传感器与信号调理电路
压力传感器信号调理电路设计
压力传感器信号调理电路设计一、前言压力传感器广泛应用于各种在工业和医疗行业的测量和控制系统中，它能将压力转换成电信号，并通过信号调理电路输出标准的电压或电流信号。
本文将介绍一种简单实用的压力传感器信号调理电路的设计方法。
二、信号收集首先需要将传感器输出的信号进行虑波处理，以去除不必要的噪声，使得输出信号更加清晰和稳定。
可以通过使用放大器对信号进行增益，以便更好地收集传感器输出的信号。
在信号前端还可以添加加热电路，以使得传感器输出的电信号稳定、准确。
三、信号转换在信号的转换过程中，有两种基本的方法：通过变送器进行模拟信号的转换，或通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。
模拟信号的处理主要通过信号放大和频率滤波进行，而数字信号转换后需要经过数字滤波和数字信号处理进行处理。
四、信号处理一旦信号被转换成了数字信号，就可以进行进一步的处理。
这通常涉及到使用计算机进行数据分析，以便更好地识别并拟合信号所对应的数据模型。
计算机可以对数据进行加工和处理，包括对数据进行排序、取平均、去除偏差等。
这种信号处理可以大大提高数据的精度和准确性。
五、信号输出在信号处理完成后，输出电路将根据信号处理的结果将数字信号转换为电压或电流信号。
通常使用运算放大器或寄生参数放大器来放大来自信号处理链的某些信号，并将它们转换为恰当的电压或电流信号。
理想情况下，该信号输出应该是在以标准信号输出的范围内，常见的标准信号包括（0-5V）、（0-10V）和（4-20mA）。
六、总结压力传感器信号调理电路是一个复杂的系统，需要考虑到多种因素，例如传感器的特性、信号的变化范围等。
调整好相应的电路可以提高电信号量的精确度和准确性，实现更加稳定和可靠的数据测量。
压力传感器电路原理
压力传感器电路原理压力传感器是一种能够测量物体受力程度的装置，它的应用十分广泛，包括工业、医疗、汽车等领域。
压力传感器电路是实现压力传感器功能的关键部分，下面将介绍压力传感器电路原理及其工作过程。
一、压力传感器电路的基本原理压力传感器电路一般由传感器元件、信号调理电路和输出电路组成。
传感器元件是测量压力的关键部分，它通常由特殊材料制成，能够随着外界压力的变化而改变一些电学性质，如电阻、电容等。
信号调理电路负责将传感器元件的电学性质转化为可测量的电信号，同时对信号进行放大、滤波和线性化处理。
输出电路将经过信号调理的电信号转化为可供外部设备读取的模拟信号或数字信号。
二、压力传感器电路的工作过程压力传感器电路的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 传感器元件受到外界压力的作用，其电学性质发生变化。
以电阻式压力传感器为例，当受力后，电阻值会发生变化。
2. 传感器元件的变化信号经过信号调理电路的放大、滤波和线性化处理。
放大是为了增强传感器元件的微弱信号，滤波是为了去除杂散信号和噪声，线性化是为了使输出信号与输入信号呈线性关系。
3. 经过信号调理的信号进入输出电路，输出电路将其转化为可供外部设备读取的模拟信号或数字信号。
模拟信号一般经过模数转换器转化为数字信号，数字信号可以通过串口、USB等方式传输给计算机或其他设备。
三、压力传感器电路的特点和应用1. 精度高：压力传感器电路采用了精密的传感器元件和信号调理电路，能够实现高精度的压力测量。
2. 可靠性好：压力传感器电路经过严格的测试和校准，能够在各种恶劣环境下稳定工作。
3. 响应速度快：压力传感器电路的信号处理速度较快，可以实时监测压力变化。
压力传感器电路在工业自动化、航空航天、医疗设备、汽车等领域有着广泛的应用。
在工业自动化中，压力传感器电路可以用于测量液体或气体的压力，控制和监测生产过程。
在医疗设备中，压力传感器电路可以用于测量血压、呼吸机等设备的压力。
在汽车中，压力传感器电路可以用于测量轮胎的气压，以提醒驾驶员及时充气。
信号调理电路工作原理
信号调理电路工作原理信号调理电路工作原理信号调理电路是一种用于优化和改善信号质量的电路，它在电子设备中起到至关重要的作用。
在本文中，我们将深入探讨信号调理电路的工作原理。
什么是信号调理电路？信号调理电路是一种用于处理传感器信号、放大信号、滤波信号等的电路。
它可以帮助我们从原始信号中提取所需的信息，并减少噪音和失真。
信号调理电路的组成信号调理电路由多个组件组成，包括：1.放大器：用于放大输入信号的电压或电流。
放大器可以增加信号的幅度，提高信噪比。
2.滤波器：用于去除信号中的杂散噪声和不必要的频率成分。
滤波器根据信号频率特性，通过滤波器形成期望的输出信号。
3.转换器：用于将输入信号从一种形式转换为另一种形式，例如模数转换器将模拟信号转换为数字信号，或者数字模数转换器将数字信号转换为模拟信号。
4.压缩器：用于压缩信号的动态范围，以适应特定应用的需求。
压缩器能够对信号进行动态范围的调整，使得信号在不同场景下得到最佳的表现。
5.校准电路：用于调整和校准传感器输出的电路。
校准电路能够对传感器输出的信号进行校准，以保证准确性和可靠性。
信号调理电路的工作原理信号调理电路的工作原理主要包括以下几个步骤：1.采集信号：首先，信号调理电路会采集传感器或其他信号源发出的原始信号。
这个原始信号可能被噪音、失真等干扰所影响。
2.放大信号：接下来，信号调理电路会使用放大器放大输入信号的幅度。
这样做可以增加信号的强度，提高信噪比，并将信号范围调整到合适的水平。
3.滤波信号：信号调理电路还会使用滤波器来滤除干扰信号和不必要的频率成分。
这可以帮助提取我们所需的特定信号，并减少对后续处理环节的影响。
4.转换信号：根据应用需求，信号调理电路可能会将信号从一种形式转换为另一种形式。
例如，模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，以便进行后续数字处理。
5.压缩信号：如果信号的动态范围太大，信号调理电路可能会使用压缩器来压缩信号的幅度范围。
这样可以确保信号在不同场景下得到适当的展示和处理。
气敏传感器及信号调理电路概要
3.2体电阻控制型传感器
• 体电阻控制型气敏元件，受到外界氧 分压强，或还原性气体的还原作用， 致使晶体中的结构缺陷发生变化，随 之体电阻发生变化。这种变化是可逆 的，当待测气体脱离后气敏元件又恢 复原状。
氧化铁系气敏元件 γ -Fe2O3气敏元件
• 当它与气体接触时，随着气体浓度的增加形 成Fe2+离子，而变成Fe3O4，使器件的体电 阻下降。当被测气体脱离后，它又被氧化， 即恢复原状态。
ρ —检测元件的电阻温度系数； Δ T—由于可燃性气体接触燃烧所引起的检测元件的温度增加值； Δ H—可燃性气体接触燃烧的发热量； C—检测元件的热容量； Q—可燃性气体的燃烧热；m—可燃性气体的浓度[％(Vol)]； α—由检测元件上涂覆的催化剂决定的常数。
RF1 RF R1 E E0 RF1 RF2 RF R1 R2
因为Δ RF很小，且RF1•R1=RF2•R2
R1 E E0 R1 R2 RF1 RF2
RF2 RF1
接触燃烧式气敏传感器
可燃性气体(H2、CO、CH4等)与空气中的氧 接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触 燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高， 电阻值相应增大。一般情况下，空气中可燃 性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性 气体可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体 的浓度有关。
--主要用于可燃性气体的检 测
MOS二极管气敏器件的C—U特性
•
其漏极电流ID有栅压控制，将栅 极和漏极短路，在源极和漏极之间加 电压，ID的计算式为ID=β（UG-UT）2， 始终UT为ID流过时最小临界电压值。 • 在测量中，UT会随空气中所含H2浓度 的增高而降低。
传感器与信号调理电路-运放PPT资料36页
性稳定、测量范围宽、响应迅速。
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信号调理电路
问题：
传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信 号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和 控制。
解决：电压放大、整形、电流－电压转换、频率 －电压转换等；
信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预 处理的装置，使信号适于显示或控制。 主要技术：电子技术——运算放大器
测量同一被测量：不同的测量方法不同的传感 器及相应的信号调理电路。
同一传感器可以用于不同的工业系统。
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典型测量系统的组成
直流电源
现场 物理量
传感器
可用
信号 信号调理 电路
测量系统 显示装置
万用表
控制装置
信号发生器
示波器
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常用仪器在测量系统中的应用
信号发生器：产生标准信号（不同波形种类、不 同频率和幅值的信号）；
调试和维修时，模拟传感器的输出信号
示波器：测量并显示电路中不同点的信号；
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理想运算放大器
理想运放是一个高增益、高输入电阻、低输出电阻的器件。 1反相输1入端_
V2
Vi
ri ro
_
AVi +
V1
2+
3
Vo
2同相输入端
V oA V i A (V +-V -)
压力传感器信号调理电路设计
压力传感器信号调理电路设计压力传感器是工业自动化中常见的一种传感器，通过其可以测量物体表面的压力及其变化。
在实际工程应用中，传感器采集到的信号需要经过一定的处理和调理，以提高测量精度并减少误差。
本文将介绍一种基于运算放大器的压力传感器信号调理电路的设计方法。
1. 信号调理电路基础信号调理电路通常由四个部分组成：输入级、滤波电路、增益电路和输出级。
其中输入级接收传感器的模拟信号，滤波电路用于去除高频噪声，增益电路可以将信号放大至合适的范围，输出级最终将信号送入控制系统进行处理。
2. 压力传感器信号特性压力传感器输出的信号通常为微小的电压信号，其幅值与被测物体的压力成正比。
由于压力传感器常常需要在恶劣的环境中工作，因此其输出信号往往存在一定的噪声和漂移。
为了减小这些误差，我们需要将信号放大并进行滤波处理。
3. 压力传感器信号调理电路设计流程3.1 输入级设计输入级通常由一个运算放大器和一个 RC 滤波器组成，其中RC 滤波器用于去除高频噪声。
假设传感器输出电压为 V，那么输入级的运算放大器输入电压应设计为 V/2，通过调整 R 和C 的值可以得到合适的截止频率，同时保证输入电阻尽量大，以避免对传感器输出的干扰。
3.2 滤波电路设计滤波电路可以采用低通或带通滤波器，以去除输入信号中的高频干扰。
常见的滤波器类型有二阶 Butterworth 滤波器、Sallen-Key 滤波器以及多极 RC 滤波器。
选择滤波器类型时需要考虑频率响应、阶数、带宽和幅值响应等因素。
3.3 增益电路设计增益电路的作用是将输入信号放大至合适的范围，以方便后续数字化处理或控制。
增益电路可以采用单级或多级放大器，也可以采用可调增益放大器，以便根据实际应用场景灵活调整增益大小。
3.4 输出级设计输出级通常由一个运算放大器和一个反馈电阻网络组成，反馈电阻网络可以通过调整电阻比例实现信号输出的零漂和增益校准。
同时需要考虑输出电压的范围、输出阻抗和功率等因素，以确保输出信号能够被控制系统准确接收。
电路中的传感器与信号调理技术
电路中的传感器与信号调理技术现代社会的发展离不开科技的进步和创新。
在各个领域中，电路的应用越来越广泛。
而在电路中，传感器和信号调理技术起着至关重要的作用。
本文将着重讨论电路中的传感器和信号调理技术的应用。
一、传感器的作用传感器是电路中的重要组成部分，它能够将感知到的现实世界信息转化为电信号，为电路系统提供输入。
不同类型的传感器有着各自独特的功能和用途。
例如，温度传感器可以感知环境的温度变化，而压力传感器则可以感知物体所受到的压力大小。
传感器的应用领域非常广泛。
在环境监测方面，传感器可以用于测量空气质量、水质状况等。
在工业生产中，传感器可以用于物流仓储、自动化生产等领域。
传感器的作用不仅仅局限于生活和工业领域，还涉及医疗、农业等多个领域。
可以说，传感器已经渗透到了我们生活的方方面面。
二、传感器的种类传感器的种类繁多，按照不同的物理量可以被分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光照传感器等。
其中最常用的传感器是温度传感器，它可以测量环境的温度，用于室内温控、温度报警等方面。
不同类型的传感器也有不同的工作原理。
以温度传感器为例，它常见的工作原理有热敏电阻式、电动势式和非接触式等。
热敏电阻式温度传感器利用温度对电阻值的影响进行测量。
而电动势式温度传感器则是通过测量温度对某些电特性的影响来实现测量。
三、信号调理技术在电路中，传感器产生的信号往往比较微弱和不稳定，需要经过信号调理来提高其可靠性和精确性。
信号调理技术能够将传感器信号进行放大、滤波、增强等处理，以适应电路系统的需求。
信号调理技术主要包括放大、滤波和模数转换等步骤。
放大可以提高信号的幅值和增益，使其能够更好地传递和处理。
滤波则通过去除噪声、抑制干扰等方式，提高信号的准确性和稳定性。
模数转换则是将模拟信号转换为数字信号，并进行数字化处理。
模数转换是现代传感器与控制系统之间的桥梁，广泛应用于自动化控制领域。
它可以将传感器的输出信号转换为计算机可以理解和处理的数字信号，从而实现更高精度的测量和控制。
过载传感器信号调理电路设计
过载传感器信号调理电路设计摘要本文介绍了研究电容微加速度传感器信号调理电路设计的意义与目的，分别阐述了电容微加速度传感器的发展历程、国内外发展现状以及在多个领域中的应用，简述了信号调理电路的原理和评价的主要性能指标，以及电容微加速度传感器的原理和优点。
电容微加速度传感器目前已被广泛应用，基于能更好应用电容微加速度传感器的目的，需要为其配备合适的信号调理电路。
本课题开发一种适用电容微加速度传感器的信号调理电路，该电路首先对电容微加速度传感器的信号进行电压转换，然后进行适调放大后经过滤波和信号二级放大电路，最后通过积分电路排除一定干扰后，使传感器的输出信号能被识别获取。
经过仿真和实验检测表明，此电路性能可靠，效果良好。
关键词：电容微加速度传感器，信号调理，高低通滤波，信号放大Overload Sensor Signal Conditioning Circuit DesignAbstractThis paper introduces the significance and purpose of the study of Signal conditioning circuit design for MEMS acceleration sensor , then clarifies the development of domestic and international situation and the application in areas of the constant current source and piezoelectric acceleration sensor. The difference between ideal Signal conditioning circuit and the actual is presented. And then introduces the principle and the main source of constant evaluation of performance indicators of the Constant current source and MEMS acceleration sensor’s principle and advantages.With MEMS acceleration sensors being widely used , and for the purpose of better application , a suitable Signal conditioning circuit supply circuit is needed. This topic develops a kind of Signal conditioning circuit which is applicable to the MEMS sensor and supply current for it. The Signal conditioning circuittransfer Signal sourceto stable voltage, and then filtered Conditioning amplified signal and the second stage amplifier circuit, and finally exclude certain interference by integrating circuit,Through simulation and experiment show that the performance of this circuit is reliable and the effect is good .Key words:MEMS Acceleration Sensors, Signal Conditioner circuit, High And Low Pass Filter目录1 绪论 (5)1.1本课题的研究背景 (5)1.2本课题的研究目的和意义 (6)1.3本课题国内外研究现状 (7)2电容微加速度传感器原理 (9)2.1基本工作原理 (9)2.2电容微加速度传感器的三种常见结构 (10)2.2.1梳齿式硅微机械加速度传感器 (10)2.2.2扭摆式电容加速度传感器 (11)2.2.3三明治摆式电容加速度传感器 (11)2.3本课题研究的MEMS加速度传感器 (12)3 系统的总体方案设计 (15)3.1信号检测方案选择 (15)3.1.1电容-频率转换法 (15)3.1.2开关电容法 (15)3.1.3电容电桥法 (15)3.1.4电荷放大法 (15)3.2信号检测电路的基本要求及实现方案 (15)3.3方案选用 (16)3.4器件选择 (16)4信号调理硬件电路设计 (19)4.1 信号调理电路的功能和目的 (19)4.2 信号调理电路的组成 (19)4.2.1 信号转换电路 (19)4.2.2放大电路 (19)4.2.3低通滤波电路 (19)4.2.4 信号调理电路 (19)4.3 信号转换电路的设计 (20)4.3.1电荷转换部分: (20)4.3.2适调放大部分 (21)4.4 低通滤波电路的设计 (22)4.4.1低通滤波电路的选择和组成 (22)4.4.2参数计算 (23)4.5放大电路设计 (24)4.6积分器设计 (25)4.7噪声分析 (26)4.8整体电路图 (28)5 总结与展望 (29)5.1总结 (29)5.2展望 (29)参考文献 (31)附录A (33)附录B (34)附录C (35)致谢 (36)1 绪论1.1本课题的研究背景信息的获取与处理已经成为现代信息技术领域的核心，对社会发展、科技进步起着重要的作用。
压力传感器混合信号调理电路的设计与实现
压力传感器混合信号调理电路的设计与实现压力传感器的混合信号调理电路，听起来就像是高科技的黑科技，其实呢，就是把物理世界的压力变化转化成电信号的一个小玩意儿。
想象一下，当你在炎热的夏天喝冰镇饮料，瓶子里产生的压力就像是个小精灵，时刻提醒你小心别喝得太急，这时候，压力传感器就像个小侦探，帮你监测瓶子里的压力变化，及时传递信息。
这些小设备在我们生活中无处不在，汽车、家电、甚至医疗设备里，都能看到它们的身影。
在设计和实现这个调理电路时，我们就像是在做一道复杂的菜，材料得选对，火候得掌握好，才能煮出美味的佳肴。
压力传感器获取的信号可不是那种干净利落的，而是带着噪音的小家伙，像是那些在你耳边叽叽喳喳的小鸟。
我们得想办法把这些噪音过滤掉，确保我们听到的是重点信息。
想象一下，一个吵闹的市场，能听见的只有小贩的叫卖声和顾客的谈话，这样一来，重要的东西才能被听到，调理电路就是这么个道理。
再说到混合信号，顾名思义，就是模拟信号的结合。
简单来说，就是把传统的模拟信号转成数字信号，这样一来，计算机就能轻松处理。
就像是你用手机拍照，按下快门的那一瞬间，光线被转化为数字信息，保存下来的不仅仅是一张图片，还有你那一瞬间的心情与记忆。
调理电路在这里发挥的作用就像是一个翻译官，把压力变化翻译成数字，让大脑能够理解。
设计调理电路的过程中，电阻、电容这些元件就像是厨房里的调味料，各有各的用处。
有时候加点盐，有时候加点糖，绝不能多也不能少。
电阻可以限制电流的流动，保护电路，电容则可以存储能量，释放的时候帮助平衡信号。
这些小配件在一起，仿佛是乐队里的乐器，缺一不可，齐心协力演奏出动人的旋律。
当我们把这些元件拼在一起，就像搭积木一样，得小心翼翼。
每一个连接都得确认，避免发生短路，就像拼乐高，拼错了就得重新来。
这时候，焊接工艺显得尤为重要，细致的手工活儿，能决定整个电路的质量。
想象一下，拼完了乐高，突然掉了几块，那种心疼可不是一般的，得花多少时间才能重新捡起来。
传感器与信号调理电路
请同学们自己推导
工作方式： 差动、反馈
差动放大器
运算放大器及其芯片
运算放大器的符号以及常见的运算放大器：
管脚起始
朝左
管脚序号逆时针方向增长！！
OP07LM324来自_+STEP4
STEP3
STEP2
STEP1
用OP07构成反相放大电路；
输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V，uip-p=0.4V、1.8V、2.5V；
ε
ε
Usat
Usat
运算放大器的外特性
运算放大器的一种等效电路：
理想情况： 输入电阻ri无穷大 放大倍数A无穷大
理想运算放大器
在输入一侧考虑电压关系时：反相输入端与同相输入端的电压相等，称为“虚通”或“虚短”；
01
在输入一侧考虑电流关系时：反相输入端与同相输入端之间的电流为零，称为“虚断”。
02
202X
（2学时）
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传感器与信号调理电路
CONTENTS
训练目的
1
WORKREVIEW
建立对测试系统的初步认识。
2
掌握一种常用的信号调理器件——运算放大器。
UNDERWORK
3
了解常用信号调理电路的基本输入输出特性。
WORKHARVEST
CONTENTS
设备与器材
1
WORKREVIEW
训练内容2：同相放大器的测试
用OP07构成电压跟随器电路；
01
输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V，uip-p=0.5V；
02
双踪观察输入输出波形并记录；
03
训练内容3：电压跟随器的测试
传感器系统设计方案
传感器系统设计方案一、引言传感器是一种能够将被测量的物理量转化为电信号的装置或设备。
传感器在自动化系统中起着关键的作用，能够实时监测、控制和反馈被测量的物理量，从而实现自动化控制和智能化运作。
本文将介绍一个传感器系统的设计方案，逐步介绍系统的组成部分和设计原则。
二、系统组成部分一个典型的传感器系统包括以下几个组成部分：1.传感器：传感器是系统中最核心的部分，通过感知被测量物理量的变化，并将其转换为电信号。
传感器的选择应根据被测量的物理量类型，精度要求和环境条件进行合理选择。
2.信号调理电路：传感器输出的信号通常较弱，需要进行放大、滤波和校正等处理。
信号调理电路能够提高信号的可靠性和稳定性，确保信号的准确性和可靠性。
3.信号处理器：信号处理器负责接收和处理传感器输出的电信号。
它可以进行数据采集、滤波、数据处理和判断等操作。
信号处理器还可以与其他系统进行通信，实现数据的传输和控制。
4.数据存储器：数据存储器用于存储传感器系统采集到的数据。
可以采用硬盘、闪存、存储卡等媒介，具体选择应根据系统的存储容量和数据访问速度进行合理选择。
5.显示器/人机界面：显示器用于显示传感器系统采集到的数据和状态信息。
人机界面可以通过按键、触摸屏等形式与系统进行交互，实现参数设置、报警处理和故障诊断等功能。
6.供电系统：传感器系统需要稳定的供电保证正常工作。
可以采用电池、电源适配器等供电方式，确保系统工作的可靠性和稳定性。
7.外设接口：传感器系统还需要提供一些外设接口，用于连接其他设备和系统。
例如串口、以太网接口等，方便数据传输和系统联网。
三、设计原则在传感器系统的设计过程中，应遵循以下几个原则：1.准确性：传感器系统的设计应追求高精度和准确性。
选择合适的传感器，合理设置信号调理电路和信号处理器，提高数据的准确性和稳定性。
2.可靠性：传感器系统应具备较高的可靠性，能够在不良环境条件下正常工作。
选择品质可靠的传感器和电子元件，进行严格的工艺和品质控制，确保系统长期稳定运行。
传感器信号调理电路
对于数字测量系统，除了使传感器输出信号（包括电压、 动态范围、信号源内阻、带宽等参数指标）适合于转换 为离散数据流外，信号调理的作用还在于满足模拟传感 器与数字DAQS之间的接口要求：(1)信号隔离，(2)信号
的预处理，(3)去除无用信号。
传感器输入的信号是一种原始的待处理电信号， 一般不方便直接使用，需要进行加工处理，这就是 传感器的信号调理。信号调理电路将传感器输出的 微弱信号转换为电压、电流或频率等便于测量的电 信号，输出信号精度较高。
1 概述
在数据采集中, 经常会遇到一些微弱的微伏级信号， 例如热电偶的输出信号，需要用放大器加以放大。
运算放大器
第一个使用真空管设 计的放大器大约在 1930年前后完成，这 个放大器可以执行加 与减的工作。 60年代 晚期，仙童半导体推 出了第一个被广泛使 用的集成电路运算放 大器，型号为μ A709.
-
R4
R6
A2
器A3，将双端 Ui2
+
U4
输入变为对地
测量放大器原理电路
的单端输入。
2 测量放大器的电路原理
测量放大器的增益
K U0 Ui1 Ui2
Ui1
+
U3 R3 U5
R5
A1
(U3 U 4 )U0
-
R1
-
(Ui1 Ui2 )(U3 U 4 ) IG RG
R2
A3
UO
+
U3 Ui1 IG R1
而同比例运算放大器可以得到较大的
输入电阻，较低的输出电阻
R2
-∞ +
uo
+ N1
R3 ui
测量放大器
测量放大器是一种带有精密差动电压增益的 器件，具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗 共模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳 定增益等特点，在检测微弱信号的系统中， 被广泛用作前置放大器。
电子称重传感器及信号调理电路设计
目录目录-----------------------------------------------------------------------------1 摘要-----------------------------------------------------------------------------2一、方案设计-----------------------------------------------------------------------31.1.选择的传感器类型------------------------------------------------------------3 1.2.对传感器的分析---------------------------------------------------------------41.3.系统方案------------------------------------------------------------------------6二、理论分析-----------------------------------------------------------------------62.1.应变片的电阻应变效应------------------------------------------------------6 2.2.应变灵敏度---------------------------------------------------------------------72.3.测量电路------------------------------------------------------------------------8三、电路设计：电路原理图及各部分分析-----------------------------------103.1.应变片全桥电路分析---------------------------------------------------------103.2. 差动放大器器电路分析-----------------------------------------------------10四、实验-----------------------------------------------------------------------------114.1.实验目的------------------------------------------------------------------------114.2.实验步骤------------------------------------------------------------------------11五、数据分析-----------------------------------------------------------------------18六、误差分析------------------------------------------------------------------------19七、总结------------------------------------------------------------------------------20 参考文献-----------------------------------------------------------------------------21摘要本设计采用检测实验室的CSY-3000型传感器与检测技术实验台设计并制作了一台简易电子秤。
传感器与信号调理技术
传感器与信号调理技术现代科技的快速发展带来了智能化、自动化的需求，而传感器与信号调理技术作为关键的技术手段，正在不断完善与应用。
本文将介绍传感器的概念、种类和工作原理，以及信号调理技术的作用和发展趋势。
一、传感器的概念与种类传感器是能够对环境或物体某一特定参数进行感知并将其转化为电信号输出的装置。
它通过感知外界的物理量、化学量或生物量，将其转换为与之对应的电信号，最终提供给控制系统进行分析和处理。
根据传感器用于感知的物理量不同，常见的传感器可以分为以下几类：1. 压力传感器：用于测量介质的压力，广泛应用于工业控制、航空航天等领域。
2. 温度传感器：用于测量物体的温度，被广泛应用于日常生活、医疗、环境监测等领域。
3. 湿度传感器：用于测量大气中水蒸气的含量，被广泛应用于农业、气象等领域。
4. 光敏传感器：用于感知光线的强度，可应用于照明控制、摄影等领域。
5. 加速度传感器：用于测量物体加速度的变化，常被应用于汽车安全、运动监测等领域。
二、传感器的工作原理不同类型的传感器具有不同的工作原理，以下将以温度传感器作为例子进行介绍。
温度传感器的工作原理通常基于热敏效应，即物体的电阻、电容或电压与温度之间存在一定关系。
最常见的热敏元件是热敏电阻，它的电阻值会随着温度的变化而发生相应的变化。
当温度传感器受到温度的影响时，其热敏元件的电阻值变化，进而改变了电路中的电压或电流值。
通过测量这种电压或电流的变化，就可以得到与温度相关的电信号输出。
除了热敏元件，温度传感器还可以采用热电偶、热电阻、半导体温度传感器等不同的工作原理。
三、信号调理技术的作用传感器感知到的信号往往是微小的、干扰较大的模拟信号，无法直接应用于数字系统或控制系统中。
因此，信号调理技术的作用就是对传感器信号进行增强、变换、滤波等处理，使其适应采样、转换和存储的要求，最终提供给后续的处理器或控制系统使用。
信号调理技术包括以下几个主要方面：1. 增益与放大：在一些应用中，传感器输出的电信号较弱，需要通过放大电路进行信号增益，以提高信噪比和传输效果。
简述传感器的基本组成
简述传感器的基本组成传感器的定义传感器是一种能够感知、测量和转换环境中各种物理量或化学量的设备。
它能够将感知的信息转化为能量信号或电信号，并传递给控制系统或处理设备。
传感器的作用传感器在现代科技中起着至关重要的作用。
它们被广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、医疗保健、环境监测等。
传感器能够提供准确的数据和信息，以便系统实时监测、控制和决策。
传感器的基本组成传感器通常由以下几个基本组成部分构成：1. 传感器元件传感器元件是传感器的核心部分，其基本功能是将物理量或化学量转换为电信号。
常见的传感器元件包括电阻、电容、电感、半导体材料、光敏元件等。
2. 信号调理电路信号调理电路是将传感器元件输出的电信号进行放大、滤波、增益和校正等处理的电路部分。
它能够提高信号的质量和可靠性，使得传感器输出的信号更加准确和稳定。
3. 接口电路接口电路是将信号调理电路输出的电信号转换为标准的电压、电流或数字信号的电路部分。
它能够将传感器输出的信号与外部系统或设备进行连接和交互。
4. 外壳和防护装置外壳和防护装置是保护传感器元件和电路的外部封装部分。
它能够避免传感器受到外界环境的干扰和损坏，确保传感器的正常工作和使用寿命。
5. 电源供给装置电源供给装置是为传感器提供电能的装置。
不同类型的传感器所需的电源有所不同，有的采用直流电源，有的采用交流电源，还有的采用电池供电。
传感器分类根据传感器测量的物理量或化学量的不同，传感器可以分为多种类型。
以下是常见的传感器分类：1. 温度传感器温度传感器是测量温度变化的设备。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻、半导体温度传感器等。
2. 压力传感器压力传感器是测量压力变化的设备。
常见的压力传感器有压阻式传感器、压电式传感器、毛细管压力传感器等。
3. 湿度传感器湿度传感器是测量空气湿度的设备。
常见的湿度传感器有电容式传感器、电阻式传感器、共振式传感器等。
4. 光传感器光传感器是测量光强度的设备。
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现场 物理量
传感器
可用
信号 信号调理 电路
测量系统 显示装置
万用表
控制装置
信号发生器
示波器
03.06.2019
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5
常用仪器在测量系统中的应用
信号发生器：产生标准信号（不同波形种类、不 同频率和幅值的信号）；
调试和维修时，模拟传感器的输出信号
示波器：测量并显示电路中不同点的信号；
位置、转速、温度、液位、压力等信息； 对传感器的要求：线性度好、无滞环误差、特
性稳定、测量范围宽、响应迅速。
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3
信号调理电路
问题：
传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信 号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和 控制。
解决：电压放大、整形、电流－电压转换、频率 －电压转换等；
+
LM324
14 13 12 11 10 9
8
GND
-
或－V
-
+
+
324
+
+
-
-
+V
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1
2
34
-V
管脚起始 朝左
1
2 345 6
7
管脚序号逆时针方向增长！！
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8
运算放大器
运算放大器简称为运放；
有单端和差动两种输入方式
双踪观察输入输出波形，记录输 出uop-p；
连续增大ui的幅值，记录出现饱 和现象时输入、输出信号的峰峰 值。
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
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理想运算放大器
理想运放是一个高增益、高输入电阻、低输出电阻的器件。 1反相输1入端_
V2
Vi
ri ro
_
AVi +
V1
2+
3
Vo
2同相输入端
V oA V i A (V +-V -)
A很大，1000以上 ri很大，兆欧以上 ro很小，可以忽略 Vo有限，电源电压范围内
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单端输入与差动输入
i R2 100kW
R1 10kW
-
ui
a
+
+10V
uo
R3 100kW
-10V
i1
R2
R1
uib
-
uia
R3 i2
+
uo
R4
单端输入方式
一端接输入信号，另一 端接地（或通过电阻接 地）
同相输入
反相输入
差动输入方式（双端输入）
Vo V-
uo ui
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运放的补充说明
前面讲的均是运放的理想模型，集成运放内部并 非真如模型的结构，但是它有与模型相同的特性 （工作特性曲线），所以可以使用理想模型来分 析运放；
集成运放内部结构复杂，在《模拟电子技术》课 程中有深入的讲解，可以参考：
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运放的分析方法——三步走
虚断：把电路分为两个电阻串并联的支路； 虚短：V+=V-，即两个支路之间的关系； 使用电阻串并联的方法求解（设电流 i）。
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运放应用：反相比例放大器
i 2 R2
i 1 R1
输入信号V1和V2同时加在同相 端1和反相端2上
Vi＝V1－V2
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开环方式与反馈方式
ui
Vr
+10V
-
+
uo
i R2 100kW
R1 10kW -
+10V
uo
ui
+
R3 10kW
-10V
开环方式
输出端与输入端之间除 地线外没有连接；
如：比较器。
A→∞ ri→∞
Vi
Vo A
Vo (E- , E+ ) A
0
ro→0 Vo∈(E-,E+)
Ii
Vi ri
Vi 0 ri
0
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考虑电压 虚通
V+=V- 虚短
Ii=0 虚断 考虑电流
11
理想运算放大器 Ii 0 1 _
Vi 0
V2
V1
2+
3
Vo
在输入一侧考虑电压关系时：反相输入端与同相 输入端的电压相等，称为“虚通”或“虚短”；
若同相端（反相端）接地，即同相端（反相端）电位为 零，则反相端（同相端）电位也为零，称为“虚地”；
在输入一侧考虑电流关系时：反相输入端与同相
输入端之间的电流为零，称为“虚断”。
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反馈方式
有信号从输出端经过某 种电路回到输入端，构 成反馈回路。
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正确理解运放的“工作方式”
运放内部并没有所谓的“工作方式”，它只会按 照运放的工作特性曲线工作（即对所有的“工作 方式”都一样）；
所谓的“工作方式”是依运放的外部连接而引入 的说明。
。
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训练内容3：电压跟随器的测试
输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V， uip-p = 0.5V；
双踪观察输入输出波形；
连续改变uip-p ，双踪观察输入输出波形。
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IC间距与DIP封装
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反相放大器的训练：接线示意图
1. 2.
信号发生器
直
电 路 中 所 有 的 地
“ 跟 踪 ” 按 下
开 启 之 前 逆 时 针
流 电 源 的 使 用 ：
要旋
“到
共底
地
”
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直流电源
Ⅰ
Ⅱ
示波器
电
ui
R1 10kW
i R2 100kW
+10V -
a
+
uo
有 问 题 ， 检 查 ①
R1 + R2 R1
ui
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运放应用：电压跟随器
R2 100kW
虚断 i+ i- 0 虚短 V + V -
V+ ui
+10V -
+
uo
ui
R3 10kW
-10V
输出跟随输入变化。
作用：前后极之间的
隔离、缓冲，提高带
负载能力等。
V- V+ ui
2
传感器
被测量
物理量 化学量 生物学量
传感器
可用信号
传感器定义：能感受某种信息（被测量），并 按一定规律将其转换成可用信号的器件或装置；
可用信号：某一定场合中便于传输和处理且可以使用 的信号，常是电量。
传感器的本质：将被测量从一种能量形式转换 成另一种能量形式，并作为可用信号输出；
狭义的传感器：被测量电信号； 传感器是工业系统的感官，获取工业系统中的
工业系统测量
传感器与信号调理电路
引言
如何测量你的体温？ 包括：获取温度信号以及处理温度信号
温度测量系统
温度
电信号
温度
信号
传感器
预处理
符合要求 的信号
本讲我们将了解测量系统的组成，包括信号的获 取以及信号的预处理。另外，着重介绍在信号处 理中使用最多的器件：运算放大器。
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力的测量与差动放大
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运放应用：同相比例放大器
i R2 100kW
R1 10kW -
ui
+
R3 10kW
+10V -10V
原理图中常用的 简化画法
uo ui
G
uo
uo Gui
虚断 i+ i- 0 虚短 V + V -
V+ ui
V- V+ ui
i VR1
uo i(R1 + R2)
uo
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训练中常见的问题
输出波形产生畸变
主要原因：未接电源地； 可能原因：OP07损坏。
在输入uip-p＜2V就饱和
①10kΩ电阻被短接； ②输入直流电平不为0，即OFFSET旋钮开且不为0。
输出波形先截止，后饱和
①运放：截止-9.3V，饱和+9.7V； ②OFFSET旋钮调节：有一个很小的直流电平。
信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预 处理的装置，使信号适于显示或控制。 主要技术：电子技术——运算放大器
测量同一被测量：不同的测量方法不同的传感 器及相应的信号调理电路。