6检测系统信号处理

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1、第6章检测系统信号处理一．信号变换电路1．测量放大器+Ui1测量放大器只对差模信号Ui=Ui1-Ui2-R1R1放大，对共模干扰Ucm=Ui1=Ui2输出为0。R1它由2个同相放大器对称构成差动输入，-因此输入阻抗极高，使传感器输出的被UiR2R1测信号不致衰减。输出级采用电压负反+Uo馈的反相跟随器，输出阻抗很小，保证-R1R1输出信号的准确度。Ui2⎛⎞2R1+uuoi=−+⎜⎟1,ui=ui12−uiR⎝⎠2图6－1测量放大器常用的低功耗测量放大器如LH0036C，Ri=300MΩ,CMRR=

2、100dB,增益可1～1000，工作电压范围1～18V。其2脚在要求漏电流和输入电容极小时用作屏蔽端。AD521/AD522Ri=3MΩ,CMRR=120dB,增益可1～1000，工作电压范围1～18V，管脚排列相同，不同之处是AD522有一个数据地(13脚)，用于连接输入信号线的屏蔽层以减少外电场对输入信号的干扰。2．程控放大器PGA(ProgrammableGainAmplifier)CY0R0放大器的增益可以按照计算机的程序B设定而自动改变的线性放大器称为程控放A大器。由于各种传感器提供的信号

3、电压变CD化范围不同，有的在mV级，而有的则在几伏范围内变化。如要求它们共用一个放4051B大器，这个放大器必须具有随传感器的切换而改变放大倍数的功能，可以由采样程COM序和逻辑控制电路来实现放大器增益的实Y7R7时调整。图6－2是一种程控放大器原理图。CD4051B是8选1模拟开关，由微处R-理器发出控制信号至CBA，切换到八路反Ui馈电阻中的一路。当CBA=000,选通0通道，Af=-R0/R;当CBA=007,选通7通道，Af=-+UoR7/R;余类推。运放也可采用测量放大器。图6－2程控放大

4、器3．隔离放大器特点是输入输出电路没有电气直接连接，模拟信号的传输通过磁路耦合或光路耦合实现。它不仅具有通用放大器的线性放大功能，而且输入部分的电源和公共地与输出部分的电源和公共地相互隔离，各自独立。两者有着良好的绝缘性能，这有力的抑制了信号通路和电源回路中干扰信号的传递，保证了微机系统的安全和可靠性。图6－3（a）是隔离放大器电路符号。6－1隔离放大器的结构一般由输入放大电路、信号耦合电路、输出放大电路和隔离电源等基本部分组成。（b）是磁耦合隔离放大器原理图。被测信号经输入放大器A1放大后，经调制

5、器调制成一定频率的调幅信号，由变压器T1耦合到付方，经解调进入输出放大器，变压器原方所有电路的电源及公共地，与付方所有电路的电源及公共地是由变压器T2完全隔离的。Ui1调T1解A2＋ER2R3R4+E’--制调+A1NUi2+UoR1器器-VD2-A1M++UiUoVD1A2T2i1Ucc电源整流L2+-Gnd变送稳压L1i2Uss器器-E’-E输入部分输出部分(a)(b)(c)图6－3隔离放大器（a）电路符号（b）磁耦合(c)光耦合（c）为光耦合隔离放大器原理图。输入信号Ui经A1变换成发光二极管

6、VD2中电流变化量，使之产生光通量变化，并耦合到光敏三极管，使集电极电位变化，经A2放大后输出Uo。定量分析Ui与Uo的关系。在M和N点处电流方程式为：'EUiUoEiiG212ii=+,=+。光耦L1和L2传输系数GG1,==2,i=i=Ki.12211RRRRiiG12143dd式中K＝G2/G1称为光耦合隔离放大器的耦合常数，取决于两个光耦器件性能。由i2=Ki1得''UoE⎛⎞EUi⎛R⎞⎛⎞EE4+=KU⎜⎟+,o=⎜K⎟Ui+R4⎜K−⎟。若使E=E’,R2=KR3,则R43RR⎝⎠2R

7、1⎝R1⎠⎝⎠R2R3R4Uo=KUi。Uo与Ui成线性关系，改变R1和R4的比值即可调节隔离放大器的增益。R1应特别指出，电源E和E’必须用两个独立电源供电，输入回路的公共地和输出回路的公共地也必须各自独立。采用DC/DC变换器较为简便。光耦合隔离放大器的频带宽度取决于光耦合器件L1和L2的频带宽度，因此严格挑选光耦合器件特性参数是必要的。二．模拟信号的数字化处理技术模数转换A/D中，模拟量经采样、保持、量化和编码，变为数字量，便于计算机处理。*采样是将一个连续的时间函数f(t)，用离散时间函数f

8、(t)表示，即连续信号用一组相等时间间隔的信号瞬时值表示。为保证一定精确度，采样频率应大于信号所包含的最高频率的2倍。模数转换需要一定时间，在此时间内，所采样的电压值应保持不变。数字化是将被采样的模拟信号划分成一定数目的离散电平，称为量化。将被采样值用最接近的离散电平的幅值表示，在将量化后的离散电平用二进制数表示，称为编码。量化单位Δ是二进制数码最低有效位所N对应的模拟量数值。Δ＝（模拟量的满量程值）/2,N是A/D代码的位数。1．采样保持器LF3986－2V+2AD