简 单、控制便捷等优点 ，可广 泛的应用在各种 电 机的驱动 电路中。Ｐ ＷＲ一 ８ ２ ３ ３ ３是 美 国 ＤＤＣ公 司出品的一款智能型三相全 桥电机驱动功率模 块 ，模 块 内部三相 桥臂 开关 管选用 了高 性能 的Ｉ ＧＢ Ｔ管 。模块 可采用单 电源供 电方式进行
【2019年整理】第11章传感器信号处理及微机接口技术
2019/4/21
1
引言
被测的各种非电量信号经传感器检测后 转变为电信号，但这些信号很微弱，并 与输入的被测量之间呈非线性关系，所 以需进行信号放大、隔离、滤波、A/D 转换、线性化处理、误差修正等处理。
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主要章节
11.1传感器信号的预处理 11.2传感器信号的放大电路 11.3传感器与微机的接口技术 11.4抗干扰技术
2019/4/21
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开关量传感器特性示意图
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11.1.2 模拟连续式输出信号的预 处理
模拟连续式传感器的输出参量可以归纳 为5种形式：电压、电流、电阻、电容和 电感。这些参量必须先转换成电压量信 号，然后进行放大及带宽处理才能进行 A/D转换。
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1．电流/电压变换电路（I/V变 换）
模拟信号是连续的，而数字信号是离散 的，每个数又是用有限个数码来表示， 二者之间不可避免地存在误差，这种误 差称为量化噪声。 一般A/D转换的量化噪声有1 LSB和 LSB/2两种。
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11.3.2 ADC接口技术
1．A/D转换器（ADC）的主要技术指标
（1）分辨力 分辨力表示ADC对输入量微小变化的敏 感度，它等于输出数字量最低位一个字 （1 LSB）所代表的输入模拟电压值。 ADC的位数越多，分辨力越高。因此， 分辨力也可以用A/D转换的位数表示。
13
4.数字式输出信号的预处理
数字式输出信号分为数字脉冲式信号和 数字编码式信号。数字脉冲式输出信号 可直接将输出脉冲经整形电路后接至数 字计数器，得到数字信号。 传感器信号的预处理，应根据传感器输 出信号的特点及后续检测电路对信号的 要求选择不同的电路。
传感器信号处理技术
生物机电
电桥与电桥的电源
（2）工作方式
直流电桥
a.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量， a.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个 单臂工作 臂采用固定电阻； 臂采用固定电阻； b.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量， b.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固 双臂工作 定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式； 定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式； c.全桥方式： c.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形 全桥方式 式。全桥形式灵敏度最高，结构最复杂，要综合考虑选 全桥形式灵敏度最高，结构最复杂， 择。
z3 z2 z4 z1z3 z2 V0 = VBC VDC = E E = E[ ] z1 + z2 z3 + z4 ( z1 + z2 )( z3 + z4 )
桥臂阻抗可以是电阻、电感和电容式传感器。 桥臂阻抗可以是电阻、电感和电容式传感器。当被测量为某一初 始值并未发生变化时希望电桥输出为0 始值并未发生变化时希望电桥输出为0。
－US
UR
10 F 10 F
＋US
1 14 RG 2 3
5
9
地
8
采采
4 13 10 k 6 11
12 7
并输
并并地 并数数数
基 准
RL
生物机电
传感器信号放大电路
利用改变反馈电阻的办法来实现量 程变换的可变换增益放大器电路。 程变换的可变换增益放大器电路。当开关 S1闭合 和S3断开时 放大倍数为 闭合,S2和 断开时 断开时,放大倍数为 闭合
生物机电
传感器信号放大电路
隔离放大器
284型隔离放大器的电路结构图 型隔离放大器的电路结构图
《微机原理与接口技术》课件第11章
11.2 开 关 量 接 口
11.2.1 光电子器件
光电技术应用于计算机系统是当前一种较新的趋势，在信 号传输和存储等环节中，可有效地应用光信号。例如，在电话 与计算机网络的信息传输，声像演播用的CD或VCD，计算机光 盘CD－ROM，甚至于在船舶和飞机的导航装置、交通管理设备 中均采用现代化的光电子系统。光电子系统的突出优点是，抗 干扰能力较强，传输速率极高，而且传输损耗小，工作可靠。 它的主要缺点在于，光路比较复杂，光信号的操作与调制需要 精心设计。光信号和电信号的接口需要一些特殊的光电转换器 件，下面分别予以介绍。
4) 多路转换开关 在生产过程中，要监测或控制的模拟量往往不止一个，尤 其是数据采集系统中，需要采集的模拟量一般比较多，而且不 少模拟量是缓慢变化的信号。对这类模拟信号的采集，可采用 多路模拟开关切换，使多个模拟信号共用一个A/D转换器进行 采样和转换，以降低成本。
5) 采样保持电路 在数据采样期间，保持输入信号不变的电路称为采样保持 电路。由于输入模拟信号是连续变化的，而A/D转换器完成一 次转换需要一定的时间，这段时间称为转换时间。不同的A/D 转换芯片，其转换时间不同。对于变化较快的模拟输入信号， 如果在转换期间输入信号发生变化，就可能引起转换误差。 A/D转换芯片的转换时间越长，对同样频率模拟信号的转换精 度的影响就越大。所以，在A/D转换器前面要增加一级采样保 持电路，以保证在转换过程中，输入信号的值不变。
0.4～1
1～2
2.0～2.2
2～4
5～10
2.0～2.2
1～3
3～8
2.2～2.4
0.5～3
1.5～8
发光二极管的另一种重要用途是将电信号变为光信号，通 过光缆传输，然后再用光电二极管接收，再现电信号。图11.5表 示一发光二极管发射电路通过光缆驱动一个光电二极管电路。 在发射端，一个0～5 V的脉冲信号通过300 Ω的电阻作用于发光 二极管(LED)，这个驱动电路可使LED产生一数字光信号，并作 用于光缆。由LED发出的光约有20％耦合到光缆。在接收端传 送的光中，约有80％耦合到光电二极管上，以致在接收电路的 输出端可复原为0～5 V电平的数字信号。
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
传感器原理及应用 第十一章 传感器的信号处理和智能化
11.1.3.3 滤波器的基本知识
（11-70） （ 11-71）
其中运算符arg表示取后而复数表达式的相位
11.1.3.3 滤波器的基本知识
（11-72）
图 11-43简单的二阶滤波器例子 （11-73）
（11-74）
11.1.3.3 滤波器的基本知识
图 11-44二阶滤波器的频率特性 （11-75）
11.1.3.6按电路组成滤波器 LC无源滤波器 RC无源滤波器 由特殊元件构成的无源滤波器 RC有源滤波器 ❖ 1．低通滤波器
图 11-56 无限增益多路反馈型低通、高通滤波器
11.1.3.6按电路组成滤波器 ❖ RC有源滤波器 1．低通滤波器
2．高通滤波器
3．带通滤波器
（11-81） （11-82） （11-83）
图 11-36运算放大器的等效噪声源电路图
11.1.3.1传感器噪声产生的根源 产生噪声电压的原因有： (1)漂移电压（U0）;(2)漂移电流（In);(3)与放大器
相连接的外部电阻R1、R1’,R2产生的热噪声电压
（11-68 ）
11.1.3.1传感器噪声产生的根源
❖ 内部噪声 4、开关元件产生的噪声
▪ 嵌入式技术和集成电路技术的引入，使传感器的功耗降低 、体积减小、抗干扰性和可靠性提高．更能满足工程应用 的需要。
▪ 多敏感功能。智能传感器将原来分散的、各自独立的、仅 能敏感单一参量的传感器集成为具有多敏感功能的传感器 ，能同时测量多种物理量和化学量，全而反映被测量物质 的综合信息。
▪ 微处理器的引入使传感器成为硬件和软件的结合体，能根 据输入信号值进一定程度的判断和决策制定，实现自校 正和自我保护功能。非线性补偿、零点漂移和温度补偿等 软件技术的应用，使传感器具有很高的线性度和测量精度 。
传感器信号处理
项目六 传感器信号处理
• 目前常用的抗干扰措施有以下几种。 • 1.屏蔽技术 • 利用铜或铝等低阻材料制成的容器，将需要防护的部分包起来或者是
用导磁性良好的铁磁性材料制成的容器将要防护的部分包起来，此种 方法主要是防止静电或电磁干扰，称之为屏蔽。 • 1)静电屏蔽 • 在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点等电位。静电屏蔽就是 利用了与大地相连接的导电性良好的金属容器，使其内部的电力线不 外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。 • 静电屏蔽能防止静电场的影响，用它可以消除或削弱两电路之间由于 寄生分布电容祸合而产生的干扰。
• 三、输出信号的干扰及控制技术
• 在检测装置中，测量的信息往往是以电压或电流形式传送的，由于检 测装置内部和外部因素的影响，使信号在传输过程的各个环节中，不 可避免地要受到各种噪声干扰，而使信号产生不同程度的畸变。
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项目六 传感器信号处理
• 噪声一般可分为外部噪声和内部噪声两大类。外部噪声有自然界噪声 源(如电离层的电磁现象产生的噪声)和人为噪声源(如电气设备、电台 干扰等);内部噪声又名固有噪声，它是由检测装置的各种元件内部产 生的，如热噪声、散粒噪声等。
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项目六 传感器信号处理
• 4.退藕滤波器 • 当一个直流电源对几个电路同时供电时，为了避免通过电源内阻造成
几个电路之间互相干扰，应在每个电路的直流电源进线与地线之间加 装退祸滤波器。如图6-3所示，其中图6-3(a)是RC退祸滤波器、图6-3 (b)是LC退祸滤波器的示意图。应注意，LC滤波器有一个谐振频率， 其值为
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项目六 传感器信号处理
• 4.电桥电路 • 由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器
传感器信号处理电路精品PPT课件
第四节 滤波电路
作用：
滤除各种外接干扰所引起的噪声以及多余的不需要的信 号，提高信噪比(S/N)。
分类：
无源滤波器、有源滤波器 模拟滤波器、数字滤波器 低通、高通、带通、带阻、全通
理想滤波器
Uo
Uo
Ui
低通
Ui
Uo
Uo
Ui
带通
Ui
高通
带阻
一、低通滤波器
• 无源低通滤波器
R
Ui
C
Uo
G(s)
积分器CINT
Cos
+5V
Iin
+
VIN
R1N
比较器
8 8
Δ Δ
+
+
单稳
-0.6V S1
频率输出
1mA±10％ -Vs
（a） V/F 转换方框图
• 结论：
当输入电阻 Rin、定时电容 Cos 一定时，输 出频率 Fo 正比于输入电压 Vin，而与积分电容 Cint 无关，它只决定积分器输出锯齿波的高度。
第十一章 传感器信号处理电路
传感器信号处理电路的基本要求 传感器的匹配 信号放大电路 信号变换电路 信号滤波电路 传感器电路的噪声与抑制
第一节 传感器信号处理电路概述
基本要求：
信号的选取与抗干扰能力
①要求电路本身是低噪声的； ②采用恰当的屏蔽、隔离，合理的布线与接地； ③被测信号的调制和解调。
稳定性
R RR1
i
R R1
I I I ( )U 1
R f 1R f 2 R1R2
i
i1 o2
R1
R1R2 R
i
第二节 信号放大电路
一、电压放大器电路
常用传感器和信号处理.课件
多传感器数据融合
在复杂系统中，多传感器数据融合是一种常见的技术，它能够将多个传感器采集的数据进行综合分析和处理，以提高数据的准确性和可靠性。多传感器数据融合的方法包括加权平均、卡尔曼滤波、贝叶斯估计和神经网络等。
加权平均
加权平均是一种简单而常用的多传感器数据融合方法。它根据各个传感器的不确定性或可信度对数据进行加权平均，以得到更准确的融合结果。
总结词
流量传感器在流量检测和控制、水表、气表等领域有广泛应用。
详细描述
流量传感器能够将流量变化转化为电信号，常用于流量检测、控制和计量系统。在水表和气表中，流量传感器用于测量水的流量或气的流量，为水费和气费的计量提供数据支持。在工业生产中，流量传感器用于监测和控制各种设备的流体流量，保证生产过程的稳定性和效率。此外，流量传感器还广泛应用于环保监测、能源管理等领域。
总结词
不同的传感器工作原理不同，但它们通常基于一些基本效应。例如，热电阻传感器利用导体电阻随温度变化的特性来测量温度；压力传感器利用压电效应或应变效应来测量压力；光电传感器利用光电效应来测量光强等。
详细描述
总结词
传感器性能参数是评估传感器性能的重要指标，包括灵敏度、线性范围、分辨率、精度等。这些参数决定了传感器的测量准确性、稳定性和可靠性。
信号处理技术
03
放大传感器输出的微弱信号，使其能够被后续电路处理。常用的放大器类型包括电压放大器、电流放大器和功率放大器。
通过使用滤波器滤除信号中的噪声和干扰，提高信号的信噪比。常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和陷波滤波器。
滤波技术
信号放大
将低频信号调制到高频载波上，以便于传输和测量。常见的调制方式包括调频（FM）、调相（PM）和调幅（AM）。
传感器接口电路与信号处理课件 (一)
传感器接口电路与信号处理课件 (一)传感器接口电路与信号处理是电子工程领域的一个重要分支，具有广泛的应用价值。
为了更好地开展这方面的工作，学习相关的课程显得尤为重要。
本文将从以下几个方面介绍传感器接口电路与信号处理课程的相关知识。
一、什么是传感器接口电路和信号处理？传感器接口电路是为了将传感器的输出信号转换为数字量而设计的电路。
信号处理是将已经转换为数字量的信号通过滤波、放大、调理等方式得到我们所需要的结果。
因此，传感器接口电路和信号处理在实际应用中有着不可替代的作用。
二、为什么需要学习传感器接口电路和信号处理？学习传感器接口电路和信号处理是为了更好地理解传感器的工作原理和输出信号类型。
同时，这也是为进一步深入学习数字信号处理、嵌入式系统等领域打下坚实的基础。
三、传感器接口电路和信号处理的基本知识传感器接口电路的设计通常需要考虑以下几个因素：1、信号变换电路。
将传感器的模拟信号转换为数字量需要采用合适的变换电路，例如运算放大器、差分放大器、ADC等。
2、信号滤波电路。
对于传感器输出信号中的噪声和干扰需要进行滤波处理。
常见的滤波器包括低通、高通、带通、带阻等。
3、信号放大电路。
对于传感器输出电压信号过小需要进行放大处理，以达到适当的量程范围。
信号处理的主要内容包括以下几个方面：1、数字滤波。
数字滤波可以通过FIR、IIR等算法实现，能够对信号进行复杂的滤波处理。
2、信号放大。
信号放大可以采用运算放大器等电路实现，可以对信号进行微小的放大操作。
3、信号采样。
数字信号是通过将模拟信号进行采样得到的，采样的频率和采样精度会影响到数字信号的质量和准确度。
四、如何进行传感器接口电路和信号处理的设计？进行传感器接口电路和信号处理的设计时需要考虑以下几个步骤：1、确定传感器的工作原理和输出电压范围。
2、设计适当的变换电路，将模拟信号转换为数字量。
3、设计滤波电路、放大电路等，对数字信号进行处理和优化。
4、采用单片机等系统，对数字信号进行处理和控制。
传感器信号处理技术及其在智能交通系统中的应用
传感器信号处理技术及其在智能交通系统中的应用随着科技的不断进步，越来越多的智能交通系统开始出现在我们的生活中。
而这些系统的实现离不开传感器的信号处理技术。
本文将会从二者的关系入手，介绍传感器信号处理技术的原理和其在智能交通系统中的应用，并探讨未来的发展趋势。
一、传感器信号处理技术的原理传感器信号处理技术是指对传感器所采集到的信号进行处理，提取出有效信息，并进行分析和识别，从而实现信息的传输、控制、管理、监测和测量等功能。
其中，传感器是本技术的核心部分。
传感器的作用是将各种物理量转化为电信号输出。
这些物理量包括温度、压力、流量、湿度、角度、应力和几何位置等。
传感器类型也很多，包括压力传感器、位移传感器、温度传感器、光电传感器和声纳传感器等。
其次是信号的处理。
传感器输出的是电信号，这些信号需要进行处理，便于更好地分析和识别。
电信号分为模拟信号和数字信号。
模拟信号是连续的，需要进行模拟信号处理；而数字信号是离散的，需要进行数字信号处理。
在信号处理中，信号的采样、滤波、放大和数字化是其中最基本的环节。
采样是将模拟信号采样为离散时域信号，使之可以进一步进行数字处理；滤波是为了去除信号中的杂波，使之更加清晰；放大是为了增强信号的强度，便于后续处理；数字化是将模拟信号转化为数字信号，使之可以进行数字信号处理。
最后是信号的分析和识别。
信号的分析和识别是传感器信号处理技术的核心部分。
其主要目的是从信号中提取出有效信息，并进行相应的处理和应用。
传感器信号的分析通常包括频域分析、时域分析、功率谱分析和自适应滤波等。
而信号的识别则包括特征提取、分类、识别和定量等。
二、传感器信号处理技术在智能交通系统中的应用在智能交通系统中，传感器信号处理技术的应用非常广泛。
其最主要的应用是交通数据采集和车辆识别。
1、交通数据采集传感器信号处理技术可以通过实现半自动或全自动的数据采集方法，从而获取到相关的交通数据。
这些数据包括路况、交通流量、交通速度、车辆计数和行车时间等等。
传感器技术及传感器信号处理
传感器技术及其信号处理方法第一章传感器概述传感器技术基础传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。
可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。
这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。
为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。
其中最明显的例子是个人计算机。
此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。
最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。
在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。
而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。
所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。
此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。
同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。
然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。
这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。
传感器数据手册为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，强调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。
很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。
这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。
人们常常遇到不同的定义。
此外，大多数传感器数据手册都缺少对特定应用有用的信息。
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3.A/D转换器及其与单片机的接 口
（1）传感器采集接口组成
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（2）A/D转换器及接口电路
ADC0808/0809与8031的接口连接
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8031的8路连续采样程序
MOV DPTR，#7FF8H ；设置外设（A/D） 口地址和通道号
Au
u0 u11u12
(12R1) RG
16
11.2.2 增益调控IA
为了节约费用，多种传感器共用一个IA。 当切换通道时，必须迅速调整IA的增益， 称为增益调控IA。
在模拟非线性校正中也要使用增益调控 IA。
增益调控IA分为自动增益IA和程控增益 IA两大类。
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感度，它等于输出数字量最低位一个字 （1 LSB）所代表的输入模拟电压值。 ADC的位数越多，分辨力越高。因此，
分辨力也可以用A/D转换的位数表示。
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（2）精度
精度分为绝对精度和相对精度。
绝对精度：它是指输入模拟信号的实际电压值 与被转换成数字信号的理论电压值之间的差值。 它包括量化误差、线性误差和零位误差。绝对
频干扰 ,电子开关通断干扰
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2.内部干扰
（1）固有噪声源 （2）信噪比（S/N）
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3.干扰的传输途径
（1）通过“路”的干扰 （2）通过“场”的干扰
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4.干扰的作用方式
（1）串模干扰 凡干扰信号和有用信号按电势源的形式串联
为了消除噪声及改善特性，常接入具有 迟滞特性的电路，称为鉴别器或称脉冲 整形电路，多使用施密特触发器
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开关量传感器特性示意图
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11.1.2 模拟连续式输出信号的预 处理
模拟连续式传感器的输出参量可以归纳 为5种形式：电压、电流、电阻、电容和 电感。这些参量必须先转换成电压量信 号，然后进行放大及带宽处理才能进行 A/D转换。
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11.1传感器信号的预处理
传感器与微机接口电路主要由信号预处 理电路、数据采集系统和计算机接口电 路组成。
传感器与微机的接口框图
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11.1.1 开关式输出信号的预处理
在输入传感器的物理量小于某阈值范围 内，传感器处于“关”的状态，而当输 入量大于该阈值时，传感器处于“开” 的状态，这类传感器称为开/关式传感器。
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（2）一点接地原则
① 机内一点接地
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检测系统的一点接地示意图
② 系统一点接地
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（3）电缆屏蔽层的一点接地
① 信号源不接地，测量电路接地，
② 信号源接地，测量电路不 接地，电缆屏蔽层应接到信 号源的地端
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4.浮置技术
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11.3传感器与微机的接口技术
11.3.1 数据采集的概念
传感器输出的信号经预处理变为模拟电 压信号后，需转换成数字量方能进行数 字显示或送入计算机。配置
典型的数据采集系统由传感器（T）、放 大器（IA）、 模拟多路开关（MUX）、
采样保持器（SHA）、A/D转换器、计
集成运算放大器OP07，斩波自动稳零集 成运算放大器7650，集成仪表放大器 AD522，集成变送器WS112、 XTR101，TD系列变压器耦合隔离放大 器，ISO100等光耦合隔离放大器， ISO102等电容耦合隔离放大器，PG系 列程控放大器、2B30/2B31电阻信号适 配器等
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其中，常用的是逐次逼近型、双积分型 和V/F变换型（电荷平衡式）。
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选择的标准
逐次逼近ADC的特点是转换速度较高（1μs～ 1 ms），8～14位中等精度，输出为瞬时值， 抗干扰能力差；双积分ADC测量的是信号平均 值，对常态噪声有很强的抑制能力，精度很高， 分辨率达12～20位，价格便宜，但转换速度 较慢（4 ms～1 s）；V/F转换器是由积分器、 比较器和整形电路构成的VFC电路，把模拟电 压变换成相应频率的脉冲信号，其频率正比于 输入电压值，然后用频率计测量。VFC能快速 响应，抗干扰性能好，能连续转换，适用于输 入信号动态范围宽和需要远距离传送的场合， 但转换速度慢。
共模干扰等效电路
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（3）共模抑制比（CMRR）
共模噪声只有转换成差模噪声才能形成 干扰，这种转换是由测量装置的特性决 定。因此，常用共模抑制比衡量测量装 置抑制共模干扰的能力，定义为
CMRR
20lg
Acm Adm
CMRR
20lgUUdcmm
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11.2传感器信号的放大电路
测量放大器又叫做仪表放大器（简称 IA），广泛应用于信号微弱及存在较大 共模干扰的场合，具有精确的增益标定， 因此又称为数据放大器。
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11.2.1 通用IA
通用IA由3个运算放大器A1、A2、A3组 成.
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2.屏蔽技术
（1）静电屏蔽 ① 选用铜、铝等低电阻金属材料作屏蔽盒。 ② 屏蔽盒要良好地接地。 ③ 尽量缩短被屏蔽电路伸出屏蔽盒之外的导
线长度。 （2）电磁屏蔽 （3）磁屏蔽 （4）驱动屏蔽的概念
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磁屏蔽的原理图
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11.4.2 干扰的抑制技术
1．抑制干扰的方法
（1）消除或抑制干扰源 （2）破坏干扰途径 （3）削弱接收电路对干扰的敏感性例如
电路中的选频措施可以削弱对全频带噪 声的敏感性，负反馈可以有效削弱内部 噪声源，
常用的抗干扰技术有屏蔽、接地、浮置、 滤波、隔离技术等。
可不失真。
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模拟量的采样参照的经验数据
输入物理 量
流量 压力 液位
温度
成分
采样周期 Ts/s
说明
1～5 一般选用1～2s
3～10 一般选用6～8s
6～8
15～20 15～20
串级系统TS=0，副环TS= （1/4～1/5）×主环TS
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3.量化噪声（量化误差）
如果测量装置电路的公共线不接机壳也 不接大地，即与大地之间没有任何导电 性的直接联系（仅有寄生电容存在）， 这种接线法称为浮置。
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“浮置屏蔽”的检测系统
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各层接法
（1）一次侧屏蔽层及电源变压器外壳与
（2）中间屏蔽层与“保护屏蔽”层连接。 （3）二次侧屏蔽层与测量装置的零电位
精度常用LSB的倍数来表示，常见的有 ±1/2LSB和±1LSB。
相对精度：它是指绝对误差与满刻度值的百分 比。由于输入满刻度值可根据需要设定，因此
相对误差也常用LSB为单位来表示。
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（3）量程（满刻度范围）
量程是指输入模拟电压的变化范围。
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（4
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自动增益IA基本工作过程
工作速度较慢，不适用于高速系统。
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程控测量放大器的原理结构
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11.2.3 IA的技术指标
（1）非线性度 （2）偏置漂移 （3）建立时间 （4）恢复时间 （5）共模抑制比
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11.2.4 常用集成仪表放大电路
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频率/电压变换器原理框图
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4.数字式输出信号的预处理
数字式输出信号分为数字脉冲式信号和 数字编码式信号。数字脉冲式输出信号 可直接将输出脉冲经整形电路后接至数 字计数器，得到数字信号。
传感器信号的预处理，应根据传感器输 出信号的特点及后续检测电路对信号的 要求选择不同的电路。
线性度误差是转换器实际的模拟数字转 换关系与理想直线不同而出现的误差，
通常也用LSB的倍数来表示。
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（5）转换时间
转换时间指从发出启动转换脉冲开始到 输出稳定的二进代码，即完成一次转换 所需要的最长时间。
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2.ADC的选择与使用
按A/D转换的原理，ADC主要分为比较 型和积分型两大类。
算机（MPS）或数字逻辑电路组成。 根据电路中的位置分为同时采集、高速
采集、分时采集和差动结构4种配置
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2.采样周期的选择
采样就是以相等的时间间隔对某个连续
时间信号a（t）取样，得到对应的离散
时间信号的过程
连续时间信号的取样
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香农采样定理
对一个具有有限频谱（ωmin＜ω＜ ωmax）的连续信号进行采样，当采样 频率ωS=2π/TS≥2ωmax时，采样结果
MOV R0，#40H
；设置数据指针
MOV IE，#84H 断
；允许外部中断1中
SETB IT1
；置边沿触发方式
MOVX DPTR，A