第三章 传感器检测及其接口技术(三)
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1、第七节第七节 传感器信号的处理传感器信号的处理一、小信号放大一、小信号放大 通常采用运算放大器（operational amplifier）实现。 常用运放：LM324，LM358，OP07，76501 1、反相比例放大器、反相比例放大器 uoR2 - +uiRfR11fioRRuuAR2为平衡电阻，R2=R1/Rf 特点：输入阻抗较小，近似为R1，输出阻抗也较小。 理想输入/输出阻抗：输入阻抗大，输出阻抗小。 电压增益为：2、同相比例放大器、同相比例放大器 特点：输入阻抗较大，而输出阻抗较小。 电压增益为： uoR2ui - +RfR1 电压跟随器：u0=ui 即A=1 特点特点：具有极高的
2、输入阻抗和低的输出阻抗，常用作阻抗变换器。1fio1RRuuAR2为平衡电阻，R2=R1/Rf ui +uo同相比例放大器同相比例放大器电压跟随器电压跟随器3 3、差动（分）放大器、差动（分）放大器n当 R1=R2，Rf=R3 时R2 - +uoRfR1ui1ui2R3ifiifouRRuuRRu1121 差动放大器的技术指标之一： 共模抑制比表示差分放大器对同时加到两个输入端上的共模信号的抑制能力。英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR来表示。 特点：特点：共模抑制比高，抗共模干扰能力强，但输入阻抗较低。通常用于双端输出的传感器，如应变片式称
3、重传感器。4、仪表（测量）放大器 右图为三个运放组成的测量放大器, 差动输入端U1和U 2分别是两个运算放大器(A1、A2)的同相输入端, 因此输入阻抗很高。采用对称电路结构,而且被测信号直接加入到输入端上,从而保证了较强的抑制共模信号的能力。A3实际上是一差动跟随器,其增益近似为1。测量放大器的放大倍数由下式确定：测量放大器原理图P53)1 (21120WfffURRRRRUUUA多圈电位器RWn AD522运算放大器： AD522主要可用于恶劣环境下要求进行高精度数据采集的场合。AD522具有低电压漂移(2V/)、低非线性(0.005，增益为100时)、高共模抑制比(110 dB, 增益为
4、1000时)、低噪声、低失调电压(当运放两输入为零时，输出具有一定数值，即失调电压Vos)等特点。 AD522的外围电路 AD522 的典型应用的典型应用P545、程控增益放大器、程控增益放大器 图示为一利用改变反馈电阻的办法来实现量程变换的可变换增益放大器电路。例如当开关S1闭合, S2和S3断开时, 放大倍数为：R3R2R1S3S2S1UoRUiR 选择不同的开关闭合，即可实现增益的变换。如果利用软件对开关闭合情况进行选择，即可实现程控增益变换。程控增益放大器原理图图RRAvf1 图示为AD521测量放大器与模拟开关4052（4选1两通道模拟开关）结合组成的程控增益放大器，通过改变其外接电
5、阻R的办法可实现增益控制。AD 5214052Uo7121310811123465UUD0D1R由AD521和模拟开关4052构成的程控增益放大器二、滤波二、滤波 在微机控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。 噪声主要有两大类：一类为周期性的，其典型代表为50Hz的工频干扰，对于这类信号，通过硬件滤波器可有效地消除其影响；另一类为非周期的不规则随机信号，对于随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。n1、滤波器的分类： 硬件（模拟）滤波 软件（数字）滤波n2、硬件滤波 根据选频作
6、用不同，可以分成四大类： （1）低通滤波器 （2）高通滤波器 （3）带通滤波器 （4）带阻滤波器 所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，因此它实际上是一个程序滤波。数字滤波器克服了模拟滤波器的许多不足，它与模拟滤波器相比有以下优点：P63 (1) 数字滤波器是用软件实现的，不需要增加硬件设备，也不存在阻抗匹配问题，可靠性高，稳定性好，成本低。 (2)数字滤波器可以对频率很低(如0.01 Hz)的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。 (3)数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。3
7、3、数字滤波数字滤波 （1 1）程序判断滤波法）程序判断滤波法 P65P65 工程实践表明，许多物理量的变化都需要一定的时间，相邻两次采样值之间的变化有一定的限度。程序判断滤波就是根据实践经验确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差X，若超出此偏差值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉；若小于此偏差值，可将信号作为本次采样值。 应用：当采样信号由于随机干扰，如大功率用电设备的启动或停止，造成电流的尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真等，可采用程序判断法进行滤波。 分类：程序判断滤波根据滤波方法的不同，可分为限幅滤波和限速滤波两种。常用的数字滤波方法如下：常用的数字滤波方法如
