传感器接口电路与信号处理

《传感器接口电路与信号处理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第7章传感器接口电路与信号处理7.1电桥电路7.2放大电路7.3噪声干扰的抑制7.4调制与解调电路7.5D/A、A/D转换电路及接口第7章传感器接口电路与信号处理传感器接口与信号处理电路是检测系统一个非常重要的环节，其性能直接影响到整个系统的测量精度和灵敏度。在实际应用中，传感器接口与信号处理电路主要用于传感器信号检测和信号预处理，并起连接作用。传感器接口与信号处理电路的选择是根据传感器输出信号的特点及用途来确定的。不同传感器有不同的输出信号，而且，这些输出信号很微弱，并与输入的被测量之间一般呈非线性关系，为了获取有效的信息或数据，因而需

2、要的接口与信号处理电路也各不相同。本章仅对一些重要的接口与信号处理电路加以介绍。返回7.1电桥电路7.1.1电桥的分类电桥的分类方法有多种，按电桥采用电源的不同，可分为直流电桥和交流电桥;按电桥的工作方式的不同，可分为平衡电桥和不平衡电桥;按电桥被测电阻接入方式的不同，可分为单臂电桥、双臂电桥和全桥平衡电桥的应用是基于零位测量法。电桥平衡则输出为零，否则输出则不为零，这时可以通过调节电桥比较臂电阻的大小使电桥重新达到平衡，然后根据电桥平衡条件，计算出被测量的变化。不平衡电桥的应用是基于偏差测量法。电桥平衡则输出为零，否则输出量不为零，这时

3、输出量的大小反映了被测量的变化情况。下一页返回7.1电桥电路7.1.2电桥的工作原理及主要性能指标电桥电路的主要性能指标有输出特性、非线性误差和灵敏度，下面具体讨论有关电桥的工作原理和这几项性能指标。直流电桥直流电桥的基本形式如图7-1所示。图中R1，R2，R3，R4为电桥的桥臂电阻，RL为其负载。当RL趋于无穷时，电桥的输出电压UO用公式表示为:上一页下一页返回7.1电桥电路1)直流电桥的平衡条件。当电桥平衡时，UO=0，可以得到电桥平衡的条件，即:R1R2=R3R42)直流电桥的不平衡状态。直流电桥的不平衡状态有三种形式，即单臂电桥、

4、双臂电桥和全桥。①单臂电桥就是电桥中一桥臂为传感器，其余为固定值。假设只有R1是传感器，工作时其阻值变化为△R，这时电桥的输出电压可用公式表示为:上一页下一页返回7.1电桥电路当满足条件R1=R2=R3=R4，且R0>>△R1时，电桥的理想输出为:从上式可以看出，单臂电桥的理想输出与工作桥臂电阻的变化率为线性关系。但这一线性关系是在一定条件下的近似，其输出结果与电桥的实际输出之间存在一定的误差，这个误差称为非线性误差。电桥的灵敏度是指电桥的输出电压与被测电阻的变化率之间的比值。用公式表示为:上一页下一页返回7.1电桥电路②双臂电桥就是电桥

5、中两相邻桥臂为传感器，其余为固定值。如图7-1所示为R1，R2传感器，并且满足条件R1=R2=R3=R4=R0，同时△R1=-△R2=△R0，则该电桥的输出为上式表明，电桥的实际输出与电阻变化率成线性关系，则说明该电桥无非线性误差。又由于该电桥的输出电压比单臂电桥输出电压提高一倍，则电桥的灵敏度也提高一倍。上一页下一页返回7.1电桥电路③全桥就是电桥的四个臂均为传感器。如图7-1所示，若满足R1=R2=R3=R4=R0，同时△R1=-△R2=△R4=-△R3=△R0，则该电桥的输出为:从上式可见，全桥输出电压是单臂电桥输出的电压的四倍，是

6、双桥输出电压的两倍;全桥的灵敏度也是单臂电桥灵敏度的四倍，是双桥灵敏度的两倍，而且无非线性误差。上一页下一页返回7.1电桥电路2.交流电桥交流电桥的工作电源为交流。把图7-1中的直流电源换成交流电源ui，它的四个桥臂换成电阻、电感、电容等任意组合的复阻抗Z1，Z2，Z3，Z4，根据直流电桥的分析方法，得交流电桥的输出电压为:1)交流电桥的平衡条件。交流电桥的平衡条件分析与直流电桥平衡条件分析相似，可以知道其平衡条件为:Z2Z3=Z1Z4上一页下一页返回7.1电桥电路2)交流电桥的不平衡状态。交流电桥的不平衡状态与直流电桥的不平衡状态相似，

7、也有三种形式，即单臂电桥、双臂电桥和全桥。单臂交流电桥的输出电压为:双臂交流电桥的输出电压为:全桥交流电桥的输出电压为:上一页返回7.2放大电路传感器的输出信号一般比较微弱，因而在大多数情况下都需要放大电路。放大电路主要用来将传感器输出的信号进行放大处理，为检测系统提供高精度的输入信号，对检测系统的精度起着关键作用。目前，检测系统中的放大电路，除特殊情况外，一般都采用运算放大器构成。常用的运算放大器有反相放大器、同相放大器和差动放大器等。下一页返回7.2放大电路7.2.1反相放大器如图7-2是反相放大器的基本电路。输入电压通过电阻R1，加

8、到反相输入端，同相输入端接地，输出电压通过电阻RF反馈到反相输入端，反相放大器的输出电压可表示为:负号表示输出电压与输入电压反相，其放大倍数取决于RF与R1的比值大小，具有很大的灵活性，因此反