傳感器與接口電路

第2章傳感器與接口電路

2.1傳感器技術基礎2.2阻性傳感器的接口電路2.3容性傳感器的接口電路2.4電壓輸出型傳感器的接口電路2.5電荷輸出型傳感器的接口電路2.6電流輸出型傳感器的接口電路2.7新型傳感器的接口電路2.1傳感器技術基礎傳感器的分類傳感器的主要技術特性指標傳感器的選擇傳感器分類DS18B20傳感器的應用領域和工作原理

傳感器品種工作原理可被測定的非電學量敏力電阻，熱敏電阻(NTC，PTC)，半導體傳感器阻值變化力，質量，壓力，加速度，溫度，濕度，氣體電容傳感器電容量變化力，質量，壓力，加速度，液面，濕度感應傳感器電感量變化力，質量，壓力，加速度，旋進數(shù)，轉矩，磁場霍爾傳感器霍爾效應角度，旋進度，力，磁場壓電傳感器，超聲波傳感器壓電效應壓力，加速度，距離熱電傳感器熱電效應煙霧，明火，熱分布光電傳感器光電效應輻射，角度，旋轉數(shù)，位移，轉矩主要技術特性

靜態(tài)特性:輸入恒定時，輸出與輸入之間的關系。1.測量范圍與量程；2.線性度；3.靈敏度；4.靈敏度誤差；5.遲滯特性；6.重復性；7.分辨率；8.穩(wěn)定性與工作溫度范圍等。動態(tài)特性時域單位階躍響應性能指標頻域頻率特性性能指標。

指標與測試結果的關系某測試系統(tǒng)幅頻特性曲線傳感器的選擇根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型靈敏度的選擇頻率響應特性線性范圍穩(wěn)定性精度2.2阻性傳感器的接口電路電阻性傳感器----傳感器的輸出電阻和被測對象具有某種函數(shù)關系的一類傳感器。“*敏電阻”----“*”代表被測物理量的種類。如：“熱”、“濕”、“磁”、“光”。

Pt100，就是說它的阻值在0度時為100歐姆，負200度時為18.52歐姆，200度時為175.86歐姆，800度時為375.70歐姆。驅動電路電壓驅動、電流驅動、振蕩器驅動。2.2.1電壓驅動方式電壓驅動方式-----1、電橋轉換電路反（同）相單端輸入電橋放大電路δ電阻相對變化率優(yōu)點：增益與橋臂電阻無關，增益比較穩(wěn)定。缺點：電橋電源要浮置，uo與δ是非線性關系。差動輸入電橋放大電路缺點：電路存在非線性；R變化時，放大倍數(shù)不是常量；R的溫度系數(shù)與R1不一致時，增益也不穩(wěn)定；當共模電壓較大時輸入信號易被淹沒。適用于低阻值傳感器，測量精度要求不高的場合。差動輸入電橋放大電路2、差動輸入電橋放大電路線性電橋放大電路電路的量程較大，但靈敏度較低.3、線性電橋放大電路4、電壓放大器英文名稱：Endevco（美國）-恩德?？?/p>

成立于1947年，是一家研發(fā)和生產各種高端測量用傳感器及測試系統(tǒng)的資深軍工企業(yè)。其生產的傳感器及配套儀器在全世界被廣泛應用于各種研究開發(fā)領域，尤其是航空、航天、船舶、汽車、鐵路、石化、計量研究及其他多種領域。其產品的高性能、高可靠性、長期穩(wěn)定性、耐久性等方面舉世聞名，尤其在許多最尖端的測量領域和極端環(huán)境的測試領域。

在美國和歐洲，眾多世界著名的大公司都是其幾十年的合作伙伴，比如：NASA，GE，P&W，R.R，GOODRICH，NIST，PTB等，以及最著名的歐、美、日的汽車廠商均是其幾十年的用戶。2.2.2電流驅動方式恒流驅動原理實用恒流驅動前置放大器2.2.3振蕩器驅動方式

阻性傳感器與諧振電容可構成振蕩器，當阻性傳感器阻值發(fā)生變化時，對應振蕩器的輸出頻率（周期）也將發(fā)生變化，從A/D變換的意義上講，屬于R/F變換。R-------F2.3容性傳感器的接口電路—濕敏電容，力敏電容常用的驅動電路為振蕩器方式。差動式容性傳感器的接口電路2.4電壓輸出型傳感器的接口電路

電壓輸出型傳感器可以看作是具有一定內阻的電壓源，其前置放大器可參照電壓放大器的設計方法。熱電偶接口電路拾音磁頭接口電路2.5電荷輸出型傳感器的接口電路

電荷放大電路：電荷－電壓轉換電路主要特點測量靈敏度與電纜長度無關，方便遠距離測量?；驹磉\算誤差與開環(huán)電壓放大倍數(shù)成正比。

基本原理圖頻率特性：下限截止頻率為2.6電流輸出型傳感器的接口電路電壓-電流轉換器電流放大器2.7新型傳感器的接口電路集成化智能化ICP傳感器光纖傳感器

數(shù)字輸出傳感器

2.7.1ICP傳感器接口電路ICP(IntegratedCircuit-Piezoelectric)它采用現(xiàn)代集成電路技術將傳統(tǒng)的電荷放大器置于傳感器中，將高阻抗電荷轉換為低阻抗電壓輸出。優(yōu)點：不需要聯(lián)結電荷放大器，使用方便、靈活、特別適用于現(xiàn)場測試及在線監(jiān)測。精度高．不易受現(xiàn)場干擾，易于遠距離傳輸。不同量程傳感器的輸出范圍相同，對適配電路的電氣要求相同。

ICP傳感器系統(tǒng)示意圖美國PCB公司的ICP113B系列傳感器

2.7.2光纖傳感器的接口電路光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調制器，使待測參數(shù)與進入調制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質（如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調后，獲得被測參數(shù)。光纖傳感器組成

2.7.3數(shù)字輸出傳感器的接口電路

外部封裝形式傳感器電路圖DS18B20的特點測溫分辨率較高，直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號，和單片機配合使用可直接讀取溫度數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，溫度測量范圍為-55～+125℃?？删幊虨?位～12位轉換精度，分辨率設定參數(shù)以及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常