第2章信號處理電路ppt課件

1、第二章第二章 信號處置電路信號處置電路教學內容教學內容v1直流電橋和交流電橋各有何特點？適用于何種直流電橋和交流電橋各有何特點？適用于何種檢測？檢測？v2電阻應變片接入電橋有哪三種接法？請畫出電電阻應變片接入電橋有哪三種接法？請畫出電路，并說明其特征。路，并說明其特征。v3請畫出三運放儀表放大電路，寫出其放大倍數(shù)請畫出三運放儀表放大電路，寫出其放大倍數(shù)v4.請畫出四種濾波器的電路和幅頻特性圖。請畫出四種濾波器的電路和幅頻特性圖。v5針對不同的干擾，可采用哪些抗干擾的措施？針對不同的干擾，可采用哪些抗干擾的措施？v6.常用的隔離技術有哪些？常用的隔離技術有哪些？二二. 根本知識根本知識2.2.1

2、 電橋電路 電橋有直流電橋和交流電橋。直流檢測系統(tǒng)圖 直流檢測系統(tǒng)主要用于檢測純電阻的變化，如電阻應變儀、熱電阻溫度計等，也可用于檢測直流電壓的變化，如熱電偶測溫儀表等。 交流檢測系統(tǒng)交流檢測系統(tǒng) 交流檢測系統(tǒng)主要用于檢測阻抗變化的傳感器，振蕩頻率通常在50Hz20KHz。用于電容式傳感器，振蕩頻率可達0.5MHz。2.2.1電橋電路直流電橋URRRRRRRRUUUcdab)(432132410假設U0=0時，電橋平衡。假設R1=R2=R3=R4，稱為等臂電橋，電橋有一個電阻變化，那么電橋失去平衡。)()()(44332211332244110RRRRRRRRRRRRRRRRU 電阻應變片接入

3、電橋有三種接法：。電阻應變片接入電橋有三種接法：。1單臂工作電橋單臂工作電橋單臂工作電橋的一個電阻變化，單臂工作電橋的一個電阻變化，即即R10，假如是等臂電橋，其，假如是等臂電橋，其余各臂為固定電阻，余各臂為固定電阻，R2=R3=R4=0，代入式，代入式2-6得：得： RRUU1042雙臂工作電橋雙臂工作電橋假設等臂電橋的兩個臂接入應變假設等臂電橋的兩個臂接入應變片，其中一個應變片受壓，另片，其中一個應變片受壓，另一個應變片受拉，即一個應變片受拉，即R1=-R2，其余兩個為固定電阻，其余兩個為固定電阻，即即R3=R4=0，代入式，代入式2-6得：得： RRURRRUU12102)(44321R

4、RRRRRUU103全橋工作電橋假設等臂電橋的四個橋臂都為應變片，且代入式2-6得： 結論：全橋的工作方式靈敏度最高，輸出電壓最大。直流電橋的優(yōu)點是：直流電橋的優(yōu)點是：1所需的高穩(wěn)定度直流電源較易獲得；所需的高穩(wěn)定度直流電源較易獲得；2電橋輸出電橋輸出U0是直流，可以用直流儀表丈量；是直流，可以用直流儀表丈量；3對從傳感器至丈量儀表的連接導線要求較低；對從傳感器至丈量儀表的連接導線要求較低；4電橋的平衡電路簡單。電橋的平衡電路簡單。直流電橋的缺點是：直流電橋的缺點是：1直流放大器比較復雜，直流放大器比較復雜，2易受零漂和接地電位的影響。易受零漂和接地電位的影響。交流電橋1交流電橋的平衡條件 交

5、流電橋的四個橋臂分別用阻抗Z1、Z2、Z3、Z4表示，它們可以是電感值、電容值或電阻值，其輸出電壓也是交流。設交流電橋的電源電壓為： tUumsin tUZZZZZZZZUZZZZZZZZUmsin)()(43214231432142310交流電橋輸出電壓4321ZZZZ交流電橋的平衡條件：2電阻交流電橋電阻交流電橋單臂電阻交流電橋單臂電阻交流電橋 tUZZUZZUmsin41410工程二工程二 單臂、雙臂和全橋電橋實驗單臂、雙臂和全橋電橋實驗3電感電橋電感電橋二、根本知識ZZUURRRUZZZU22112110 交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈的電感相對變化量成正比。 工程二工程二 單臂、雙臂

6、和全橋電橋實驗單臂、雙臂和全橋電橋實驗4電容電橋電容電橋ZZUURRRUZZZU22112110CCUU20橋臂接入電容時，公式為：從上式可知：交流電橋的輸出電壓與傳感器的電容相對變化量成正比。5變壓器電橋電路UU/2U/2iz1z2U0ZZUUZZZUUZIU22222120 用差動式電容傳感器組成電橋相鄰兩臂，當負載阻抗為無窮大時，電橋的輸出電壓為：212102CCCCUU假設電容為變間隙式，上式變?yōu)?0UU結論：結論： 在電源鼓勵電壓恒定的情況下，電橋輸出電在電源鼓勵電壓恒定的情況下，電橋輸出電壓與電容傳感器輸入位移成正比。由于在該輸出壓與電容傳感器輸入位移成正比。由于在該輸出電壓無法反

7、映位移的方向，相敏檢波電路可識別電壓無法反映位移的方向，相敏檢波電路可識別方向。所以輸出電壓必需經(jīng)后續(xù)放大并經(jīng)相敏檢方向。所以輸出電壓必需經(jīng)后續(xù)放大并經(jīng)相敏檢波和濾波后可由指示表顯示位移的方向和大小。波和濾波后可由指示表顯示位移的方向和大小。 2.2.2 信號放大電路信號放大電路1、差動放大器、差動放大器 差動放大器是一種零點漂移非常微小的直流放大器，它常作為多級直流放大器的前置級，用以放大很微小的直流信號或緩慢變化的交流信號。課堂練習：請畫出三運放儀表放大電路 工程二工程二 單臂、雙臂和全橋電橋實驗單臂、雙臂和全橋電橋實驗2、電荷放大器、電荷放大器 電荷放大器用于放大壓電傳感器的輸出信號。電

8、荷放大器用于放大壓電傳感器的輸出信號。電荷放大器是一個具有反響電容電荷放大器是一個具有反響電容C1的高增益運算的高增益運算放大器電路。它把壓電傳感器的輸出信號放大并放大器電路。它把壓電傳感器的輸出信號放大并將高輸出阻抗變換成低阻抗輸出，輸出電壓與輸將高輸出阻抗變換成低阻抗輸出，輸出電壓與輸入電荷成正比。入電荷成正比。 Ca 為壓電傳感器的等效電容，為壓電傳感器的等效電容，Cc為連接電纜為連接電纜的等效電容，的等效電容，Ci為電荷放大器的輸入電容，為電荷放大器的輸入電容，Cf為反為反響電容，響電容，Rf為反響電阻。電荷放大器的輸出電壓為：為反響電阻。電荷放大器的輸出電壓為： )1(0ACCCCq

9、AUfica 當放大器開環(huán)增益A和輸入電阻R、反響電阻Rf相當大，A1時，放大器的輸出電壓U0正比于輸入電荷q，反比于反響電容Cf，即： fCqU0信號濾波電路：信號濾波電路：作用：傳感器輸出的信號通常要進展濾波，濾去不用要作用：傳感器輸出的信號通常要進展濾波，濾去不用要的高頻或低頻信號，或要獲得某特定頻段的信號。的高頻或低頻信號，或要獲得某特定頻段的信號。 類型：類型：低通濾波器：通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號低通濾波器：通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號 高通濾波器：允許高頻信號通過，抑制或衰減低頻信號高通濾波器：允許高頻信號通過，抑制或衰減低頻信號 帶通濾波器：允許通過某一頻段的信號，而

10、在此頻段兩帶通濾波器：允許通過某一頻段的信號，而在此頻段兩端以外的信號將被抑制或衰減端以外的信號將被抑制或衰減 帶阻濾波器：容許頻率低于某一頻段的下限截止頻率和帶阻濾波器：容許頻率低于某一頻段的下限截止頻率和高于上限截止頻率的信號的通過高于上限截止頻率的信號的通過 課堂練習：請畫出四種濾波器的幅頻特性圖 2.2.4信號轉換電路信號轉換電路1、電壓與電流轉換、電壓與電流轉換 目前實現(xiàn)目前實現(xiàn)05V、010V電壓、電壓、010mA、420mA電流的轉換，可采用集成電壓電流的轉換，可采用集成電壓/電流轉電流轉換電路來實現(xiàn)，如換電路來實現(xiàn)，如AD693、AD694、XTR110等。等。 2、電壓與頻率

11、轉換、電壓與頻率轉換 有些傳感器敏感元件輸出的信號為頻率信號，如有些傳感器敏感元件輸出的信號為頻率信號，如渦輪流量計，有時為了和其他規(guī)范信號接口顯示儀渦輪流量計，有時為了和其他規(guī)范信號接口顯示儀表配套，需要把頻率轉換成電壓。表配套，需要把頻率轉換成電壓。 2.2.5抗干擾技術抗干擾技術干擾源：干擾源：1機械干擾機械干擾2濕度與溫度干擾濕度與溫度干擾3電磁感應電磁感應4靜電感應靜電感應5不同地電位引入的干擾不同地電位引入的干擾抗干擾的措施：抗干擾的措施：1、機械干擾：可選用專用減振彈簧或吸振海綿來、機械干擾：可選用專用減振彈簧或吸振海綿來降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動的能量。降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸

12、收振動的能量。2、濕度與濕度干擾：、濕度與濕度干擾：(1在設計檢測電路時，盡量選用低溫漂元件。在設計檢測電路時，盡量選用低溫漂元件。 (2在電路中考慮采取軟、硬件溫度補償措施。在電路中考慮采取軟、硬件溫度補償措施。(3盡量采取低功耗、低發(fā)熱元件。盡量采取低功耗、低發(fā)熱元件。(4選用的元器件規(guī)格要有一定的余量。選用的元器件規(guī)格要有一定的余量。(5儀器的前置級應盡量遠離發(fā)熱元件儀器的前置級應盡量遠離發(fā)熱元件(6加強散熱加強散熱3、抗電磁干擾：、抗電磁干擾：1串模干擾的抑制串模干擾的抑制1信號導線扭紋：把信號導線扭紋在一起能使信號導線扭紋：把信號導線扭紋在一起能使信號回路包圍的面積大為減少。信號回路

13、包圍的面積大為減少。 2屏蔽：靜電屏蔽、低頻磁屏蔽、電磁屏蔽屏蔽：靜電屏蔽、低頻磁屏蔽、電磁屏蔽3濾波技術濾波技術 靜電屏蔽：用銅或鋁等導電性良好的金屬為資料制作成封閉靜電屏蔽：用銅或鋁等導電性良好的金屬為資料制作成封閉的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，使外部干擾電場的電力場不影響內部的電路。使外部干擾電場的電力場不影響內部的電路。 低頻磁屏蔽：是用來隔離低頻磁場和固定磁場耦合干擾的有低頻磁屏蔽：是用來隔離低頻磁場和固定磁場耦合干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽場對低頻磁場不起隔離作用，效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽場對低頻

14、磁場不起隔離作用，必需采用高導磁資料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線從磁必需采用高導磁資料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使低頻磁屏蔽內部的電路免受低阻很小的磁屏蔽層上通過，使低頻磁屏蔽內部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。頻磁場耦合干擾的影響。 電磁屏蔽：也是采用導電良好的金屬資料做成屏蔽罩、屏蔽電磁屏蔽：也是采用導電良好的金屬資料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被維護的電路包圍在其中。干擾源產(chǎn)生盒等不同的外形，將被維護的電路包圍在其中。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場遇到導電良好的電磁屏蔽層時，就在其外外表感的高頻磁場遇到導電良好的電磁屏蔽層時，就在其外外表感應出同頻率的電渦

15、流，從而消耗了高頻干擾源磁場的能量。應出同頻率的電渦流，從而消耗了高頻干擾源磁場的能量。 2共模干擾抑制共模干擾抑制 防止共模干擾通常采用的措施有：接地和光電隔離。防止共模干擾通常采用的措施有：接地和光電隔離。1接地技術：一點接地原那么接地技術：一點接地原那么系統(tǒng)兩點接地系統(tǒng)一點接地傳感器信號源傳感器外殼接地點屏蔽層接地信號傳輸線大地電位差二次儀表外殼接地點計算機接地點計算機主板)數(shù)字量在二次儀表側接地中，大地電位差UNi引起的干擾環(huán)流從A點動身，經(jīng)Ci3及Ci4信號線對傳感器金屬外殼的分布電容Zs1、Zg(信號線內阻)Zi1、Ci1及Zu、Cu(二次儀表對地阻抗) A/D板的公共參考端GND

16、C點和B點。由于Ci1、Cu、Ci3及CA容量均很小，因而大地環(huán)流很小，具有較高的抗干擾才干。 2隔離技術隔離技術隔離變壓器供電：隔離變壓器供電：使用隔離變壓器應將一次側、二次側繞組屏蔽，二次側繞組屏蔽與中間抽頭相連接，隔離變壓器與線路之間的互相連接線包括屏蔽線(因為這些屏蔽線是處在信號屏蔽的延伸之中)必需完全封閉。光耦合技術光耦合器電路2電路1 輸入量是電流，當電流流入發(fā)光二極管，它即發(fā)射紅外光，光敏元件受紅外光照射后產(chǎn)生相應的光電流，實現(xiàn)了以光為媒介的電信號的傳輸。 光耦合器在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大進步信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加

17、計算機工作的可靠性。2.2.6顯示儀表顯示儀表模仿式儀表：有動圈式儀表，它價格低，易于維護，模仿式儀表：有動圈式儀表，它價格低，易于維護，精度可達精度可達1.0級，與各種敏感元件和傳感器、變級，與各種敏感元件和傳感器、變送器配合，廣泛用于溫度、壓力、成分、物位等送器配合，廣泛用于溫度、壓力、成分、物位等非電量的丈量。非電量的丈量。 數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表應用：丈量物體的長度，對運轉的轉軸等測線速、應用：丈量物體的長度，對運轉的轉軸等測線速、轉換，對流水線上的產(chǎn)品個數(shù)可實現(xiàn)計數(shù)。轉換，對流水線上的產(chǎn)品個數(shù)可實現(xiàn)計數(shù)。 CH系列 HM系列教學內容教學內容v1直流電橋和交流電橋各有何特點？適用于何種直流電橋和交流電橋各有何特點？適用于何種檢測？檢測？v2電阻應變片接入電橋有哪三種接法？請畫出電電阻應變片接入電橋有哪三種接法？請畫出電路，并說明其特征。路，并說明其特征。v3請畫出三運放儀表放大電路，寫出其放大倍數(shù)請畫出三運放儀表放大電路，寫出其放大倍數(shù)v4.請畫出四種濾波器的電路和幅頻特性圖。請畫出四種濾波器的電路和幅頻特性圖。v5針對不同的干擾