智能测试仪器.ppt

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1、智能测试仪器设计智能仪器输入/输出通道及接口技术第二章智能仪器输入/输出通道及接口技术本章内容模拟量输入通道概述2.1传感器2.2放大器2.3模拟多路开关2.4采样/保持器2.5A/D转换器与微处理接口2.7本章内容A/D转换器2.6开关量输入通道2.8模拟量输出通道2.9开关量输出通道2.101.模拟量输入通道3.A/D和D/A重点：2.传感器，放大器2.1模拟量输入通道概述模拟量输入通道将实际存在的电压、电流、声音、图像、温度、压力等连续变化的模拟信号进行放大、滤波、隔离等处理，将其转换成计算机能接收的逻辑信号的电路称为模拟量输入通道。从被转换

2、模拟信号的数量及要求看模拟量输入道有单通道结构和多通道结构1.单通道结构当被测信号只有一路时采用单通道结构传感器信号调理电路S/HA/DCPU图2.1单通道结构2.多通道结构当被测信号有多路时采用多通道结构分类并行结构和共享结构A1S/HS/HCPUS/HA/DA/DI/OI/OI/OA/DA2An…………2.2多通道并行结构(1)多通道并行结构A1（a）共享S/H和A/D的多通道结构A/DS/H模拟多路开关I/O接口A2An…(2)多通道共享结构CPU共享S/H和A/D共享A/DA1A/DS/H模拟多路开关I/O接口A2…CPUS/HAnS/H（

3、b）共享A/D的多通道结构传感器（Sensor/Transducer）是指能把物理化学量转变成便于利用和输出的电信号，用于获取被测信息，完成信号的检测和转换的器件。其性能直接影响整个仪器的性能。按转换原理分类物理传感器和化学传感器物理传感器应用压电、热电、光电、磁电等物理效应将被测信号的微小变化转换成电信号特点可靠性好、应用广泛2.2传感器2.2.1传感器的分类化学传感器应用化学吸附、电化学反应等现象将被测信号转换成电信号特点可靠性、规模生产的可能性、价格等因素的影响按用途分类力敏传感器、位置传感器、液面传感器、速度传感器、热敏传感器、射线辐射传感

4、器、振动传感器、湿敏传感器、气敏传感器、生物传感器等按输出信号分类模拟传感器、数字传感器和开关传感器2.2.2传感器的选用原则在实际选用传感器时可根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境等因素合理选用，主要应考虑以下两个方面：1.传感器的类型由于同一物理量可能有多种原理的传感器可供选用，可根据被测量的特点、传感器的使用条件如传感器的量程、体积、测量方式（接触式还是非接触式）、信号的输出方式、传感器的来源（国产还是进口）、价格等首先考虑选用何种原理的传感器。2.传感器的性能指标(1)线性范围传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。传感器的线性范围

5、越宽，量程越大，在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。在量程范围内，灵敏度在理论上应保持定值，并且保证一定的测量精度。(2)精度传感器精度越高，价格越昂贵。选用传感器时，如果测量目的是定性分析，选用重复精度高的传感器即可，不必选用绝对精度高的传感器；如果是定量分析，需要获得精确的测量值，可选用精度等级能满足要求的传感器。(3)灵敏度通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。但传感器灵敏度提高，混入被测量中的干扰信号也会被放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号

6、。(4)稳定性传感器的性能不随使用时间而变化的能力称为稳定性。传感器的结构和使用环境是影响传感器稳定性的主要因素。应根据具体使用环境选择具有较强环境适应能力的传感器，或采取适当措施减小环境的影响。(5)频率响应特性在允许频率范围内保持不失真的测量条件下，传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感器的频率响应特性好，可测的信号频率范围宽。实用中传感器的响应总有—定延迟，延迟时间越短越好。智能仪器常工作于恶劣环境中，要求放大电路兼有高输入阻抗、高共模抑制比、低功耗等特性。程控放大器、测量放大器、隔离放大器等是智能仪器中常用的放大器。2.3.1程控

7、放大器可变增益放大器。智能仪器含有微处理器，用内置的程序控制放大器的增益称为程控增益放大器（Programmable-GainAmplifer），简称程控放大器(PGA）。2.3放大器Amplifier分类程控反相放大器、程控同相放大器等（1）程控反相放大器由理想运放条件，有2.4反相放大电路2.5反相程控放大电路如图2.5所示，虚线框为模拟开关，模拟开关的闭合位置受控制信号C1、C2的控制，反馈电阻又随开关位置而变，从而实现放大器的增益由程序控制。当放大倍数小于1时，程控反相放大器构成程控衰减器。(2)程控同相放大器2.6同相放大电路图2.6为一

8、般同相放大器的基本原理，类似的可导出同相放大器的增益。改变Rf或R1，同样可改变放大器的增益，但同相放大器只能构成增益放大