信号转换过程
信号转换过程
一：电脑信号。
操作台的电脑（称为计算机模拟信号）通过计算机接口的输入口进行信号增益增强，计算机接口的输出VGA口接入到图像处理器的输入口（VGA口），经过图像处理器转换成DVI 信号输出到DLP大屏幕
二：视频信号。
从视频矩阵过来的复合模拟信号进入到图像处理器的BNC 输入口，经过图像处理器处理转化成DVI数字信号输出到DLP大屏幕。
光电检测名词解释题集
1、响应度 响应度（或称灵敏度）：是光电检测器输出信号与输入光功率之间关系的度量 2、信噪比 是负载电阻上信号功率与噪声功率之比 3、光电效应 光电效应：光照射到物体表面上使物体的电学特性发生变化 4、亮电流 光敏电阻两端加电压（直流或交流）。无光照时，阻值很大，电流（暗电流）很小；光照时，光生载流子迅速增加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流 5、光电信号的二值化处理 将光电信号转换成“0”或“1”数字量的过程称为光电信号的二值化处理 6、亮态前历效应 (亮态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象 7、热释电效应 在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应 8、暗态前历效应 暗态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢 9、坎德拉(Candela,cd) 发光频率为540×10Hz的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683Wsr-1时，在该方向上的发光强度为1cd 10、外光电效应 当光照射某种物质时，若入射的光子能量hv足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这种现象称为光电发射效应，又称外光电效应。 11、量子效率 一定波长的光子入射到光电阴极时，该阴极所发射的光电子数与入射的光子数之比值 12、象增强管 把微弱的辐射图像增强到可使人直接观察的真空光电成像器件。 13、本征光电导效应 本征半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带，产生本征吸收，导带中产生光生自由电子，价带中产生光生自由空穴，使得材料的电导率发生变化的现象
光电检测期末复习
复习题 1、光电检测系统通常主要由光学变换、光电转换、电信号处理三部分组成。 2、在环境亮度大于102时,最强的视觉响应在光谱蓝绿区间的555 处。 3、光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。由于其引入了电子倍增机构，因此具有灵敏度高、响应时间快等特点，常被使用。 4、指的是帧转移型 5、发光二极管()是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。其发光机理可以分为结注入发光_、_异质结注入发光。 6、光电池的结工作在零偏状态，它的开路电压会随光照强度的增加而增加。 7、对于辐射源来说，光通量（光功率）定义为单位时间内向所有方向发射的可见光能量。 8、激光的形成必须具有工作物质、泵浦源、光学谐振腔。 9、入瞳位于无限远，物方主光线平行于光轴的光学系统称为物方远心光路，此光路克服了调焦不准带来的测量误差，常用于瞄准、读数和精密测量。 10、短焦物镜用于拍近距离物体，焦距越短，视场角越大，因此也称为广角物镜。 11、载光电耦合器件既具有光电耦合特性，又具有隔离特性
12、三种典型光子效应是指光电发射效应、光电导效应和光伏效应。 1 / 14 13、光敏电阻的工作原理是光照产生光生载流子，使其电阻值急剧减小。 14、与其它器件相比，最突出的特点是它以电荷作为信号，而其他大多数器件是以电流或者电压作为信号。 15、依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。 16、由于光源发光的各向异性，许多光源的发光强度在各个方向 是不同的。若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度相同的点连线，得到该光源在该截面的发光强度曲线，称为配光曲线。 17、人眼按不同照度下的响应可分为明视觉、暗视觉。 18、降压使用对于光电测量用的白炽灯光源十分重要，因为灯泡寿命的延长将使系统的调整次数大为减少，也提高了系统的可靠性。 19、出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心的光路被称为像方远心光路，它用于大地测量中测距，能大大提高测距精度。 20、集光镜将光源成像到聚光镜的前焦面上，孔径光阑位于聚光镜的物方焦面上，组成像方远心光路，视场光阑被聚光镜成像到物面上，称为远心柯勒照明。 1、光子效应
信号调理电路资料
摘要 信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等。信号调理将把数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。 关键词：放大器，传感器，滤波，信号采集
1设计任务描述1.1设计题目：信号调理电路 1.2设计要求 1.2.1设计目的 （1）掌握传感器信号调理电路的构成，原理与设计方法（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法 1.2.2基本要求 （1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值 （2）信号的频率范围在50Hz-10KHz （3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小 1.2.3发挥部分 （1）超出上下限的保护电路及指示 （2）电桥信号采集 （3）其他
2设计思路 这次我们小组课程设计的题目是信号调理电路。 信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 在初始阶段用一个电压跟随器来发出信号，利用一个电桥收集信号并发出差分电压，选择放大器与传感器正确接口，使放大器与传感器特性匹配，测量应变片传感器通常要通过桥网络，用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比，所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压漂移和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。 在电路的输出端接入一个小绿灯，来判定电路的电压是否超出题目要求范围，并由示波器显示激励源的波形
光电信号转换测试
实验报告：光电信号转换测试 一、实验目的 1、了解光电响应现象及光电响应的原理。 2、熟悉利用电化学手段测试光电响应的方法，能熟练的操作电化学工作站进行光电响应的测试。 二、实验内容 通过电化学的方法测试样品的光电相应参数，如记录光电流值，开路电压，计算样品的功率，并根据数据进行作图分析。 三、实验原理 光伏响应原理： P 型半导体（空穴多）和n 型半导体（电子多）相结合时，在其交界处形成p-n 结，p 区的空穴向n 区扩散，n 区的电子向p 区扩散，引起p 区荷负电，n 区荷正电，在p-n 交界面附近的一个区域（结区，或称耗尽区）内形成一电 图1(a) 太阳光辐照下的硅p-n 结太阳能带, 图1(b)太阳能电池的理想等效
场，称为内建电场，如图1（a）所示。图中左侧为n区，右侧为p区，纵坐 标为电子能量。电子能量越高，电势越低。n区电势比p区电势高，电场方向 由n区指向p区。当光电池受到太阳光照时，能量大于构成p-n结的半导体材料的禁带宽度Eg的光子将价带电子激发到导带，同时在价带中产生空穴，它 们都称为光生载流子。在p-n结的结区，光生电子和空穴被内建电场分别推到势垒的n、p区边沿，然后向各自的内部扩散，在两端形成电压，这就是光伏 效应。若在p-n结两端接入外电路，该光生电压就可形成电流。从外电路来看，发生光伏效应的那个p-n结就是一个电源，即光电池，如图1（b）所示。 四、材料与仪器 电化学工所站、太阳能电池。 五、实验步骤 1. 完成电化学工作站的测试电路的连接； 2. 点start开始测试，测量样品的光电响应曲线、暗态和光照下的开路电极电势，并记录所得的光电流以及开路电压，并计算样品的功率。 六、实验数据记录与分析 1. I-V特征曲线： 暗态：
信号调理电路
信号调理电路 信号调理电路就是信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。是指利用内部的电路，如滤波器、转换器、放大器等来改变输入的讯号类型并输出。在实际应用中工业信号有些是高压，过流，浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清。 信号调理电路原理 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。 调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器（ADC）的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。 信号调理电路技术 1.放大 放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟－数字转换器（ADC）的范围，从而提高测量精度和灵敏度。此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号－噪声比。 2.衰减 衰减，即与放大相反的过程，在电压（即将被数字化的）超过数字化仪输入范围时是十分必要的。这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。衰减对于测量高电压是十分必要的。 3.隔离 隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。 4.多路复用 通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。 5.过滤 滤波器在一定的频率范围内去处不希望的噪声。几乎所有的数据采集应用都会受到一定程度的50Hz或60Hz的噪声（来自于电线或机械设备）。大部分信号调理装置都包括了为最大程度上抑制50Hz或60Hz噪声而专门设计的低通滤波器。 6.激励 激励对于一些转换器是必需的。例如，应变计，电热调节器，和RTD需要外部电压或电流激励信号。通常RTD和电热调节器测量都是使用一个电流源来完成，这个电流源将电阻的变化转换成一个可测量的电压。应变计，一个超低电阻的设备，通常利用一个电压激励源来用于惠斯登（Wheatstone）电桥配置。 7.冷端补偿 冷端补偿是一种用于精确热电偶测量的技术。任何时候，一个热电偶连接至一个数据采
第五章模拟信号的调理与转换习题
第五章 模拟信号的调理与转换 习题 5-1 如图5.2所示的直流电桥。在初始平衡条件下2127.5R =Ω；若将3R 与4R 交换，当时，电桥重新实现平衡，问未知电阻2157.9R =Ω1R 的大小是多少？ 5-2 某测力传感器中的一个电阻应变片接入直流电桥的一个桥臂。该电阻应变片在无负载时的电阻是500Ω。传感器的灵敏度是0.5/N Ω。如果电桥的激励电压为10V ，每一个桥臂的初始电阻是500Ω，当施加的负载分别为100N ，200N 和350N 时，电桥的输出是多少？ 5-3 图 5.2所示的电桥。假设1R 为传感器电阻，大小为，，40100x +34400R R ==Ω2R 是可变校准电阻。 1）当时，要使电桥平衡，0x =2R 的值应为多少? 2）如果采用零值法测量x ,试确定2R 和x 间的关系。 5-4 低通、高通、带通及带阻滤波器各有什么特点，画出它们的理想幅频特性曲线。 5-5 有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在半桥双臂上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？ 5-6 设计一个巴特沃思低通滤波器，要求通带截止频率c 6kHz f =，截止频率处的最大衰减量为，阻带始点频率3dB -12kHz s f =处衰减量25s dB δ=-。 5-7 图5.31是实际滤波器的幅频特性曲线，指出它们各属于哪一种滤波器？在图上标出截止频率的位置。 图5.31 滤波器幅频特性曲线 5-8 图5.32所示低通滤波器中RC 0.01μF C =， 输入信号x e 的频率为kHz ，输出信号滞后于输 入30，求：R 值应为多少？如果输入电压的幅值为 100V ，则其输出电压幅值为多少？ 10f =o 图5.32 习题5-85-9 RC 低通滤波器的，10k ?R =1μF C =。试求： 1）滤波器的截止频率c ω；2）当输入为()10sin102sin1000x t t t =+时，求滤波器稳态 输出。
光电信号检测实验
实验一 光敏电阻特性实验 实验原理: 利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器叫光敏电阻，又称为光导管。是一种均质的半导体光电器件,其结构如图1-1所示。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 光敏电阻应用得极为广泛，可见光波段和大气透过的几个窗口都有适用的光敏电阻。利用光敏电阻制成的光控开关在日常生活中随处可见。当光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为： p n p e n e σμμ?=???+??? 在上式中，e 为电荷电量，p ?为空穴浓度的改变量，n ?为 电子浓度的改变量，μ表示迁移率。当两端加上电压U 后，光电流为：ph A I U d σ= ??? 式中A 为与电流垂直的表面，d 为电极间的间距。在一定的光照度下，σ?为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。 光敏电阻的伏安特性如图1-2所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值随光照度发生变化。光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。 图1-2光敏电阻的伏安特性曲线 图1-3 光敏电阻的光照特性曲线 光敏电阻的光照特性则如图 1-3 所示。不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在大多数的情况下，曲线的形状都与图1-3 类似。由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜作测量型的线性敏感元件，在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感
器。 图1-4 几种光敏电阻的光谱特性 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、各种光源、遮光罩、激光器 实验步骤: 1.测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构，用遮光罩将光敏电阻完全掩盖，用万用表欧姆档测得的电阻值为 暗电阻R 暗，移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的阻值为亮电阻R 亮 ，暗电阻与 亮电阻之差为光电阻，光电阻越大，则灵敏度越高。 结果：用万用表欧姆档测得的暗电阻为∞，超出万用表的量程。在环境光照下的亮电阻为6.5k?。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻，试作性能比较分析。 2.光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1-5接线，分别在暗光及有光源照射下测出输出U 暗和U亮，电流L 暗=U 暗 /R，亮电流L 亮 =U 亮 /R，亮电流与 暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 结果：暗光时电流为0。有光源照射时光电流为71uA。 3. 光敏电阻的伏安特性测试 按照图1-5接线，电源可从直流稳压电源+2~+12V间 选用，每次在一定的光照条件下，测出当加在光敏电阻上 电压为+2V；+4V；+6V；+8V；+10V时电阻R两端的电压U R，和电流数据，同时算出此时光敏电阻的阻值，并填入以下表格，根据实验数据画出光敏电阻的伏安特性曲线。 图1-5 光敏电阻的测量电路 光敏电阻伏安特性测试数据表（暗光） 电源电压（毫 伏） 2 4 6 8 10 U R（伏） 1.98 3.98 5.98 7.98 9.87 电阻（欧姆）∞∞∞∞∞ 电流（毫安）0 0 0 0 0
信号调理和记录
第四章 信号调理和记录 教学重点：① 电桥的工作原理 ② 滤波器的分析计算方法 ③ 信号的放大及测试信号的显示与记录 §4－1 电桥 电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路 电桥按其所采用的激励电源的类型可分为直流电桥与交流电桥；按其工作原理可分为偏值法和归零法两种 一、直流电桥 1 、直流电桥平衡条件： 2、在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接 4231R R R R
二、交流电桥 三、带感应耦合臂的电桥：将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成的电桥 §4－2 调制与解调 调制：使一个信号的某些参数，在另一个信号的控制下，而发生变化的过程 载波：前一个信号称为载波，一般为较高频率的交变信号 调制信号：后一信号，一般为缓变的被测信号 已调制信号：最后输出的信号，它一般便于放大和传输 信号的解调：最终从已调制信号中恢复出调制信号的过程 一、幅值调制与解调 1.调幅：将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化． 2.调幅信号的频域分析
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果是：将这个函数的波形由坐标原点平移至该脉冲函数处。 3.调幅信号的解调方法
（1）同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域的频谱图形将再一 次进行“搬家”，结果是使原信号的频谱图形平移到0和±2f 0的频率处。 （2）包络检波 （3）相敏检波 相敏检波是利用二极管的单向导通作用将电路输出极性互换。其特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用相敏检波时，对调 制信号不必再直流偏置。
测量技术与信号处理考试
测量技术与信号处理考试 一、判断题（对者打√，错者打 ╳ ；每小题1分，共10分） 1、磁电式传感器由于存在运动部分，因此不能用于高频测量。 （ × ） 2、传感器的线性范围越宽，表明其工作量程越大。 （ √ ） 3、半导体应变片的灵敏度比金属应变片高，线性和稳定性也比后者好。 （ × ） 4、平稳随机过程的时间平均统计特征等于该过程的集合平均统计特征。 （ × ） 5、滤波器的带宽表示其频率分辨率，带宽越窄分辨率越高。 （ √ ） 6、由周期信号相互叠加的信号必为周期信号。 （ × ） 7、压电式传感器的电荷灵敏度与外电路（连接电缆、前置放大器）无关，电压灵敏度则受外电路的影。 （ √ ） 8、调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高频振荡波的某个参数，使其按被测信号的规律变化，以利 于信号的放大与传输。 （ √ ） 9、如果采样频率不能满足采样定理，就会引起频谱混叠。 （ √ ） 10、理想脉冲信号的频谱为常数，这样的频谱称为均匀谱或者白色谱。 （√ ） 二、单项选择题（每小题2分，共20分） 1、低通滤波器的截止频率是幅频特性值等于( B )时所对应的频率（0A 为0 f 时对应的幅频特性 值）。 A ．2/0A B ．2/0A C ．3/0A D ．4/0A 2、在同步调制与解调中要求载波（ B ）。 A ．同频反相 B ．同频同相 C ．频率不同、相位相同 D ．频率不同、相位相反 3、周期信号在时域内按时间间隔T s 采样后，其频谱将具有（ A ）特征。 A. 周期、离散 B. 非周期、离散 C. 周期、连续 D. 非周期、连续 4、自相关函数是τ的偶函数，互相关函数是τ的( B )。 A. 奇函数 B. 非奇非偶函数 C. 偶函数 D. 既奇又偶函数 5、A/D 转换器是将（ B ）信号转换成（ D ）信号的装置。
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能 [导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。 信号调理电路原理 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。 调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。 信号调理电路技术
1.放大 放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。 2.衰减 衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。衰减对于测量高电压是十分必要的。 3.隔离 隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。 4.多路复用 通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。 5.过滤
测试_第四章_信号的调理与记录
《机械工程测试技术》
第四章 信号调理、处理和记录
主讲：王建军
山东理工大学?机械工 程学院?测控系
机械工程测试技术基础
第四章 信号的调理与记录
本章学习要求：
1.掌握电桥的工作原理及特性 # 2.掌握信号调制与解调的原理
3.掌握滤波器的分类及其参数
4.了解模拟信号放大电路原理
5. 了解测试信号的显示与记录
第四章
信号调理与记录
★ 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输、处理与记录。 1. 传感器输出的电信号很微弱，大多数不能 直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需 要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪 声，需要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
第四章
信号调理与记录
信号调理装置按工作原理有 1°转换器：将传感器输出信号转换成便于传输、 放大、处理的装置。 例如：电桥：可将R、C、L→u或i； D/A：数字量→模拟量 A/D：模拟量→数字量 调制器：对信号进行调制； 解调器：对已调信号进行鉴别并还原。 2°放大器：将信号进行放大。 例如：电压（直流、交流）放大器； 电荷放大器
第四章
信号调理与记录
3°运算器：将信号进行相应的运算，获取所 需信号。 例如：加法器、乘法器、积分器、微分器 4°滤波器：对信号进行滤波处理。 例如：低通滤波器、高通滤波器 5°整流器：对信号进行整流检波处理。 例如：相敏整流器
可见，信号调理环节很多，其功能也很丰富，而这些环节 前期课程已作过详细介绍。所以，本章仅从测试的角度 讨论电桥、调制与解调、滤波器、放大器的基本概念。
光电检测方法
光电检测方法 2.1直接探测 2.1.1基本物理过程 直接探测是将待检测的光信号直接入射到光探测器的光敏面上，由光探测器将光信号直接转化为电流或电压，根据不同的要求，再经后续电路处理，最后获得有用的信号。 一般，光探测器前可采用光学天线，在其前端还可经过频率滤波和空间滤波处理。这是为了进一步提高探测效率和减小杂散的背景光。 信号光场可表示为()cos S E t A t ω=，式中，A 是信号光电场振幅，ω是信号光的频率。则其平均功率P 为 （2.1.1） 光探测器输出的光电流为 （2.1.2） 若光探测器的负载电阻为L R ,则光探测器输出的电功率为 （2.1.3） 光探测器输出的电功率正比于入射光功率的平方。从而可知，光探测器对光的响应特性包含两层含意，其一是光电流正比于光场振幅的平方，即光的强度；其二是电输出功率正比于入射光功率的平方。如果入射信号光为强度调制（TM ）光，调制信号为()d t 。从而得
（2.1.4） 式中第一项为直流项，若光探测器输出有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，这就是直接探测的基本物理过程，需强调指出，探测器响应的是光场的包络，目前，尚无能直接响应光场频率的探测器。 2.1.2信噪比 设入射到光探测器的信号光功率为S P,噪声功率为n P，光探测器输出的信号电功率为P S，输出的噪声功率为P N。可得 （2.1.5） 根据噪声比的定义，则输出功率信噪比为 （2.1.6） 从上式可以看出 I.若，则有 （2.1.7） 输出信噪比等于输入信噪比的平方。由此可见，直接探测系统不适于输入信号比小于1或者微弱光信号的探测。 II.若，则
信号转换与调理案例(DOC)
信号转换与调理案例 【案例3.1】图3.3所示是AD694在啤酒发酵温度控制系统中的应用。啤酒发酵是整个啤酒生产过程最重要的环节，对发酵罐内温度的控制是啤酒生产工艺流程中的关键环节，也是确保啤酒质量、口感等特性的关键。发酵罐内麦汁在酵母的作用下发酵，并释放反应热，使罐内温度升高。LM35温度传感器对发酵罐内温度进行采样，信号放大后经A/D转换送至微处理器。微处理器根据模糊积分控制算法的运算结果将控制信号输出至D/A转换器，再放大为0-10V的电压信号，最后利用AD694进行V/I转换，得到4-20mA的电流信号，自动调节冷却阀门的开度，使冷却夹套内的冷媒带走多余的反应热，实现发酵罐温度的控制。（引自参考文献16） 图3.3 AD694在啤酒发酵温度控制系统中的应用 图3.4是利用AD694进行V/I转换的电路图。AD694是一种单片V/I转换器，内部包含有输入缓冲放大器、V/I转换电路、4mA偏置电流及其选通和微调电路、参考电压输出电路、输入量程选择电路、输出开路报警和超限报警电路等，具有精度高，抗干扰能力强等优点。在图3.4中，输入量程选择引脚4悬空，表示输入电压范围为0-10V。输入缓冲放大器用来放大输入信号，图中接为电压跟随器的形式。4mA偏置电流选择引脚9接地，表示输出电流范围是4-20mA。由于被驱动的调节阀属于感性负载，因此电流输出引脚11与地之间跨接电容C1，以保证AD694性能的稳定性，其电容值一般为0.01μF。另外输出端增加两个二极管V D1和V D2，防止负载电压过高或过低时损坏AD694。 V 图3.4 利用AD694进行V/I转换的电路 【案例3.2】图3.6所示是LM331在香烟包装机温度检测中的应用。烟盒纸的粘合需要热熔胶，安装外层透明纸和丝带时需要加热器达到一定温度才能完成，这些都需要对温度进行控制，以避免材料被烫坏或粘贴不牢。香烟包装机的工作环境比较恶劣，且温度信号需要进行较长距离的传输。因此可以将热电偶输出的电压信号放大后再利用LM331转换为频率信号，频率信号经长距离传输通过光电隔离送入微处理器，微处理器对该频率信号进行处理，输出控制信号经功率放大后驱动可控硅，利用过零触发方式控制加热器电源的通断。（引自参考文献17）
《光电信号检测》部分作业答案
《光电信号检测》部分作业答案 P68. 9. 试判别下列结论，正确的在括号里填写T，错误的则填写F: (1) 光电导器件在方波辐射的作用下，其上升时间大于下降时间。（F ）（2）光敏电阻的阻值与环境温度有关，温度升高时光敏电阻的阻值也随之升高。（T ）（3）光敏电阻的是由于被光照后所产生的光生电子与空穴的复合需要很长时间，而且，随着复合的进行，光生电子与空穴的浓度与复合几率不断减小，使得光敏电阻恢复被照前的阻值需要很长时间。（T ） 1.试分析图3-72（a），（b）所示的放大电路中，光敏电阻Rp的作用。 2光生伏特器件有哪几种偏置电路？各有什么特点？ 3.产生激光器的三个必要条件是什么？ 4.总结不同类型光电检测器静态工作点状态是如何确定的？ 5.如图所示电路中，设电源电压源为U b=9V，光敏二极管的伏安特性曲线如图b所示。光敏二极管上的光通量在0~150μlm变化。若光通量在此范围内做正弦变化，要是输出交变电压的幅值为3V，求所需的负载电阻R L,并作出负载线。 6.光电倍增管偏置电路如图4-22所示。光电倍增管的阴极积分灵敏度S K=30μA/lm，阳极积分灵敏度S A=10A/lm，阳极暗电流I d=4μA，输入电路是电阻R=105Ω和电容C0=0.1μF的并联，阴极面积为80mm2，要求信号电流I L=10-4A，计算阳极噪声电流，负载电阻上的噪声电压和信噪比。
7.试从工作原理和系统性能两个方面比较直接检测系统和光外差检测系统的特点。 8.试述实现外差检测必须满足的条件。 9.简述光电探测器的选用原则 1.答：（a）无光照时，Rp阻值很大，即同相反馈支路的反馈电阻很大，输出电压高。光强增加↑，使得Rp↓，使得同相反馈支路阻值减小，输出电压下降。 （b）无光照时，Rp阻值很大，输入近似开路，输出电压低。光强增加↑，使得Rp↓，使得输入信号进入，输出信号增大。 2.答：光伏探测器可以有正向偏置，反向偏置和零偏置三种偏置状态。 其中作为光电探测器主要工作于后面两种状态。因为在正偏压状态时暗电流远大于光生电流，作为光电探测器没有意义。 工作于反向偏压状态时，暗电流数值很小，探测器的外回路特性与光电导探测器十分相似，被称为光导模式。光电流正比于光辐射强度，光电流的大小与负载无关，反向偏压减小了结电容，具有较好的频率特性。但反向偏压产生暗电流引起较大的散粒噪声，频率低于1kHz时有1/f低频噪声等，限制了探测能力的下限。另外暗电流易受温度的影响。主要用于探测高速光脉冲和高频调制光。 工作于零偏压状态，输出光电流正比于入射功率，但负载电阻较大时随着光功率变化，探测器输出电流与电压会出现明显非线性，这种工作状态被称为光伏模式的光电二极管。光伏工作模式下暗电流造成的散粒噪声小，且频率低于1kHz时无1/f噪声。但截止频率较低，波长灵敏度略小。主要应用于超低噪声，低频率仪器方面。 3.答：具有能产生粒子数反转的激光器工作物质；具有选频放大作用的谐振腔；具有为工作物质提供受激辐射能量的泵浦源。 4.答：不同类型光电检测器确定静态工作点的方法主要有图解计算法和解析计算法。 5.解：变电压的幅值为3V,所以2ΔU=6 V 当光通量Φ在0~150μlm范围变化时，根据光敏二极管的伏安特性曲线得知，电流的动态范围是2ΔI=Фmax-Фmin=（17-2）μA 所以负载电阻的阻值R L=2ΔU/2ΔI=6 V /15μA=400KΩ 已知U b=9V，可知负载线在横轴上的起点。负载线夹角α=arctg(1/R L）,可以作出负载线。 6.解：Δf=1/4RC=25Hz M=S A/S K=10/309*10-6=3.33*105 σ取值1.5 I A=I L+ I d=10-4A +4μA=104μA I NA= (2qMI AσΔf）1/2=（2*1.6*10-19*3.33*105*10-4*1.5*25）1/2≈0.02μA U Nm=R (2qMI dσΔf）1/2=（2*1.6*10-19*3.33*105*10-4*1.5*25）1/2*105=2mV I NT《I NA, I N≈I NA
传感器和信号调理
传感器与信号调理模拟题1 1 为了测量某一电阻器两端的压降，我们考虑两种可供选择的方法：利用精确度为0.1%读数的电压表；利用精确度为0.1%读数的电流表。若电阻器的公差为0.1%，试问哪一种方法更精确？ 1答: dV=RdI+IdR 对于微小变化，可用增量近似代表微分，△V/V=△I/I+△R/R9 利用精确度为0.1%读数的电压表,不确定性为0.1% 利用精确度为0.1%读数的电流表,不确定性为电流测量的不确定性与电阻本身的不确定性的迭加，为0.2% 2 （1） 一个K=2.1的350欧姆应变片被粘贴到铝支柱（E=73GPa ）上。支柱的外径为50mm ，内径为47.5mm 。试计算当支柱承受1000Kg 负荷时电阻的变化。 （2）阐述在单端固支悬臂梁上采用单应变片、双应变片、4应变片的贴法。 2答： （1）△R=RK ε=RKF/AE,代入给定数据，结果为0.52欧姆 （2）在单端固支悬臂梁上粘贴单应变片时，可在梁的合适位置的上表面或下表面粘贴；在单端固支悬臂梁上粘贴双应变片时，可在梁的合适位置的上表面与下表面对称粘贴，形成差动半桥；在单端固支悬臂梁上粘贴四应变片时，可在梁的两个合适位置的上表面和下表面对称粘贴，形成差动全桥； 3 第3题图变极距型电容传感器示意图，试推导其输出特性。采用差动技术带来了哪些优势？ 第3题图 变极距型电容传感器示意图 3答：单一式 初始时 00/d s c ε= 动极板上移d ? 000 001)1(d d c d d d s d d s c ?- = ?- = ?-= εε 差动式 )1/(01ds d c c ?- =
) 1/( 2d d c c ? + = r d d d c c c c ε/ 2 1 1 2 1 2 1 + ? = + - 采用差动技术，提高灵敏度、降低非线性、提高抗共模干扰的能力。 4第4题图是变气隙型自感传感器示意图，推倒其传感特性表达式 第4题图变气隙型自感传感器示意图 4答：自感表达式I N L φ = 其中m R NI = φ δ R R R F m + = F F F F A l R μ = A R 2 μ δ δ = 因为0 μ μ>> F 所以δ R R F << ，δ R R m ≈ 所以传感器电感 δ μ δ 2 2 2 2A N R N R N L m = ≈ = 当铁心向下位移△δ时，传感器电感为 2 2 1 ) 1( 2 ) (2 δ δ δ δ δ μ δ δ μ ? + = ? + = ? + = L A N A N L 5下图分别是压电传感器与电荷放大器连接的示意图和压电传感器与电压放大器连接的示意图，分别推导其输出电压与传感器受力之间的关系式；如果测量准静态量，应选用哪种接口电路形式？
(完整版)光电检测技术应用_郭培源_课后答案
光电检测技术与应用课后答案 第1章 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配 定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用： 家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度 检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二 极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的 应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电 检测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制 困难，故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理 是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而 对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征 有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会 不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行 检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处 理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照 射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民 币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞 票的荧光反映，可判别钞票真假。 （4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红 外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器 的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。 （5）喂钞台、接钞台传感器—红外对管的应用在点钞机的喂钞台和取钞台部分分别有 一个作为有无钞票的发射接收红外对管，用来检测是否有钞票放入或取出。 2、如何实现非电量的测量？ 为实现非电量的电测量，首先要实现从非电量到电量的变换，这一变换是靠传感器来 实现的。传感器接口电路是为了与传感器配合将传感器输出信号转换成低输出电阻的 电压信号以方便后续电路的处理。一般说来，信号都需要进一步放大并滤除噪声。放
模拟信号调理
模拟信号调理 常用的模拟信号处理电路包括信号放大电路（运算放大器和仪表放大器）、滤波限幅电路、浮空技术、共模电压抑制和隔离等。 （1）电流一电压信号转换。信号转换电路有电流一电压（Vv）信号转换、电阻一电压（W）信号转换。图为一个电流一电压信号转换电路，它可把标准4～20mA电流信号通过串接一个250Ω的电阻转换成1～5V的电压信号。图中的R1，R2，C1是对输入信号的滤波。 （2）电阻一电压信号转换。电阻一电压信号转换主要用于标准热电阻，即将热电阻受温度影响而引起的电阻变化转换为电压信号。
电阻一电压信号转换原理就是利用电流流过电阻来产生电压，常见的方法有两种：电桥法和恒电流法。 电桥法的特点是电路简单，能有效地抑制电源电压波动的影响，并且可用三线连接方法减弱长距离连接导线引人的误差。 恒电流法的特点是精度高，可使用四线连接方法减弱长距离连接导线引入的误差。 （3）信号的放大。 大部分传感器产生的信号都比较微弱，需经过放大才能满足A/D 转换器输人信号的幅度需求。要完成这类信号放大功能的放大器，必须是低噪声、低漂移、高增益、高输入阻抗和高共模抑制比的直流放大器，这类放大器常用的有测量放大器、可编程放大器和隔离放大器。 （4）模拟信号的隔离技术。 由于输入通道存在干扰和噪声，造成来自生产现场的测量信号不准确、不稳定。特别是当存在强电干扰时，会直接影响系统的安全。为此，在输入通道中，常常采用信号隔离措施，放大器一般采用隔离放大器。
隔离放大器适用于：①消除由于信号源接地网络的干扰所引起的测量误差；②测量处于高共模电压下的低电压信号；③不需要对偏置电流提供返回通路；④保护应用系统电路不致因大的共模电压造成损坏。隔离放大器可分为光电隔离和变压器隔离放大器。 2Fully Differential Amplifiers 差分信号比单端信号拥有更强的抗噪声能力，所以在高速数字电路和高精度ADC应用中均是采用了差分信号。 全差分放大器完成单端信号转差分或者差分信号放大的功能。 可以采用普通的运放来构成全差分放大器： 利用AD8042 的2个运放把单端转为差分输出给AD9220。
信号调理电路
3.6 信号调理电路 由传感器直接输出的信号一般是非常微弱的，不能直接被测量电路所利用，所以要根据不同形式的传感器采取不同的方式对信号进行处理，例如对微弱的信号放大、滤波、变换等等，最终将传感器最初的输出信号调理成能被测量电路所利用的信号。 3.6.1 仪器放大器 仪器放大器（或称数据放大器）是用于测量两个输入端信号之差的集成模块，其放大增益可设定。仪表放大器具有输入阻抗高、失调和温漂小、增益稳定、输出阻抗低等特点，主要用于作热电偶、应变电桥、分流器及生物传感器的接口电路，这种放大器能够将叠加在大共模电压上的小的差模信号进行前置放大。仪表放大器的增益可任意设定，一般有两种方法，一是通过数字量直接控制，另一种是通过外部电位器调节，目前有各种型号的仪器放大器可供选择使用。仪表放大器的功能框图如图3.6.1所示。 仪表放大器 + _ +_ +_ ~~~Vid/2Vid/2Vic + _ 共模信号 差模信号 +Vcc -Vcc U0 RL 参考 增益选择 图 3.6.1 仪表放大器有它自己参考端，这些参考端均于地线相连，可以驱动以地为参考的负载。此外仪表放大器的输入地和输出地都汇集在一点，该点又与电源地相连，这样可以减小电路中接地环路电阻，从而减少因接地电阻带来的影响。下面以AD620为例介绍其典型应用。 AD620是低成本仪表放大器，用户仅通过外接一个电阻，就可以在1~1000倍的增益范围内任意设置放大倍数。该器件具有宽的供电电源范围±2.3V~±18V ，较低的功耗（≤1.3mA ），输入失调电压小于50μV ，输入失调电压温漂小于0.6μV/℃，具有低的噪声输入。其管脚排列如图3.6.2所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 AD620G R IN-IN+-Vcc REF OUT +Vcc G R 图 3.6.2 1、8脚是外接电阻端子，以调节放大倍数；7、4脚是正、负电源端子； 2、3脚是输入电压端；6脚是输出电压端；5脚是参考端，若该端接地，则6脚输出为对地之间的电压。AD620仪表放大器的放大倍数表达式为：14.49+= G R k G 1 基本放大器电路 图3.6.3是AD620组成的基本放大器，根据放大倍数的要求，可以决定出电阻R G 的值。 图中正、负电源对地要加滤波电容。
光电检测总结
i o V P V S 第一章概论 1.检测技术的概念与分类。 定义：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 检测技术分类 按工作原理：机械式 阻抗式 电量式 光电式 辐射式 按工作方式：接触式，非接触式 按工作物质：电量式，非电量式 2.光电检测技术特点，光电检测系统组成。 特点：光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。 由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过A/D 变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。 系统组成： 响应度是随入射光波长变化而变化的 响应度分电压响应率和电流响应率 电压响应率： 光电探测器件输出电压与入射光功率之比 电流响应率：光电探测器件输出电流与入射光功率之比 ２．光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入
射的单色光功率之比 ３．积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度． ４．响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数. 上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。 下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。 ５．频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应 二、噪声特性 在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象 用均方噪声来表示噪声值大小 噪声的分类及性质 外部干扰噪声:人为干扰噪声的和自然干扰噪声。 人为干扰：电子设备的干扰噪声。如焦距测量仪在日光灯下，人的走动对干涉仪的光程影响。 自然干扰：雷电、太阳等。如光电导盲器在太阳下 内部噪声:人为噪声和固有噪声两类。 人为噪声：如工频交流电（50Hz)、测试仪器的散热风扇引起的光路变化。 固有噪声：散粒噪声、热噪声、产生-复合噪声、1/f噪声、温度噪声 光电探测器常见的噪声 热噪声：载流子无规则的热运动造成的噪声。热噪声存在于任何电阻中，热噪声与温度成正比，与频率无关，热噪声又称为白噪声。 散粒噪声：入射到光探测器表面的光子是随机的，光电子从光电阴极表面逸出是随机的，PN结中通过结区的载流子数也是随机的。 散粒噪声也是白噪声，与频率无关。散粒噪声是光电探测器的固有特性，对大多数光电探测器的研究表明：散粒噪声具有支配地位。 产生-复合噪声：半导体受光照，载流子不断产生-复合。在平衡状态时，在载流子产生和复合的平均数是一定的。但在某一瞬间载流子的产生数和复合数是有起伏的。载流子浓度的起伏引起半导体电导率的起伏。