传感器信号的处理PPT课件

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第一节 传感器信号的预Hale Waihona Puke Baidu理
一、数据采集系统
在机电一体化产品中，对被测量的控制和信息处 理多采用计算机来实现，故传感器的检测信号一般需 要被采集到计算机中作进一步处理，以便获得所需的 控制和显示信息。在用计算机对模拟信号进行测量和 控制时，必须先将模拟信号转换成数字信号，然后计 算机按一定的处理要求对信号进行处理。
逻辑控制电路是受控于计算机来产生一定时序要求的逻辑控 制信号的电路系统。
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第一节 传感器信号的预处理
（3）数据采集系统的工作过程 首先让多路模拟开关接通被测的某路模拟输入，其次让采用
/保持电路进入采样模式，待输出跟踪输入到达某一指定的误差带 内之后再进入保持模式，然后才开始A/D转换（此时模拟开关可 切换至另一路模拟输入），待A/D转换结束后，才允许计算机读 数数据。
一、测量放大器的选择 因传感器输出的信号很微弱，故对放大器的精度
要求很高，要求它能鉴别被测量的微小变化，进行缓 冲、隔离、放大和电平转换等处理。
上述这些功能大多可用运算放大器来实现。运算 放大器往往不能消除各种形式的共模干扰信号，因此， 需要引入另一种形式的放大器，即仪表放大器。它广 泛用于传感器信号放大，特别是微弱信号及具有较大 共模干扰的场合。
将传感器的电流输出转换成电压值。 （4）频率电压转换电路
把传感器输出的频率信号转换为电流或电压值。 （5）电桥电路
把传感器的电阻、电感和电容值转换为电流或电压值。
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第一节 传感器信号的预处理
（6）电荷放大器 将电场型传感器输出产生的电荷量转换为电压值。
（7）交-直流转换电路 在传感器为交流输出的情况下，转换为直流输出。
对于一个具体的数字采集系统而言，所采用的信 号调理技术及其电路，由传感器输出信号的特性和后 续采样/保持电路（或A/D转换）的要求或确定的测量 要求决定。
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第一节 传感器信号的预处理
（2）多路模拟开关
多路模拟开关在控制信号作用下，按指定的次序把各路模拟 信号分时地送到A/D转换器转换成数字信号。
为提高系统的测量速度，采样的时间越短越好；为了有良好 的转换精度，保持时间越长越好。
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第一节 传感器信号的预处理
（4）A/D转换器 A/D转换器是数据采集系统的核心器件，它把模拟信号输入
转换成数字信号输出。最常用的A/D转换器是逐次逼进型和双斜 积分型。 （5）接口电路及控制逻辑
A/D转换器所输出的数字信号无论在逻辑电平还是时序要求、 驱动能力等方面与计算机的总线信号可能会有差别，因此，A/D 转换器的输出信号不能直接送至计算机总线上，必须在两者之间 加入接口电路以实现电路参数匹配。
传感器的信号预处理后，使其成为可供测量、控 制及便于向微型计算机输入的信号形式。
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第一节 传感器信号的预处理
2、常用传感器信号预处理方法 （1）抗变换电路
在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低阻抗，以便于检 测电路准确地拾取传感器的输出信号。 （2）放大电路
将传感器输出微弱信号放大。 （3）电流电压转换电路
共模干扰:在传感器的两条输出线上经常产生较大 的干扰信号（噪音），有时是完全相同的干扰，称为 共模干扰。
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第二节 测量放大器
（3）采样/保持电路（S/H电路）
由于A/D转换器的转换需要一定的时间，如在转换过程中输 入的信号有所改变，则转换结果与转换之初的模拟信号便有较大 的误差，甚至是面目全非。故为了保证转换的精度，需要在模拟 信号源与A/D转换器之间接入采样/保持电路。
采样/保持电路先处于采样模式，采样后使采样/保持电路处 于保持模式，即输出电压保持不变，接下来才对这个输出信号进 行A/D转换。
数据采集系统：实现模拟信号转换成数字信号的 电路系统。数据采集系统中最重要的器件便是模数转 换器（A/D转换器）。
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第一节 传感器信号的预处理
1、数据采集系统的组成 数据采集系统常由包括放大器、滤波器等在内的
信号调理电路、多路模拟开关、采样/保持电路、A/D 转换器以及接口控制逻辑电路所组成。
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传感器信号的处理
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第六章 传感器信号的处理
传感器的输出信号具有种类多、信号微弱、易衰 减、非线性、易受干扰等不利于处理的特点，所以对 传感器的信号处理是传感器技术的一个重要环节。
常用的传感器信号处理的一些基本方法及器件有 传感器信号的预处理、信号的调制与解调、传感器信 号的非线性校正、测量放大器、有源滤波器和A/D转换 器等。
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第一节 传感器信号的预处理
二、传感器输出信号的特点
（1）由于传感器种类繁多，故传感器的输出形式也是各式各样的。 有开关信号型、模拟信号型（电压型、电流型和阻抗型等）、数 字信号型。
（2）传感器的输出信号一般比较微弱，有的传感器输出电压仅有
0.1μV。
（3）传感器的输出阻抗都比较高，这样使传感器信号输入到测量转 换电路时会产生较大的信号衰减。
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第一节 传感器信号的预处理
（1）信号调理电路
传感器输出的模拟信号往往因其幅值较小，可能 含有不需要的高频分量或其阻抗不能与后续电路匹配 等原因，不能直接送给A/D转换器转换成数字量，需要 对这个信号进行必要的处理，这些处理电路就叫信号 调理电路。信号调理电路是各种电路的综合名称，如 放大器、滤波器和线性修正电路等。
（8）滤波电路 通过低通及带通滤波器消除传感器的噪音成分。
（9）非线性校正电路 传感器的特性是非线性时，进行非线性校正。
（10）对数压缩电路 当传器输出信号的动态范围较宽时，用对数电路进行压缩。 传感器信号的预处理应根据传感器输出的信号的特点及后续
检测电路对信号的要求选择不同的预处理电路。
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第二节 测量放大器
（4）传感器的动态范围很宽。
（5）传感器的输出与输入之间的关系有时不是线性关系。
（6）传感器的输出量会受温度的影响。
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第一节 传感器信号的预处理
三、传感器信号的预处理方法 1、传感器信号的预处理的主要目的
传感器信号的预处理的主要目的是根据传感器输 出信号的特点，采取不同的信号处理方法来抑制干扰 信号，并对检测系统的非线性、零位误差和增益误差 等进行补偿和修改，从而提高检测系统的测量精度和 线性度。