传感器的信号处理

输出部分;启动转换的外部控制信号;转换完毕后由转换器发 出转换结束信号等。在选择A/D转换器时，除需要满足用户 的各种技术要求外，必须还要注意以下几点:数字输出的方式; 对启动信号、转换结束信号的接口要求;转换精度和转换式中、 转换时间;稳定性及抗干扰能力等。
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4.3 传感器信号非线性校正及标度 变换
(2)精度精度可分为绝对精度和相对精度。绝对精度是指 对应于一个给定的数字量，模拟量输入实际值与理论值之差。 它包括量化误差、线性误差和零位误差。相对精度又称相对 误差，是指绝对误差与满刻度值的百分比。由于单位输入满 刻度值可根据需要设定，因此，相对误差也常用ISB表示。
(3)转换时间转换时间是指从模拟量输入到数字输出，完 成一次转换所需要的最长时间。对大多数ADC来说，转换时 间就是转换频率(转换的时钟频率)的倒数。
4.1.2 传感器信号的预处理方法
根据传感器的输出信号特点，传感器的输出信号不能直接 作为进行A/D转换的输入量，必须通过各种预处理电路将传 感器的输出信号转换成统一的电压信号。将信号的这一转换 称为预处理。常用的传感器信号预处理方法有以下几种。
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4.2 仪表放大器及A/D转换器的选择
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4.2 仪表放大器及A/D转换器的选择
(6)高线性度在较大量程内有良好的线性。
(7)适宜的频率特性为使放大后的信号不失真，要求它有 宽频带。为抑制某些干扰，又要求它有合适的频带。
4.2.2 A/D转换器(ADC)
如上节所述，A/D转换器的作用是将传感器接口电路预 处理过的模拟信号转换成适合计算机处理的数字信号，并输 入到计算机中去。
1. ADC的主要类型
按ADC的转换方式，可分为比较型和积分型两大类，其 中常用的是逐次逼近型、双积分型和V/F变换型。
2. ADC的性能指标
(1)分辨率分辨率是指的N位ADC的分辨率为粤。ADC 对微小输入量变化的敏感度，输入满量程，模拟电压为呱
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4.2 仪表放大器及A/D转换器的选择
4.2.1 仪表放大器及选择
经预处理后的信号，要送至A/D转换器或其他显示记录 装置。传感器信号的特点是电平差别很大，且叠加有很高的、 来自工业现场的共模噪声。因此对这些缓变、微弱的信号不 仅要进行放大，而且必须采用低噪声、低漂移、输入阻抗高、 稳定性好、抗干扰能力强的直流放大器。由于一般运算放大 器输入阻抗太低，共模抑制能力受外部电阻适配精度所限， 不能在精密测量中应用。因此在检测中常用调制型或隔离型 直流放大器及专门设计的测量放大器。
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4.1 传感器信号的预处理
2.数据采集系统的组成 数据采集系统由放大器、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转换器以及接口电路 和控制逻辑电路所组成，根据它们在电路中的位置，可分为 同时采集、高速采集、分时采集和差动结构四种配置。数据 采集系统的典型构成形式如图4-1所示。
号。 A3 的共模抑制精度取决于四个R3的匹配精度，通用IA
的输出电压为
wk.baidu.comU0
( 2R2 R1
1)(U
i
U
i
)
式
U
i
、
U
i
—IA的两个输入端差动输入信号。
2. IA的技术指标
仪表放大器最重要的技术指标有:非线性度、偏置漂移、 建立时间以及共模抑制比等。这些指标均为增益的放大器的 函数。
仪表放大器的优点是输入阻抗高、共模抑制比高、噪声低、 稳定好，它主要用于微弱信号的精确测量。
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4.2 仪表放大器及A/D转换器的选择
3.仪表放大器的选择 仪表放大器应具有如下性能要求: (1)低噪声采用低噪声放大器件并采取有效的较小噪声措
施，以免测量信号被淹没在噪声中。 (2)高稳定性低漂移、减小温度漂移、防止自激振荡等。 (3)高抗干扰性能放大器的前级最易受干扰，要尽量缩短
4.3.1 传感器信号的非线性校正
3. ADC的选择原则 目前所生产的A/D转换器具有模块化、与计算机总线兼
容等特点。使用者不必深入了解它的结构原理，只需掌握 A/D转换器的外特性并正确选择即可。从使用的角度看， A/D转换器的外特性包括:模拟信号输入部分;数字信号并行
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4.2 仪表放大器及A/D转换器的选择
导线影响，采用调制的方法和妥善的屏蔽措施等。 (4)高输入阻抗由于传感器输出信号很微弱，要求放大器
的接人尽可能强化传感器的功能，特别是当传感器输出阻抗 很高时，更要求放大器有高输入阻抗。 (5)高共模抑制比一方面由于被测量本身(锥度)是差模信 号，另一方面由于许多干扰为共模干扰，因此高共模抑制比 有利于提高抗干扰性能。
1.仪表放大器（IA ） 仪表放大器又称测量放大器。它通常由三个运算放大器
A1 、A2 、A3 组成，如图4-2所示电路，其中，A1 、A2 组
成具有对称结构的差动输入输出级，差模增益为n+1，而共 模
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4.2 仪表放大器及A/D转换器的选择
增益仅为1 。A3 将 A1 A2 的差动输出信号转换为单端输出信
第4章传感器的信号处理
4.1 传感器信号的预处理 4.2 仪表放大器及A/D转换器的选择 4.3 传感器信号非线性校正及标度变换
4.1 传感器信号的预处理
4.1.1 数据采集系统的组成
1.传感器输出信号的特点 由于上述特点，再加上传感器在使用时所处环境因素的影
响，就完全有可能影响甚至破坏传感器及其测量系统的正常 工作。因此需要对信号进行处理。信号处理部分常常分为两 个步骤，即在对信号加工之前进行预处理。在进行预处理时， 要根据实际情况利用滤波、阻抗变化等手段将信号分离出来 进行放大。当信号足够大时，就可作信号的运算、转换、比 较、取样保持等不同的加工了。最后，一般要经过放大才能 驱动负载，或者经过模拟信号到数字信号的转换才能输入计 算机，由计算机按一定的处理要求对信号进行处理。实现模 拟信号转换成数字信号的电路系统统称为数据采集系统，而 数据采集系统中最重要的器件是模/数转换器(A/D转换器， 也称ADC)。