模拟输入通道

二、分散采集式（分布式）
传感器 传感器 传感器
调理电路 调理电路
采样/ 保持器
采样/ 保持器
A/D 转换器
A/D 转换器
调理电路
采样/ 保持器
A/D 转换器
控制逻辑
图2-1-3 分散采集式模拟输入通道结构
计算机
2.1.2 传感器的选用
传感器是信号输入通道的第一环节，是决定整个测试系统 性能的关键之一。 正确选用传感器要做到： 1.明确所设计的测试系统需要什么样的传感器—系统对传感器 的技术要求。 2.了解现有传感器厂家有哪些可供选择的传感器，把同类产品 的指标和价格进行对比，从中挑选合乎要求的性能价格比最高 的传感器。
频率量
传感器 输出
放大整形
光电隔离
计算机
开关量
传感器 输出
整形
光电隔离
计算机
图2-1-５ 频率量及开关量输出传感器的使用
（３）集成传感器 1、是将传感器与信号调理电路做成一体。 2、按制造工艺分类：集成传感器、薄膜传感器、
厚膜传感器、陶瓷传感器
（４）光纤传感器
其信号拾取、变换、传输都是通过光导纤维实现的，避免了电 路系统的电磁干扰。
传感器
调理电路
采样/ 保持器
模 拟
传感器 ﹕
调理电路 ﹕
采样/ 保持器
多 路 切
采样/
A/D
保持器 转换器
计 算 机
﹕ 传感器
﹕ 调理电路
采样/ 保持器
换 器
控制逻辑
(b) 多路同步采集分时输入结构
被测信号路数较多时，保持的时间加长，保持器总 会有些泄露，信号有所衰减，不能获得真正的同步输入
图2-1-2 集中采集式模拟输入典型结构
一、集中采集式（集中式）
其典型结构有分时采集型和同步采集型
传感器 调理电路
模
传感器 ﹕
调理电路 ﹕
拟 多 路 切
采样/ 保持器
A/D 转换器
计 算 机
﹕
﹕
换
传感器 调理电路
器
控制逻辑
（a）多路分时采集分时输入结构
简化了电路结构，降低了成本。但不能获得同一时刻 数据，产生时间偏斜误差，适用于多数中速和低速测试系 统。
陷波器是为抑制交流电干扰而设置的，不仅节省电路更避免了 信号频率分量的损失。当被测信号频率远远小于交流电频率时，也 可用低通滤波器滤除交流电干扰。
一、前置放大器
几个问题：
1 为什么要设计前置放大电路？ 2 放大器为什么要前置？是否能接在滤波器后？
答1：由于电路内部存在各种噪声源，使得电路零输时仍存在一定幅度的波 动电压，即电路的输出噪声，若加在输入端的信号幅度小于该电路的等 效输入噪声，则信号会被“淹没”。因此须加前置放大器，调理电路前 端必须是低噪声前置放大器。
价格贵，小型测试系统中较少采用，在大型系统中使用较多。 总述：对于一些特殊的测量需要或特殊的工作环境，目前还
没有现成的传感器可供选用。或提出用户要求，找传感器厂家订 做，但批量小，价格高；或选择现有定型产品为基础，在其前面 设计一种敏感器或在其后设计一种转换器，从而组合成满足特定 测量需要的特制传感器。
对于一种被测量，常常有多种传感器可以测量。 可用于同一被测量的不同类型的传感器具有不同 的特点和不同的价格。在都能满足测量范围、精 度、速度、使用条件等情况下，应侧重考虑成本 低、相配电路是否简单等因素进行取舍，尽可能 选择性能价格比较高的传感器。以下介绍几种对 微机化测控系统有较大影响的传感器。
（1）大信号输出传感器
K0>1
答2：为了减小体积，调理电路中的滤波器大多采用RC有源滤波器，由 于电阻元件是电路噪声的主要根源，故RC滤波器产生的电路噪声比较 大。若将放大器置于滤波器后，滤波器的噪声将会被放大，使输出信 噪比降低。调理电路中放大器设置在滤波器前有利于减少电路的等效 输入噪声。由于电路的等效输入噪声决定了电路所能输入的最小信号 电平。因此减少电路的等效输入噪声实质上是提高了电路接受弱信号 的能力。
一、对传感器的主要技术要求
（1）能将被测量转换为后续电路可用电量，转换范围与实际变 化范围相一致。
（2）转换精度符合传感器要求的精度指标，一般要优于其10倍 左右，转换速度应符合整机要求。
（3）能满足被测介质和使用环境的特殊要求。 （4）能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
二、可供选用的传感器类型
（２）数字式传感器
1、数字式传感器，能把被测（模拟）量直接转换成 数字量输出的传感器。 2、数字式传感器特点：具有较高的测量精度和分辨 率、测量范围大；抗干扰能力强，稳定性好；信号 易于处理、传送和自动控制；安装方便，维护简单， 工作可靠性高。 3、数字式传感器分类：脉冲数字式（光、磁栅传感 器，感应同步器，角数编码器），数字频率式（振 荡器）
VIS VIN0
前置放大器 K0
后级电路 K
VIN
VOS VON
图2-1-7 前置放大器的作用
电路总输出噪声：
U 'on (U IN 0K 0K )2 (U IN K )2
等效输入噪声:
UI' NU K0 O 'K N UI2N 0(U K I0N)2
UIN
UI 2 N0
(UIN)2 K0
UIN0 UIN 1K102
第二章 测控通道（输入/输出通道）
2.1 模拟输入通道 2.2 模拟输出通道 2.3 开关量输入/输出通道 2.4 单元电路的级联设计
2.1 模拟输入通道 2.1.1 基本类型与组成结构
传感器
调理电路 采集电路
图2-1-1 信号输入通道的基本组成
至微机
多路模拟输入通道更具有普遍性。按照系统中数据采集电路是 各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为集中采 集式和分散采集式
小电压
传感器
小信号放大 信号修正与变换
小电流
传感器 大电流Leabharlann Baidu
传感器 大电流 I/V
滤波 A/D 计算机
光电 V/F 耦合 计算机
图2-1-4 大信号输出传感器的使用
变送器
1、变送器（英文：transmitter）是把传感器的输出信号转 变为可被控制器识别的信号（或将传感器输入的非电量转换 成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源）的转换 器。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。 2、变送器的种类很多，不同的物理量需要不同的传感器和 相应的变送器。用在工控仪表上面的变送器主要有温度变送 器、压力变送器、流量变送器、电流变送器、电压变送器等 等。 3、传感器是敏感元件，变送器是转换元件。
2.1.3 信号调理电路的参数设计和选择
在一般测量系统中信号调理的任务较复杂，除了小信号放大、滤 波外，还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量 程切换等，这些操作统称为信号调理，相应的执行电路称为信号调理 电路。
传感器 信号
前置放大 低通 陷波
高通
至采集 电路
图2-1-6 典型调理电路的组成框图