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本章学习的主要内容：

第七章 传感器信号的处理. 本章学习的主要内容：. 1 、 传感器信号的预处理. 2 、 测量放大器. 3 、 信号的调制与解调. 4 、 有源滤波器. 5 、 传感器信号的非线性校正. 6 、 A/D 转换器的选择. § 7 － 1 传感器信号的预处理. 一、数据采集系统的组成. 数据采集系统的典型构成. 数据采集系统包括：. 信号调理电路 : 放大器、滤波器等；. 多路模拟开关；. 采样 / 保持电路；. A / D 转换器；. 接口控制逻辑电路。. 1 ．信号调理电路.

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  1. 第七章 传感器信号的处理 本章学习的主要内容： 1、传感器信号的预处理 2、测量放大器 3、信号的调制与解调 4、有源滤波器 5、传感器信号的非线性校正 6、A/D转换器的选择

  2. §7－1 传感器信号的预处理 一、数据采集系统的组成 数据采集系统的典型构成

  3. 数据采集系统包括： • 信号调理电路:放大器、滤波器等； • 多路模拟开关； • 采样/保持电路； • A/D转换器； • 接口控制逻辑电路。

  4. 1．信号调理电路 • 把信号调整到符合A/D转换器工作所需要的数值（如放大、衰减、偏移等）； • 滤除信号中不需要的成分； • 把信号调整到进一步处理的需要，如线性修正电路、改善信噪比的“相加平均”电路等。

  5. 2．多路模拟开关 作用：让许多独立的模拟信号共享采样/保持电路和A/D转换等器件。

  6. 3．采样/保持电路（S/H电路） • A/D转换器的转换需要一定的时间。 • 提高系统的测量速度，采样时间越短越好； • 有良好的转换精度，保持时间越长越好。

  7. 采样保持原理 采样保持波形

  8. 4．A/D转换器 • 常用的A/D转换器是逐次逼近型和双斜积分型。 • A/D转换过程包括采样、量化和编码三个步骤。 5．接口电路及控制逻辑 • 接口电路的功能： • 实现逻辑电平、驱动能力的匹配等。 • 控制逻辑的功能： • 实现时序要求上的匹配。

  9. 性能参数： ①采样速率100kHz，16bit分辨率 ②输入通道：16单端/8差分模拟信号，可扩至256通道 ③14个可编程输入量程，最大可到20V ④可直接测试各种传感器信号 ⑤ 24路通用数字I/O，16路专用数字输入，可扩至208通道 Log2580系列现场独立智能数据采集系统

  10. Personal Daqs USB 接口数据采集器 CBook2000系列高 精度便携数据采集器

  11. Cerebus 多通道数据采集系统

  12. 二、传感器信号的预处理方法 1．传感器输出信号的特点 （1）有开关信号、模拟信号（电压、电流和阻抗 等）、数字信号等； （2）信号一般比较微弱； （3）输出阻抗比较高，会产生较大的信号衰减； （4）动态范围很宽； （5）输出与输入之间的关系有时是非线性的； （6）输出量会受温度的影响。

  13. 2．传感器信号的预处理方法 （1）阻抗变换电路 （2）放大电路 （3）电流电压转换电路 （4）频率电压转换电路 （5）电桥电路 （6）电荷放大器 （7）交－直流转换电路 （8）滤波电路 （9）非线性校正电路 （10）对数压缩电路

  14. §7－2 测量放大器 一、仪表放大器及选择 1．仪表放大器 仪表放大器原理图

  15. 不难证明这个电路的电压放大倍数为 调节R1可改变放大倍数。 放大器所采用的上述电路形式，是它具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移相互补偿以及输出不包含共模信号等一系列优点。

  16. 2．仪表放大器的选择 主要考虑下面几个性能： （1）低噪声 （2）高稳定性、低漂移 （3）高抗干扰性能 （4）高输入阻抗 （5）高共模抑制比 （6）高线性度 （7）适宜的频率特性

  17. 二、隔离放大器 主要功能： 在输入信号与输出信号之间提供优良的欧姆隔离，其中两个输入端是完全浮离的。 隔离集成运放各引线示意图

  18. 隔离方式主要采用电磁（变压器、电容）耦合和光电耦合，指标一般有以下几项： (1) 绝缘阻抗 (2) 绝缘电压范围 (3) 绝缘电压抑制比

  19. 主要应用场合： ⑴ 高共模电压场合，例如：电力环境的测量。 ⑵ 高电压隔离、漏电流极低，例如：医疗用监护仪。 ⑶ 对电子仪器提供保护，防止高压对仪器产生故障和损坏。 ⑷ 必须浮地连接的信号源，例如在低电平信号测量中避免地线环路和噪声的影响。

  20. 三、斩波放大器 单端输入斩波放大器的原理图

  21. 从广义说，“斩波放大器”实际是一种直流/交流、交流/直流转换的放大器，主要解决晶体管放大器放大直流信号时漂移大的问题。 ZF 241型斩波稳零运放接线图

  22. §7－3 信号的调制与解调 一、信号调制的概念 调幅 AM 调频 FM 调制 调相 PM 信号调制 解调

  23. 调幅AM原理动画演示

  24. 调频FM原理动画演示

  25. 调相PM原理动画演示

  26. 二、电桥调幅的原理 K—接法系数

  27. 当 时： 从信号调制角度说，电桥激励电压Ui是调制过程的载波，电桥的输入ΔR是调制过程的调制信号，电桥的输出Uo是调制过程的调制波。

  28. 三、电桥调幅波的解调 电桥调幅波的解调常用相敏检波器，其过程如下： • 调幅波经过相敏检波后，反映出调制信号的幅值和极性 。 • 再通过低通滤波器，可得到与信号一致，但放大了的信号，达到了解调的目的。

  29. 二极管相敏检波器的结构和输出、输入的关系

  30. （a）载波 （d）解调 （b）调制信号 （e）输出波 调制波在调制和 解调时各瞬时波形图 （c）调幅

  31. 四、应用举例 Y6D-3型动态应变仪调制过程各环节的波形

  32. §7－4 有源滤波器 有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。 有源滤波器 按性质分 无源滤波器 低通滤波（LPF） 高通滤波（HPF） 按通过的频率范围分 带通滤波（BPF） 带阻滤波（BEF）

  33. 各类滤波器的特性图

  34. 有源滤波器往往由多节串联。中心频率是各节中心频率的几何平均值，即： ， • 其中 ， • 代入得 ， • 令Ri的几何均值 ， • Ci的几何均值 ， 则

  35. 一、 有源带通滤波器（简称有源BPF） 有源带通滤波器的形式

  36. 1． 正反馈型 把无源BPF接入运放的正反馈回路中组成有源BPF 无源带通滤波器电路

  37. 属于哪类无源BPF？ 滞后－超前型有源带通滤波器电路

  38. 文氏电桥型有源带通滤波器电路

  39. 2．负反馈型 把无源BEF接入运放的负反馈回路中，组成有源BPF。 桥TІ 双T 桥TⅡ 无源带阻滤波器（ BEF ）电路

  40. T І型有源带通滤波器电路图

  41. 另外可直接由低通和高通串联组成带通。 二阶压控型BPF

  42. 二、有源带阻滤波器（简称有源BEF） 1．正反馈型 • 把无源BEF接入运放正反馈回路，组成有源BEF。 双 T 型有源BEF电路

  43. 2．负反馈型 把无源BPF接入运放的负反馈回路，组成有源BEF 文氏电桥型BEF电路

  44. 改进文氏电桥BEF电路 同样可由低通和高通并联得到带阻。

  45. 三、 有源低通滤波器（简称有源LPF） 一阶有源低通滤波器

  46. 超前－滞后BPF构成的两节有源LPF电路 有源LPF的滤波特性

  47. 四、有源高通滤波器（简称有源HPF） 滞后－超前BPF构成的两节有源HPF电路 有源HPF的滤波特性

  48. §7－5 传感器信号的非线性校正 要解决非线性问题，在模拟量自动检测系统中可采用三种方法： • 缩小测量范围，取近似值 ②采用非均匀的指示刻度 ③增加非线性校正环节

  49. 一、校正曲线的求取 为了避免作图过程中特性③进入第二或第四象限，作特性①时应适当地选取x、y坐标的比例尺。 校正特性的求取图

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