传感器信号的预处理

如图7-1-3所示为这类开关传感器的理想特性。 但这种特性并不实用，因为在传感器的输入信号中 总要叠加一些噪声成分，这些噪声成分就会改变输 出的状态。图7-1-4为开/关式传感器的实用特性。
图7-1-3 开/关传感器的理想特性 图7-1-4 实用特性
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，或称为脉冲整形电路， 多使用施密特触发器。
因此，如果将这些传感器都看作频率变化式传感器， 则用数字频率计计数，即转换成数字信息；或者利用 频率电压转换电路把频率转换成电压，再经A/D转换 即成，如图7-1-8所示。
图7-1-8 频率变化式传感器信号的预处理
5）数字电量式传感器信号的预处理
数字脉冲式传感器是将传感器产生的脉冲信号 直接作为输出信息。
处理。交流电桥的输出为调幅信号，谐振电路的输出有调 幅和调频两种，差动变压器的输出也是一个调幅信号，它 们要经过检波或鉴频才能变成直流电压信号，再进行A/D 转换。调频信号可以直接用数字频率计计数。
4）频率变化式传感器信号的预处理
模拟频率变化式传感器多用于多普勒效应测速计(如棒 球的测速枪及交通速度管制的多普勒雷达等)中，由于输入 到传感器的被测物理量值的大小不同，传感器产生的连续 周期信号的频率将会模拟地变化。脉冲重复频率式传感器 产生脉冲信号，在单位时间内所产生的脉冲个数随着输入 到传感器的被测物理量值的大小不同而变化。这种传感器 多用于利用光的非接触式转速表等方面。这两种传感器所 产生的信息基本上都是单位时间内波的数量(频率)或脉冲的 个数。由于二者的内容是等价的，所以可以把它们当作频 率来处理。
在将传感器输出信号转换成数字量之前需要进行 某些预处理。该预处理和转换为数字量的工作内容， 由传感器输出方式不同而各不相同。
1）开关量信号预处理的方法
被测对象输入给传感器的物理量高于“某一定值” 时，输出ON(接通)状态，而低于该值时，就输出 OFF(断开)状态。这里的“某一定值”称为值或门限 电平。
2）模拟脉冲式传感器信号预处理
① 脉冲峰值式传感器是在每次被测物理量入射到 传感器上时(不论是随机的还是周期性的都一样)就产生 脉冲形式的输出信号，该信号的峰值与入射到传感器的 物理量的值成比例。有代表性的用途是测量射线(带电 粒子)能量的传感器。
出于该峰值信息是模拟量，所以必须转换成数字量 后才能输入到计算机中。转换成数字量需要使用A/D转 换器，这种转换需要一定的操作时间。在操作时间内如 果A/D转换器的模拟输入发生了变化，就会使转换后的 数字信息出现错误。因此，传感器与A/D转换器之间必 须具有在操作时间内使峰值保持一定的功能。脉冲峰值 保持电路就是为了实现这一功能而设置的。
②脉冲宽度式和脉冲间隔式传感器
脉冲宽度式传感器中，每当被测物理量入射到 传感器时(不论是随机的还是周期性的)就产生一个 脉冲状的输出信号，该脉冲信号的宽度与入射到 传感器上的物理量的大小成比例。
脉冲间隔式传感器中．每当被测物理量入射到 传感器上时，就产生两种脉冲信号，每种产生一个 脉肿，二者产牛的时刻差(时间间隔)与入射到传感器 的物理量大小成比例。
图7-1-9 数字脉冲式传感器的预处理
数字编码式传感器的特点是传感器的输出本身 就是数字代码形式，这种传感器简称为代码式化感 器。代码式传感器多用于位置测量。
图7-1-10 数字编码式传感器的预处理
数据采集系统：将模拟电压量转换成数字量；
计算机接口电路：把A/D转换后的数字信号送
入计算机，并将计算机发出的控制信号送至输入 接口的各功能部件。
二、传感器信号的预处理方法
1、传感器按输出 的变化形式成分类
如图7-1-2所示为按 输出形式分类。
图7-1-2 传感器按输出方式分类
2、传感器按输出的变化形式成分类
其处理方法分为两种。一种方法是直接对时钟信 号进行数字计数，使它转换成数字信息；另一种方法 是将时间信息转换成峰值信息，再通过A/D转换器将 峰值转换成数字信息。时间峰值转换器(Time to Amplitude Converter，简称TAC)在巾场上也以单片 形式销售。
3）模拟连续式传感器信号预处理
作用是将传感器输出的模拟量转换成计算机所能 接受的数字量，并按一定程序输入计算机。
➢传感器与计算机的接口电路组成：信号预处理
电路、数据采集系统和计算机接口电路组成。如 图7-1-1所示为传感器与计算机的接口框图。
图7-1-1
传感器 与计算 机的接 口框图
预处理电路：将传感器输出的非电压量转换
成具有一定幅值的电压量；
河 南 工
第7章 传感器与微机的 接口技术
业
职 业
➢掌握传感器信号的预处理方法、
Hale Waihona Puke Baidu
技
信号放大电路、数字采集系统
术
学
➢掌握线性化方法、标度变换
院
电
气
工
程
系
第一讲 传感器信号的预处理方法
❖ 一、传感器与微机的接口 ❖ 二、传感器信号的预处理
一、传感器与微机的接口
➢输入接口:介于传感器与计算机之间的部分。其
图7-1-7 模拟连续输出预处理的一般体系
模拟连续式传感器随输入给传感器的被测物则 量x的变化，传感器输出的电量s是连续变化的。这 里的电量可以是电阻、电压、电流、电感或电容。
电阻式传感器常用交、直流电桥将电阻变化转换为电压
变化；通过A/D转换将电压值转换为数字量。
电感式和电容式传感器常用交流电桥或谐振电路进行预