第9章_传感器信号处理电路
传感器习题解答
思考与作业绪论.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。
解：光电鼠标，电子台称，超声波测距，超声波探伤等。
第1章传感器的基本概念1. 什么叫做传感器的定义？最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。
2.画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：1）.敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
2）.转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
3）.转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
3.传感器有哪几种分类？按被测量分类——物理量传感器——化学量传感器——生物量传感器按测量原理分类阻容力敏光电声波按输出型式分类数字传感器模拟传感器按电源型式分类无源传感器有源传感器4. 传感器的静态特性是什么？静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。
5. 传感器的动态特性是什么？动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。
6. 为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。
由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。
第2章电阻式传感器1. 如何用电阻应变计构成应变式传感器?电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。
因此，必须采用转换电路或仪器，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化（通常采用电桥电路实现这种转换。
根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥）。
2. 金属电阻应变片测量外力的原理是什么？金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
9-波式传感器
J J 0e
9.3 核辐射传感器
2.核辐射
放射性同位索在衰变过程中放出一种特殊的带有一定能量的粒子或射线， 这种现象称为“核辐射”。放出的射线有 、 、 三种射线。 通常用单位时间内发生衰变的次数来表示放射性的强弱，称为放射性 强度。
I I 0 e t
9.3 核辐射传感器
9.3.2 组成及防护
3.微波湿度传感器 水分子是极性分子，在常态下形成偶极子杂乱无章地分布 着。当有外电场作用时，偶极子将形成定向排列。在微
波场作用下，偶极子不断地从电场中获得能量 ( 这是一
个储能的过程 ) ，表现为微波信号的相移；又不断地释 放能量(这是一个放能的过程)，表现为微波的衰减。
9.4 微波传感器
4.微波无损检测
第9章 波式和射线式传感器
9.1 红外传感器 9.2 超声波传感器
9.3 核辐射传感器
9.4 微波传感器
9.1 红外传感器
9.1.1 物理基础 红外线也称红外光或红外辐射，是位于可见光中红光以外的光线，故称为 红外线。它是一种人眼看不见的电磁波，它的波长范围大致在 0.75 ~ 1000m 红外光的最大特点是具有光热效应，能辐射热量，它是光谱中最大光热效 应区。红外辐射本质上是一种热辐射，自然界中的任何物体，只要其本身 温度高于绝对零度，就会向外部空间不断地辐射红外线。
9.4 微波传感器
2.组成
微波发生器(或称微波振荡器)、微波天线及微波检测器。 (1)微波发生器 由于微波波长很短、频率很高 300 MHz ~ 300GHz ，微波需要用波导管传输。 (2)微波天线 用于将经振荡器产生的微波信号发射出去的装置。 (3)微波检测器 用于探测微波信号的装置。较低频率下的半导体PN结元件、较高频率下的隧 道结元件
第9章__转速传感器
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9.9 GMR电阻的功能与特点
9. 9. 2 GMR电阻的热稳定性
GMR膜是由以Co为主要成分的磁性层和非磁性层Cu层重叠 制成的。在形成磁性层与Cu层的薄膜时，实现了MR比较大 而且磁滞最小的最佳化。图9一28所示为刚加工完的GMR 电阻以及经170℃,1000h长期高温存放后的GMR电阻的 MR曲线。由图可知，经长期高温存放之后，GMR电阻的特 性发生了变化。为了防止特性的这种变化，尝试预先将GMR 电阻在高温下进行热处理，以提高其热稳定性。经10h热处 理后，改变热处理温度，分析MR曲线的变化情况如图9一 29所示。
9.1 电磁式转速传感器
这种传感器用于柴油机上， 目的是检测发动机的转速， 传感器的结构如图9-1所示， 在永久磁铁的周围绕有线 圈，即采用的是电磁式工 作原理，当铁材齿轮在永 磁铁附近旋转时，通过线 圈的磁力线发生变化，在 线圈中就会产生感应电压。
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9.1 电磁式转速传感器
柴油机用转速传感器就装在喷油泵的飞锤齿轮处，当柴油发 动机的喷油泵工作时，传感器的齿轮旋转，因此在信号线圈 中就会产生交流电压。交流电压的频率与发动机的转速成正 比。把此交流电压作为输入信号，经转速表内的IC电路放大、 整形后就可以使转速表指示出发动机的转速。 图9一2所示的是转速表电路的方框图。
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9.6 笛簧开关式车速传感器
笛簧开关是由小玻璃管内装有两个细长的触头构成的，触头 由铁、镍等易于被磁铁吸引的强磁性材料制成。受玻璃管外 磁极的控制，有时触头互相吸引而闭合，有时互相排斥而断 开，从而形成了触头的开关作用。 笛簧开关的结构如图9-17所示。笛簧开关置于车速表的转 子附近，当车速表电缆旋转时，磁铁也旋转，N,S磁极则靠 近或离开笛簧开关的触头。
传感器 第9章 气、湿敏传感器
第9章 气、湿敏传感器• 气敏、湿敏传感器是利用物质的物理效应和化学效应对气体中的某些成分或水汽进行检测的器件。
• 检测气体的成分或水汽的湿度，用得最多的是半导体气敏传感器和半导体湿敏传感器。
9.1 气敏传感器9.1.1 半导体气敏元件的分类及必备条件• 利用半导体与某些气体接触时，其特性发生变化这一规律来检测气体的成分 或浓度的传感器。
• 按照其与气体的相互作用主要是局限于半导体外表，还是涉及到内部，分为： 外表控制型；体控制型。
按照半导体变化的物理特性:电阻式；非电阻式。
• 电阻式半导体气敏元件是利用半导体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；• 非电阻式半导体气敏元件那么是根据气体的吸附和反响，使其某些关系特性发生变化，来对气体进行直接或间接的检测。
• 气敏元件至少都必须具备如下条件：① 对气体的敏感现象是可逆的；② 单位浓度的信号变化量大；③ 能检测出的下限浓度低；④ 响应重复特性良好；⑤ 选择性好，即对与被测气体共存的其它气体不敏感；⑥ 对周围环境(如温度、湿度)的依赖性小；⑦ 性能长期稳定，结构比拟简单。
9.1.2 外表控制型电阻式半导体气敏元件• 这种类型的气敏元件是利用半导体外表因吸附气体引起电阻阻值变化的元件，主要用于检测可燃性气体。
它具有气体检测灵敏度较高、响应速度快等优点。
气敏元件的材料 多数采用氧化锡和氧化锌等较难复原的氧化物。
为提高气体的选择性，一般都掺有少量的贵金属(如铂等)作催化剂。
1．结构通常主要由三局部组成：① 气体敏感元件；② 对敏感元件进行加热的加热器；③ 支持上述部件的封装局部。
以多孔质烧结体型气敏元件为例 烧结型2SnO 气敏元件是以多孔质陶瓷2SnO 为基材(粒度在1μm 以下)，添加不同物质，采用传统制陶方法，进行烧结。
烧结时埋入测量电极和加热丝，制成管芯，最后将电极和加热丝引线焊在管座上，并罩覆于二层不锈钢网中而制成元件。
这种元件主要用于检测复原性气体、可燃性气体和液体蒸气。
《传感器与检测技术胡向东第2版》习题解答
传感器与检测技术(胡向东,第2版)习题解答王涛第1章概述1、1 什么就是传感器？答:传感器就是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件与装置,通常由敏感元件与转换元件组成。
1、2 传感器的共性就是什么？答:传感器的共性就就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)输入转换成电量(电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等)输出。
1、3 传感器一般由哪几部分组成？答:传感器的基本组成分为敏感元件与转换元件两部分,分别完成检测与转换两个基本功能。
另外还需要信号调理与转换电路,辅助电源。
1、4 传感器就是如何分类的？答:传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类,其中按输入量与工作原理的分类方式应用较为普遍。
①按传感器的输入量(即被测参数)进行分类按输入量分类的传感器以被测物理量命名,如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
②按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理(物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等),可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
③按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应,可以将传感器分为物理传感器、化学传感器与生物传感器。
1、6 改善传感器性能的技术途径有哪些？答:①差动技术;②平均技术;③补偿与修正技术;④屏蔽、隔离与干扰抑制;⑤稳定性处理。
第2章传感器的基本特性2、1 什么就是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答:传感器的静态特性就是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标就是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性与漂移。
2、3 利用压力传感器所得测试数据如下表所示,计算非线性误差、迟滞与重复性误差。
传感器原理及应用课后习题答案(吴建平)
传感器原理及应用课后习题答案吴建平第1章概述1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。
1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。
如果没有传感器，应该出现哪种状况。
1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？答案：1.1答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。
定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
1.3答：（略）答：按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。
按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
传感器的主要学习知识重点
绪论一、传感器的定义、组成、分类、发展趋势能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件构成。
如果传感器信号经信号调理后，输出信号为规定的标准信号（0~10mA,4~20mA;0~2V,1~5V;…），通常称为变送器，分类：按照工作原理分，可分为：物理型、化学型与生物型三大类。
物理型传感器又可分为物性型传感器和结构型传感器。
按照输入量信息：按照应用范围：传感器技术: 是关于传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用的综合技术.发展趋势: 一是开展基础研究，探索新理论，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化、多功能化与智能化。
1．发现新现象；2．发明新材料；3．采用微细加工技术；4．智能传感器；5．多功能传感器；6．仿生传感器。
二、信息技术的三大支柱现在信息科学（技术）的三大支柱是信息的采集、传输与处理技术，即传感器技术、通信技术和计算机技术。
课后习题1、什么叫传感器，它由哪几部分组成？它们的作用与相互关系？传感器(transducer/sensor)：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置（国标GB7665—2005）。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量)部分。
转换元件：指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号(一般为电信号)部分。
信号调理电路(Transduction circuit) ：由于传感器输出电信号一般较微弱，而且存在非线性和各种误差，为了便于信号处理，需配以适当的信号调理电路，将传感器输出电信号转换成便于传输、处理、显示、记录和控制的有用信号。
第一章传感器的一般特性1.传感器的基本特性动态特性静态特性2.衡量传感器静态特性的性能指标（1）测量范围、量程（2）线性度%100max⨯∆±=⋅SF L y δ 传感器静态特性曲线及其获得的方法传感器的静态特性曲线是在静态标准条件下进行校准的。
传感器脉冲信号处理电路设计
传感器脉冲信号处理电路设计摘要介绍了一种基于单片机平台，采用霍尔传感器实施电机转速测量的方法，硬件系统包括脉冲信号产生，脉冲信号处理和显示模块，重点分析，脉冲信号处理电路，采用c 语言编程，通过实验检测电路信号。
关键词：霍尔传感器；转速测量；单片机目录1 绪论 (1)1.1 课题描述 (1)1.2 基本工作原理及框图 (1)2 相关芯片及硬件电路设计 (1)2.1系统的主控电路 (1)2.2 STC89C52单片机介绍 (2)2.2.1 STC89C52芯片管脚介绍 (3)2.2.2 时钟电路 (4)2.3 单片机复位电路 (5)2.4 霍尔传感器电机采样电路 (5)2.4.1 A3144霍尔开关的工作原理及应用说明 (6)2.4.2 霍尔传感器测量原理 (7)2.5 电机驱动电路 (8)2.6 显示电路 (8)3 软件系统设计 (9)3.1 软件流程图 (9)3.2 系统初始化 (10)3.3 定时获取脉冲数据 (11)3.4 数据处理及显示 (12)3.5 C语言程序 (13)总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)1 绪论1.1 课题描述在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。
模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难。
数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。
单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成。
采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。
本课题，是要利用霍尔传感器来测量转速。
由磁场的变化来使霍尔传感器产生脉冲，由单片机计数，经过数据计算转化成所测转速，再由数码管显示出来。
传感器原理及其应用(第二版)部分习题解答
第3章 电感式传感器及其应用
15、试用差动变压器式传感器设计液罐内液体液位测量 系统，做出系统结构图，并分析工作原理。
解： 利用差动变压器式传感器设计的液位测量系统如图所示。 液位的高低变化可带动浮子上下移动，从而带动衔铁移动，差动 变压器的输出U0也随之发生变化，其大小与液位高低成函数关系 ，由此可测出液位。当某一设定液位使铁芯处于中心位置时，差 动变压器输出信号U0=0；当液位上升或下降时，U0≠0；通过相 应的测量电路便能确定液位的高低。
mU0 68103V 2.006kg KU0 0.0339Vkg
第2章 电阻应变式传感器及其应用
7. 图2.43为应变式力传感器的钢质圆柱体弹性元件，其直径d = 40 mm，钢的弹性模量 E = 2.1×105 N/mm2 ，泊松比μ=0.29 ，在 圆柱体表面粘贴四片阻值均为120Ω、灵敏系数κ=2.1的金属箔式 应变片(不考虑应变片的横向灵敏度)， 并接入惠斯顿电桥。若供 桥电压Usr = 6V（DC），试求：该力传感器的灵敏度（V/N）？
Usc
UR 2R
kU 2
全桥输出电压及电U
第2章 电阻应变式传感器及其应用
6. 一台采用等强度梁的电子秤，如图2.40所示，在梁的上下两面 各贴有两片灵敏系数均为k = 2 的金属箔式应变片做成秤重传感 器。已知梁的L = 100mm，b=11mm，h= 3mm，梁的弹性模量 E=2.1×104 N/mm2。将应变片接入直流四臂电路，供桥电压Usr =6V。 试求：（1）秤重传感器的灵敏度(V/kg)? （2）当传感器的输出为68mV时，问物体的荷重为多少？
3、电感式传感器的测量电路起什么作用?变压器 电桥电路和带相敏整流的电桥电路哪个能更好地 起到测量转换作用?为什么?
传感器第九章气电式传感器
特点： （1）工作压力pg=4×105N/m2，高压薄膜气动量仪； （2）四对电触点副，信号灯显示状态，触点副间隙可由螺
钉调节； （3）指示表放大倍数，机械部分（100）×气动部分（10），
分度值0.001mm。 （4）高压可吹净工件表面，适于加工过程的自动测量。
3、测量电路
（1）四路晶体管继电器电路； （2）S2测量开关； （3） Sg动触点； （4）Sa、 Sb、 Sc、 Sd四个可调整的定触点。
工件尺寸的变化经测量间隙z改变了波纹管内外腔原来
的压力差，使波纹管伸缩变形而带动磁芯位移。
波纹管气电传感器结构（差压式）
1、左管嘴 2、左喷嘴 3、右喷嘴 4、右管嘴 5、波纹管 6、排气喷嘴
带电触点副的波纹管气动量仪 1（5）、波纹管 2、电触点 3、框架 4、指针 6、测量喷嘴 7（8）、进气喷嘴 9、可调喷嘴
② 测量喷嘴与它前面的挡板或工件6之间的间隙变化时，
代表了工件尺寸的变化，z越小，气室内压力Pc越大。
气室测量压力计算：
a——流量系数； d——测量喷嘴直径； d1——进气嘴直径。
结论：
① Pc与z2成反比，为非线
性系统，测量时应该利 用特性曲线中间近似线 性的部分；
② Pc=0.75 Pg的左右范围 内变动，线性度较好；
③ d1越大，灵敏度越小， 但测量范围大。
第二节 气动测头
测头包括测量喷嘴，就是测量时感受被测几何量变化的 机构。
种类：按测量方式不同，分为非接触式和接触式两类； 按其结构原理来分，有喷嘴挡板和阀式。
一、喷嘴挡板结构 五种结构形式：平行式、不平行式、反射式、负压式和 喷射式。
1. 平行式：喷嘴为平端面，挡板是被测构件的平面。当喷 嘴固定，被测构件尺寸变化时，喷气口气体流入大气的 面积不是喷嘴孔的截面积，而是以喷嘴孔截平面为底，
第9章--飞机飞行参数传感器及检测
航空检测技术
AccuStarⅡ DAS20双轴倾角传感器 详细说明:
类 型:双轴倾角传感器 量 程:±20° 精 确 度:0.01 输 出:比例,脉宽调制 供电电源:5-15vdc 工作温度:-30℃~65℃ 电气连接:板载式 特 点:双轴,双功能,高性价比、高精度的OEM产 品
典型应用:车轮定位,平面水平,测量摇晃,手动吊 9.3臂5 折叠保护,天线平衡
航空检测技术
4239攻角传感器,标准输出:攻角AOA,α (Angle Of Attack)或侧滑角AOS,β (angle of
sideslip ),用于小型、中型飞机,加热。
9.30
航空检测技术
YK100600空速管、攻角 传感器/侧滑角传感器系 统（不加热,直前端）,其 输出量有总压、静压、 AOA、AOS。用于非常 高速的飞行器,非结冰条 件。 YK100700空速管、攻角 传感器/侧滑角传感器系 统（加热,高速度）
9.24
航空检测技术
9.25
航空检测技术
3、零差压式迎角传感器
由探头,气室, 浆叶和角度变 换器等组成。
9.26
航空检测技术
安装在机身或机头侧面,探头旋转轴垂直 于飞机对称面,并使进气A、B的对称面与翼弦 方向平行。
零压式迎角传感器有较好的阻尼,输出的 电信号比较平稳,精度也很高(可达0.1°)。传 感器中只有锥形探头（约10厘米长）露在飞 机蒙皮之外,对飞机造成的附加阻力极小。但 传感器结构比较复杂,装配精度要求较高。
9.38
航空检测技术
数字脉宽输出式电子倾角传感器是将角度 值转化为正比于数字脉宽信号输出的传 感器。当给单次触发计时器1#或2#发送 一触发脉冲时,电路便产生相对应PW1或 PW2脉冲。当这两个单次触发计时器同 时给予触发时,便可读出PW1或PW2的差 值△PW。方向输出线可告知用户此时是 顺时针还时逆时针方向。全部设计均内 置EMI/ESD抑制电路。
传感器信号处理电路..
U o
所以：
U i I o 2 U o1R ( R f 1 R f 2 R1 R2 R
1 R1
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
1 R )U i
Ri
)U i
R R1 R R1
I i I i1 I o 2 (
R f 1 R f 2 R1 R2 R1 R2 R
解：根据虚地原理
I i1
Ui R1
Rf 1 R1
Uo Rf 1
输入阻抗：
U0
U o1
U i
R f 1 R f 2 R1 R2
Ri
U i
U o1 o Ii2 U R2 Rf 2
Rf 2 R2
Ui IiLeabharlann 11 R1
R f 1R f 2 R1R2 R1R2 R
2. 直流电桥 四个桥臂由电阻R1、R2、R3 a 和R4组成。
R1 I1 I2 R4
b
R2 c Uo R3 d Ui
直流电桥
R1
R3
V
R4 R2
R1R3 R2 R4 Ui 电桥的输出： U o ( R1 R2 )(R3 R4 )
平衡的条件： 温敏电阻 R1 R3
平衡条件
R 1·R 3= R 2·R 4
（2）描述电路各部分作用。
+12V
R6
100M R3 10K C 10uF
热电偶
+
+
AD707
+12V
R2 RP1 1K 20 R5 91 R1 232K RP2 20K
LM35D
R4 24.3K
第9章-电气测量与传感器技术
兆欧表的结构原理
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第 9章
4. 电桥法 (1) 平衡电桥
在电桥平衡状态下，若有 三个电阻阻值已知，则可 精确求出另一电阻阻值。 (2) 不平衡电桥
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在电桥原来已调整到平衡 状态，若由于外界某种原 因使桥臂电阻发生变化， 则在BD之间就有不平衡的 电压输出，根据电压UBD 的大小可以推断出电阻的 相对变化值。
测量电阻的原理线路
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第 9章
(2) 数字式万用表
数字式万用表是用数字式电压表为基础加上多种转 换电路以后构成的便携式数字仪表，用数字直接显 示被测量。
测量电阻的原理线路
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第 9章
3. 兆欧表法
又称摇表，是由手摇发电机与磁电式比率计构成的测 量绝缘电阻的仪表
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第 9章
4. 电能的测量 (1) 单相电度表 ①感应式测量机构
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第 9章
②电子式测量机构
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第 9章
(2) 三相电度表
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9.1.4 电阻的测量 1. 电流表、电压表法
另外，霍尔传感器也可用于位置、位移、转速、 转角及移动速度的检测。
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第 9章
9.2.3 发电传感器 发电传感器是指被测物理量的变化能使传感器 产生电动势，直接对外输出，通过检测电动势的大小 或方向确定被测物理量。 1. 磁电式传感器 磁电式传感器是利 用线圈在固定磁场气隙 中运动产生感应电动势 的原理工作的，它是动 态检测传感器。
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就大大提高了信号传输的抗干扰能力，解决了长
距离传输的问题。 这种方法只适用于实时性要求不是太高的场合。
电压变化型 电流变化型 电流电压变换 电压脉冲 率变换 脉冲率电 压变换
电阻变化型
电阻电压变换
电容脉冲率变换
A/D 变换
电容变化型
电感变化型
哈特来 科比兹
VCO（压控振荡器）： 主要利用它的结电容随反偏压变化而变化的特 性,通过改变变容二极管两端的电压便可改变电容 的大小,从而改变振荡频率。
(1)基本工作原理
模块式 451 和 453 型 F/V 转换器。
+15V Eos 校准 -15V
1
Ros Cc滤波电容
1K
8
2
频率输入
+Vs
+ A1
RH
精密 电荷 分配 器
求： (1)为了保证压力传感器恒流驱动工作，试计算电阻的R2阻值； (2)如果信号调理电路的输出范围为0-1V，试计算可调电阻的 取值； (3)如果当压力为0时，由于桥路本身的不平衡，传感器桥路1、 2两端有的电压，试对照图说明如何进行零点补偿消除其对 输出的影响。
+ A2 2 3 PS3000102A 1 R3 20K
950K 1K 950Ω 100Ω Cf +15V 20 8 K Δ
±1mA
F. S. 全量程
输 入 端
4558 + -15V e02 3.3KΩ +15V 5k 5V
µ A +714 -15V e 01
1k 5k 5V 3.3KΩ
输入保护电路
-15V
2.电压—脉冲数变换电路
将传感器输出的电压或电流信号高低变成单位时
R6完成断线检测。 提问： （1）R3为什么不能太大?
（因为运放有输入偏置电流）
（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电 流小？ （因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）
二、差动放大器电路
例：一种压力传感器的信号调理电路如图所示。压力 传感器采用绝对压力传感器PS3000S-102A，此传感 器为恒流驱动，驱动电流为1.5mA，最大量程为 200mV。电路中VD1稳定电压为2.5V，作为压力传 感器提供1.5mA恒流源的基准电压。
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 Ui
低通
Uo Ui
高通
Uo Ui Uo Ui
带通
带阻
一、低通滤波器
• 无源低通滤波器
R Ui C Uo
1
1 2
G (s)
G(s)
1 RC S 1
1
f/f0
缺点 ： • 带负载能力差； • 无放大作用； • 特性不理想，边沿不陡。
A2 +
8
Δ
滤 波 器
输出 +1 8
Δ
频率输入
3
10K
100K
Ce RF 9
4 相加点
满 刻 度 校 准
型号 CF(pF) 451 0.015
Ros(MΩ) 3.3
RH(MΩ) 2.2
RF(KΩ) 18
453
0.001
3.9
1.0
22
(2)应用举例
增益调节 5 2 差动线 驱动器 双扭线
传 感 器
R5 10K
R7 10K
4 RP1 + R4 20K R6 10K 10K R8 A3 + +15 V R9 A5
+15V
0-1V
R1 100K 2.5V VD1 R2
A1 +
R10
A4 RP2 R12 -15V R11 +
压力传感器的信号调理电路
解：
（1）
. R2 1255V 167K . mA
1. 2. 3. 4. 输入阻抗高，最大可达109Ω； 偏置电流低； 共模抑制比高； 平衡的差动输入；
AD612 AD620)
5. 具有良好的温度稳定性； 6. 增益可由用户选择不同的增益电阻来确定； 7. 单端输出
主要参数
1. 增益方程式:仪用放大器所要求的增益与放大器增益 控制电阻的关系式为： V0 = ViRs / RG 2. 增益范围：系指可提供的使放大器工作正常的增益范 围（典型值1－1000）。
1M 1 8 V0 Δ 1M
110K 2 20.4K + 10k 3 4
10.1K
增益
1
100 50 10 2 1 1 0 1 1 1
开关
2
1 1 0 1 1
3
1 1 1 0 1
4
1 1 1 1 0
RF1 RF2 Vi Rs 8 Δ
V0
+
A
R1=RB//RF
单运放可编程增益放大器
RB
RF1
RF2
8
3
+
（0~10）kHz 13 V/F 6 1 450/456
Δ Δ
4 8
仪用放大器
8 F/V 451 2
模拟地
Δ
9 Fi 模拟仪表 （0~10）kHz
差动线 接收器
图6-23 FVC在两线制数据传输系统中的应用
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)。
• AD650 应用很广，几乎可代替目前所有的 V/F 转换电路。它具有以下优点：
– 工作频率高； – 抗干扰和共模电压能力强； – 非线形和温漂低； – 可靠性高； – 适用与远距离传输； – 且输入方式灵活，价格低廉。
3.脉冲数—电压变换电路
• 脉冲数-电压变换电路即频率-电压转换器，简称 F/V 转换器； • 由于转换的阈值和增益可调，且具有很低的非线 性误差，它在电机转速控制、电源频率监视器和 VCO 稳定电路方面都具有广泛的应用；
3. 失调电压：系指为了使输出电压为零而需要在输入端 外加的电压。
4. 输入偏流：系指保证直流放大器的输入晶体管正常工 作所需的偏置电流。 5. 共模抑制比：系指当两个输入端具有等量电压变化时 所测出的输出电压的变化。 6. 非线性度：系指实际的输出和输入的关系曲线与一条 理想直线的偏差
五、可编程增益放大器(PGA)
8 A
Vi
+
单运放可编程增益放大器
Δ
Vo
SW1
SW2
SW3
SW4
C
Q3 D3 D2Q 2
B
A Δ 8
D1D0
V0
DY-04
74LS273
D4 D5 D6D7
+ Vi
实用可编程增益放大器
六、集成隔离放大器
定义：
集成隔离放大器是一种特殊的仪用放大器，其
输入、输出和电源电路之间，在电流上和电阻上
彼此隔离而没有直接的电路耦合。
Cf
Gf
8
Δ
U0
Q
~
Cs
Cc
Gc Ci
Gi
+
传感器
}
}
电缆
放大器
Cs—压电传感器固有电容 Cc—输入电缆等效电容 Ci—放大器输入电容 Cf—反馈电容 Gc—输入电缆的漏电导 Gi—放大器的输入电导 Gf—反馈电导
— AdQ
U0 =
Cf（1+Ad）
≈—
Q Cf
四、集成仪用放大器(AD521
特点
• 有源低通一阶滤波器
传感器的匹配
• 不同的传感器的输出阻抗不一样； • 输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器
– 压电陶瓷、光敏二极管（100MΩ）
• 输出阻抗小——变压器匹配
– 动圈式传声器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ30-70Ω）
传 感 器 输 出
变压器匹配
高输入阻抗放大器
2R1
Ii2 -
Uo1
Io2
A2
+
R2 Rp
R R2
Ii Ii1 -
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。
+12V
R6
100M R3 10K C 10uF
热电偶
+
+
AD707
+12V
R2 RP1 1K 20 R5 91 R1 232K RP2 20K
LM35D
R4 24.3K
解：
（1）
AV
5V 20.64 mV
242
（2）R3、C1为低通滤波器，消除噪声；
LM35D及其周围电路补偿冷端温度；
特点：
1. 具有保护系统硬件不受高共模电压（CMV）
损坏的能力；
2. 没有外偏流流入引线，泄漏电流很低，解决
了噪声拾取问题；
3. 具有非常高的共模抑制能力。
耦合方式：
1. 变压器耦合
利用变压器耦合实现载波调制，通常具有 较高的线性度和隔离性能，但是带宽被限制 在1KHz以下。
2. 光电耦合 利用LED光电耦合的方法实现载波调制， 其隔离性能不如变压器耦合，但可获得 10KHz的带宽。
提问：Uout=?
第三节
信号变换电路
1.电流—电压变换电路(电流放大器)