一种高精度数据采集系统模拟信号调理电路的设计
2008年3月第9卷 第1期 长沙铁道学院学报(社会科学版) M ar .2008Vol .9 No .1
一种高精度数据采集系统模拟信号调理电路的设计
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陈淑芳
(福州职业技术学院,福建福州350001)
摘 要:介绍一种高精度模拟信号调理电路,用于信号采集系统中对欲采集的模拟信号进行放大、滤波和模/数转换等模拟信号处理。该电路具有很强的抑制共模噪声和串模噪声的能力。模数转换采用24位A /D 转换器,能达到级的检测精度。该电路可以用于一些地球物理探测仪器上,用于从强干扰噪声的背景中检测微小信号。
关键词:信号采集;微弱信号检测;模拟信号调理电路;高精度 一、前言
自动测量与控制系统都离不开数据采集与处理,它是这些系统最初数据的来源。数据采集技术是信息科学的一个重要分支,广泛应用于信号处理、频谱分析、通信及图像处理等现代电子信息实时处理工程。良好的数据采集系统是保证智能仪器正常运行、正确识别传感器信号、获取算法软件的原始数据的关键因素。数据采集技术涵盖的知识面广,包括模/数转换技术、模拟信号调理、微处理器技术、CP LD /FP AG 技术、
DSP 技术、数据通讯与接口技术、数字信号处理、抗干扰与电
磁兼容性设计等多项技术,而针对不同的应用环境和场合,不同的仪器或传感器又对数据的采集有不同的要求,因此,数据采集也成为智能仪器设计中难点多、工作量大、需要成本高的关键技术。
二、模拟信号调理电路简介
一般的数据采集系统分为模拟信号调理部分和数字信号处理部分,其中模拟部分完成多通道的信号同步放大、采集、抗混叠滤波、工频陷波的功能。因此模拟信号调理电路在数据采集系统中具有重要作用,它要能按照仪器的要求将模拟
信号转化为数字信号,像采样频率的高低、对环境噪声的抑制能力、自身对有用信号的干扰和采样精度等都是模拟信号调理电路设计时需要考虑的问题。特别是对信号幅度微弱、干扰与噪声幅度大、精度要求高、动态范围大、数据的实时性要求高的情况,对模拟信号调理电路的设计提出了更高的要求。
三、模拟信号调理电路基本组成
本文所探讨的一种模拟信号调理电路具有高精度、低噪声、抗干扰能力强等特性,适和作为野外工作的信号采集系统前端模拟信号调理电路,具有很高的共模抑制比和串模抑制比,对广泛存在于自然环境中的50hz 工频干扰具有很强的抑制性,对于模拟信号的A /D 转换位数达到24位,能实现对信号的微伏级变化的检测,特别适用于在地球物理勘探仪器的数据采集模块中,因为地球物理仪器的使用环境比较恶劣—噪声和干扰强,温度、湿度变化大,信号微弱。而地震仪、电法仪等地球物理仪器对信号采集的精度要求高,信号的实时性很强,通道数多,探测结果对数据的依赖性很强。信号调理电路结构如图1
。
图1 信号调理电路结构图
四、模拟信号调理电路的设计实现
(一)前置差分放大器的设计
前置放大器的噪声系数对于整个检测系统的噪声特性具有决定性作用,系统可检测的最小信号取决于低噪声放大器的噪声系数,因为它所产生的噪声会被后续的各级放大器进一步放大。与普通放大器相比,低噪声放大器应具有低得多的噪声系数。在研制低噪声放大器时,应该一开始就抓住低噪声这个关键指标来分析、计算并设计电路。目前,低噪声放大器可以通过选用噪声指标好的集成电路来进行设计。
I N A128是是凌特公司(L inear )生产的一种低功耗、高精
度仪表用差分放大器,它的最大输入失调电压为50μV,温度系数0.5
μV /℃,最大输入失调电流为5n A,相比普通的集成运算放大器它有更低的输入偏置电压和温度系数,对实现微伏级的信号检测是很有利的,同时它的输入端内部集成了±40伏的过电压保护,差分输入端超过±40伏的电压自动保护,使器件免遭损坏。它同时还有很宽的电源电压范围,可以在±
2.25V 到±18V 的供电电压范围内稳定工作。它的电压增益
可以通过外接电阻改变,在1脚和8脚之间外接不同的电阻
R G ,电压增益可以在0-10000的范围内变化,电压增益的计
算公式为G =1+
50k
ΩR G
。当电压增益大于100时,I N A128的输
入共模抑制比达到120dB,对输入信号的共模干扰起到了很好的抑制。
5
123
收稿日期:2007-11-23
作者简介:陈淑芳(1966-),女,福建莆田人,讲师。
(二)滤波器的设计考虑到信号特征及硬件上的易实现性,系统在硬件滤波器上采用了巴特沃思有源低通滤波器。分析巴特沃斯低通滤波器的幅频曲线可知,在所有n 阶全极点滤波器中,若要讨论滤波器靠近ω=0处的幅频特性,则以巴特沃斯低通滤波器最为平直,因此巴特沃斯低通滤波器又称为最平响应滤波器。考虑到在强噪声的背景中检测微弱信号需要在抑制环境噪声的同时也要尽可能的降低系统自身的对信号的干扰,而通带内的微小波动也有可能对微弱的信号变化产生大的干扰,所以这里选用四阶巴特沃斯滤波器。
该滤波器由两级二阶无限增益多端反馈低通滤波器级联组成四阶低通滤波器,查询巴特沃斯滤波器数据表可得到第一级滤波器中B1和C1值。在计算电路中各电容、电阻值时,首先选定电容C 2,它近似等于10/f c μF 的标称值;再在满足下列关系的前提下选定C 1的最大标称值,即
C 1Φ
B 2
C 2
4C (k +1)
其中k 是滤波器的反相增益,在设计前事先取定,选好C 1
后在按照下列公式选择其它参数:
R 2=
2(k +1)
BC 2+B
2C 22
-4CC 1C 2(k +1)ωc
R 1=
R 2k
, R 3=
1CC 1C 2R 2ω2
C
各电阻值的单位为Ω,各电容值的单位为F 。各电阻值要尽量按上述各式中计算的值来选取。如果计算出来的电阻值不容易实现,可以按照下述方法解决,即将电路中的所有电阻值乘以同一常数,同时把电容值处以这个常数,并不会改变滤
波器的特性。
(三)程控放大电路
当接收信号的动态范围较大时,为了提高仪器的信噪比、测量精度及输入动态范围,对前段模拟信号采用了两级仪用程控放大器级联的方法,并且两级程控放大采用直接耦合差动连接的方式,将每级引入的共模干扰降低到最小。程控放大部分主要任务是在DSP 的控制下,将初级放大的信号放大到ADC 量化最佳区间,
以提高仪器的动态范围和灵敏度。设计这一部分主要考虑的因素有,器件的低频噪声特性和共模抑制比,放大倍数的步进长度等。综合以上各种因素,最终选择了PG A204,PG A205组合。PG A204,PG A205是BB 公司推出的高共模抑制比的仪用程控放大器,共模抑制最高可达
123DB,最大输入噪声电压为13n V /
Hz @0.1～10Hz 。
前置放大器采用电压跟随器的方式。PG A204的可控放大倍数为1,10,100,1000;PG A205的可控放大倍数为1,2,4,8。所以,级联后程控放大部分的可控放大倍数可有16种组合方式,2,4,8,16,20,40,80,160,200,400,800,1600,2000,4000,
8000,16000,能满足系统要求。PG A204,PG A205均为双端输入
单端输出型仪用程控放大器,为了有利用其差分特性,采用了两级程控反向差分的方法,从而减小了信号放大过程中引入的共模干扰。两个正负电极接收到信号经过前置放大器仍然为单极性信号,使其分别作为其中一片PG A205的正负输入端,这样就构成了第一级差分放大器。两片PG A205输出,分别作为
PG A204的正负输入端,这样就构成了第二级差分放大器。全
程采用了信号反向差分,有效抑制了共模干扰,提高了放大器信噪比。前端模拟信号调理部分框图如图2所示。
图2 两级程控放大器级联
(四)50Hz 陷波器设计
50Hz 工频干扰是数据采集中不可避免的严重干扰。当干
扰电压超过信号电压很多时,它就会支配前置放大器和主放
大器的增益,使放大器不能有效地放大来自传感器的接收信号。因此采集电路中必须设置50Hz 陷波器,将以差模形式串入的50Hz 及其谐波滤除。
图3 50Hz 陷波器电路
图3是一个二阶双T 型50Hz 陷波器电路,其中的电阻电容参数在实际中常被使用,当取R4=R5=R 和C1=C2=C3
=C 时,陷波器的中心频率为:
6
12
f0=
1
2πRC
当取R1=R3=45K和C1=C2=C3=0.1uF时,中心频率为50Hz;取R1=R3=45K和C1=C2=C3=0.033uF时中心频率为150Hz;取R1=R3=45K和C1=C2=C3=0.02uF时,中心频率为250Hz。由此构成三级陷波器,对50Hz及其奇数次谐波进行抑制。
(五)A/D采样设计
为了能达到检测级信号的能力,这里采用凌特公司的LTC2400。L TC2400是世界上最小的24位高准确度模/数转换器。内部具有精度较高的集成震荡器时钟,外部不需任何频率调整元件,内部的四阶数字陷波滤波器对50Hz和60Hz 的信号具有最小为110d B的衰减能力。该转换器具有4ppm 的线性度,24位无漏码;4ppm的满度增益误差,015ppm的失调误差,016ppm的噪声等优良直流性能和良好的低噪声特性。转换器的输入回路无缓冲器,输入电压可以超过基准电压范围的12.5%,可以方便解决超量程和负电压的测量问题。此外,该转换器拥有SP I数字接口,非常方便地与微处理器接口,简化了线路设计。
LTC2400是单通道的A/D转换器,其封装形式为S08贴片式,引脚排列如图7所示。Vcc是电源输入端,其电压范围为2.7～5.5V。VREF是外部基准输入端,变化范围从0.1V～VCC。VN是转换器的电压输入端,其变化范围为-0.3V～VCC+0.3V。CS是使能端,低电平时,可以唤醒转换器或输出转换结果。S DO是三态数字输出端,在数据输出期间,这个脚被用于串行数据输出。当芯片的使能端CS为高电平时, S DO脚处于高阻态。SCK双向数字时钟引脚,在内部串行时钟数据输出阶段,S CK被用作内部串行接口输出时钟;在外部串行时钟模式,SCK被用作外部串行时钟输入。Fo是频率控制引脚,当Fo脚接高电平时,转换器使用内部振荡器,并且数字滤波器的第一零点频率设置在50Hz,ADC转换速率为6.25Hz;当Fo脚接地时,数字滤波器的第一零点频率设置在60Hz,ADC转换速度为7.5Hz。
五、结语
以上讨论了一种高精度模拟信号调理电路的设计方法,提出了整体设计方案并完成了各部分的芯片选型。本文所讨论的电路适用用于从强噪声的环境中检测微弱信号,尤其适合作为对级信号进行采集和检测的数据采集系统的前端模拟信号调理电路。该电路可以运用于地电阻率测量、地震前兆测量等地球物理仪器中,满足对此类微弱信号的调理要求。
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(上接第210页)
模条件下,建立四边固支模型,来模拟在压应力作用下的破坏情况。
(二)防水板受压破坏分析
防水板在受压作用下,其破坏通常是由于突出物刺破产生,隧道周壁上突出物有不同的大小,最小的为初期支护的钢筋网,其直径为6mm,考虑施工时其端面处理不平情况,对防水板的破坏时为最不利情况下的面积为4mm,左试验室,建议采用的平头顶杆来进行实验室刺破强度的测定,当以N=P
A 时,就可以确定其压应力大小,室内试验给出的刺破强度指标应为压应力值(MPa)。显然,在此端头面积下的刺破力要小于目前室内试验测定的防水板的刺破强度值。
四、结论
在防水板可靠性评价时,其受力最大阶段在二衬模筑过程中,边墙处的防水板受到的压应力最大,拱顶位置受拉力与否取决于隧道超挖与防水板施工富余之间关系。
针对防水板的受力特征,本文指出了防水板破坏的可能形式,即拉伸破坏和刺破破坏两种方式来评价防水板的可靠性,对评价参数进行了优化。
通过对雪峰山隧道的二衬受力量测,可以确定防水板的破坏情况。为防水层的评价提供依据。
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采样调理电路
3.4 A/D采样电路及信号调理电路 对连续信号) x,按一定的时间间隔s T抽取相应的瞬时值（即通常所 (t 说的离散化），这个过程称为采样。) x经过采样后转换为时间上离散的模拟 (t 信号) x，简称为采样信号。 (s s nT 本系统中采集的模拟量主要是交流电压/电流（计算功率用）、整流输出直流电压/电流（用作脉冲调整）等交流量和直流量，此外加调理电路的作用是把采样信号进行硬件上的定标，变成DSP的A/D口可以识别的0~电平以内的信号。 3.4.1互感器电路原理及选型 图电压互感器原理图 如图，电流型电压互感器采用星格SPT204A（2mA/2mA）,R1是熔断电阻防止电流过大烧坏互感器，R2为限流电阻将电压信号转化为2mA电流信号，R3为压敏电阻起过电压保护作用，二次侧输出为2 mA电流信号送至采样模块。 5A输入 2.5mA输出 图电流互感器原理图 如图，电流互感器采用互感器采用星格SCT254AZ，将一次侧5A交流输入转化为输出送至采样板。 3.4.2交流电压/电流采样电路 交流电压/电流采样电流采样信号来自同步变压器经霍尔电压/电流传感器的电压电流源。
为了更清楚的阐述采样电路的工作原理，首先需对电路中的重要器件LM358作简要说明： LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 （1）交流电压采样电路整流器的输入是三相三线制，无中线，交流电压采集的是经过电流型电压互感器后的交流电流信号,以A相采样电路为例，如下图所示，输入电压经过放大电路电压跟随之后，叠加+的直流量，确保正弦电压的负半周上移到DSP能处理的单极性电压信号+电压范围之内： 图交流采样电路 Rd0为熔断电阻,防止电流过大；Rd1, Rd2为限流电阻，LM358作电压跟随。滑动变阻器Wd0另一侧输入+电压，将电压信号变为单极性信号；电容Cd2、Cd3起去耦作用;电阻Rd3为限流电阻，限定电路的工作电流.，使电路在一个合适的工作状态下运行。稳压管Dd0电压设为3V,使得ADCINB1口的输出电压基本稳定在3V及其以下。采样之后的信号送至TMS320F2812的A/D口进行处理。 (2) 交流电流采样电路交流电流采样电路与电压采样原理基本相同，但相比较而言，电流采样电路更为复杂，同样以A相电流采样为例，采样电路图如下图所示：
脉搏测量仿真实验
实验报告五 一、实验目的 设计相应的信号调理电路，然后利用通过对脉搏信号进行测量，来进行实时显示测量结果。 二、实验内容 设计一个脉搏测量仪可实现对人体脉搏信号的测量和显示功能。 三、实验环境 计算机、MULTISIM仿真软件 四、实验方案 脉搏测量仪系统总框图，如图1所示。系统由五个部分组成：信号采集单元，信号调理单元，信号整形单元，频率计测量单元，显示单元。 信号采集单元主要是选用合适的传感器将脉搏的压力信号转换为电信号，一般传感器输出的电压都在几毫伏左右。 信号调理单元主要包括信号的低通滤波，以及实现信号的放大，经过信号调理单元，几毫伏的脉搏信号的电压被放大为4V-5V左右。 信号整形单元则将模拟信号转化成数字信号，将脉搏信号转换为同频率的脉冲。 频率计测量单元和显示单元由一个数字频率计完成其功能。 信号整形单元信号调理单元脉搏采集单元 频率计测量显示单元
图1 系统总体框图 五、实验步骤 1、数字频率计仿真设计 如图所示，当给予方波信号时，频率计开始计数，计数范围取决于上输入信号的频率及选通信号的频率，这里取输入信号频率f=1000Hz，选通信号F=10Hz，相当于在1秒内可计100个脉冲，计数范围可由选通信号的频率和输入的计数信号的频率来决定 2、采集信号放大电路电路 由于对于脉搏测量仪，其要求在脉搏信号频率范围内，不失真的放大所采集的微弱信号,因此需要对所采集的信号进行放大；由于脉搏信号的频率在1.33HZ 左右，正常情况下不会出现高于2HZ的信号，因此需要设计一个低通滤波器，用来滤去高频信号；而整形的时是为了将输入的信号变为方波。滤波器的载止频率
一种新型信号调理电路的设计
一种新型信号调理电路的设计 娄莹１，王雪洁２ （１鞍山科技大学电子信息工程学院，辽宁鞍山１１４０４４；２浙江大学城市学院信息与 电子学院，杭州３１００１５） 摘要：介绍一种能对各种不同的标准信号、非标准信号进行采集的通用电路。采用一种很新颖的设计方法，在不改变硬件情况下，使用软件进行简单的设定，通过单片机完成对光继电器的控制及数字电位器的调节从而实现对不同信号的采集。 关键词：单片机；光继电器；数字电位器 中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－１３９０（２００５）０８－００４３－０３ !ＬＯＵＹｉｎｇ１JＷＡＮＧＸｕｅ－ｊｉｅ２ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎJＡｎｓｈａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙJ Ａｎｓｈａｎ１１４０４４JＬｉａｏｎｉｎｇJＣｈｉｎａZ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＣｉｔｙＣｏｌｌｅｇｅJＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１５JＣｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ_Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓａｇｅｎｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔｕｓｅｄｔｏｓａｍｐｌｅｆｏｒａｌｌｋｉｎｄｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄａｎｄｎｏｎ－ｓｔａｎｄａｒｄｓｉｇｎａｌｓ．ＡｎｅｗｔｙｐｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄJｉｔｄｏｅｓｎｏｔｃｈａｎｇｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｏｎｌｙｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｓｉｍｐｌｅｓｅｔｔｉｎｇ－ｕｐｂｙｓｏｆｔｗａｒｅJｃｏｕｌｄｆｉｎｉｓｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｒｅｌａｙａｎｄａｄｊｕｓｔｄｉｇｉｔａｌｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈＳＣＭJａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｃｏｕｌｄｂｅｓａｍｐｌｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ_ＳＣＭZｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｒｅｌａｙZｄｉｇｉｔａｌｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ ＤｅｓｉｇｎｏｆａＳｉｇｎａｌＡｄｊｕｓｔＣｉｒｃｕｉｔ ０引言 在实际生产中往往需要对多种物理信号进行检测以便实现计量和控制，针对不同的信号往往需要不同的采集电路［１－５］，这样一来在设计、安装与调试方面就存在很多不便之处。本文提出一种通用的可对多种信号进行采集的信号调理电路。若将此电路应用于仪器仪表中，则不必开箱，只需通过软件设定即可接收工业现场常见的各种信号，并可同时对八个通道模拟量进行采样记录，各个通道完全隔离。本电路适用于精密物理量测量的场合，如煤气、水、蒸汽、重油等资源流量的测量。 １硬件设计 信号调理电路单路输入的硬件结构如图１所示，包括信号输入、放大、单片机控制等几大部分。 信号输入电路由精密基准电源ＭＡＸ８７２、光继电器ＡＱＷ２１２Ｅ、运放４５０２及精密仪表开关电容模块ＬＴＣ１０４３等组成。其中精密基准电源的使用一方面提升输入信号的电位，避免低电位测量时的干扰误差；另一方面作为一路检测电路，其测量结果可以修正其它回路的检测结果，实现系统的在线自校正。ＭＡＸ８７２具有较宽的电压输入范围（２．７～２０Ｖ），输出精度可达２．５００Ｖ±０．２％。ＬＴＣ１０４３ＣＮ是双精密仪表开关电容，电容外接，多用于精密仪表放大电路、压频转换电路和采样保持电路等。当内部开关频率被设定在额定值３００Ｈｚ时，ＬＴＣ１０４３ＣＮ的传输精确度最高，此时电容器ＣＳ和ＣＨ大小均为１μＦ。ＬＴＣ１０４３ＣＮ和运放ＬＴ１０１３组成差分单端放大器，采用ＬＴＣ１０４３ＣＮ为差分输入的电压采样值，电压保持在电容器ＣＳ上并送到接地参考电容器ＣＨ中，而ＣＨ的电压送到ＬＴ１０１３的非反相输入端放大。ＬＴＣ１０４３ＣＮ是通过电容完成电压的传输，使电压由差分输入变为单端输入，并起到了很好的信号隔离作用，在本设计中双电容的巧妙 ４３ －－
脉搏测量仪设计
第1章概述 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降：耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确[3]。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。 近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，这类传感器的重要特征是测量的探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统的误差，测量精度高，通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。 其中光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。具有结构简单、无损伤、精度高、可重复使用等优点。通过光电式脉搏传感器所研制的脉搏测量仪已经应用到临床医学等各个方面并收到了理想效果。 人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，是血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为脉搏波[4]。从脉搏波中提取人体的心理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景[5]。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,因此必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 第2章总体设计思想
信号调理电路概论
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
热电偶温度传感器信号调理电路设计与仿真
目录 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景与意义 (1) 1.2 设计目的与要求 (1) 1.2.1 设计目的 (1) 1.2.2 设计要求 (1) 第2章设计原理与内容 (2) 2.1 热电偶的种类及工作原理 (3) 2.1.1热电偶的种类 (3) 2.1.2工作原理分析 (4) 2.2 设计内容 (4) 2.2.1 总体设计 (4) 2.2.2 原理图设计 (5) 2.2.3 可靠性和抗干扰设计 (7) 第3章器件选型与电路仿真 (8) 3.1 器件选型说明 (8) 3.2 电路仿真 (8) 第4章设计心得与体会 (9) 参考文献 (10) 附录1：电路原理图 (11) 附录2：PCB图 (11) 附录3：PCB效果图 (11)
第1章绪论 1.1 课题背景与意义 温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。本设计中正是关于温度的测量，采用热电偶温度测量具有很多的好处，它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。 同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的 (1) 了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）； (2) 了解印刷电路板的设计和制作过程； (3) 掌握电子元器件选型的基本原理和方法； (4) 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； (5) 掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。 1.2.2 设计要求 选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求： （1）将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号； （2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； （3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； （4）电路的基本工作原理应有一定说明； （5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性
脉搏信号调理电路的设计
脉搏信号调理电路的设计 摘要：脉搏作为人体重要的生理及病理参数之一，其信号具有重要的研究价值。针对其信号微弱、频率低且易受干扰的特点，文中首先提出了信号调理电路设计的要求，然后有针对性地选择元器件并设计硬件电路，最后对所设计的硬件电路进行实际测试。结果表明该调理电路具有输出波形稳定、噪声小和共模抑制比高的特点，提高了脉搏信号采集的精度。关键词：脉搏；信号调理；电路设计 Design of Circuit for Conditioning the Pulse Signals ZHANG Jin-bang，LIU Jun （Graduate Management Team，Engineering University of CAPF，Xi”an710086）Abstract: Pulse is one of the most important index of the human physiology and pathology，and provided with important medical researchful value . Basede on the characteristic of weak，low frequency and easily can be disturbed of pulse signals. The request of conditioning circuit for pulse signals is proposed，and the necessary compinents are elected in accordance with the characters of pulse，and the circuit is design. There are the circuit of prepose amplification，the circuit of zero，the circuit of restricting the signals 50 Hz，the circuit of band-pass filter and the circuit of secondary amplification. The circuit of hardware designed has been tested，and the measurement shows that the conditioning circuit of pulse signals possesses the advantages of high CMMR(common model restrain ration)，low noise，the output is stabilization，and has enhanced the precision of collection for pulse signals.
传感器信号调理电路
传感器信号调理电路 传感器信号调理电路 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。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。通常，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。此链路工作的关键是选择运放，运放要正确地接口被测的各种类型传感器。然后，设计人员必须选择ADC。ADC应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。 传感器 传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的PH电极；用于光电子测量光强的PIN光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源(电压或电流源)，而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。通常的有源传感器是RTD、热敏电阻、应变片，而热电偶和PIN二极管是无源传感器。为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标，设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标： ·源阻抗 ——高的源阻抗大于100KΩ ——低的源阻抗小于100Ω ·输出信号电平 ——高信号电平大于500mV满标 ——低信号电平大于100mV满标 ·动态范围 在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。它取决于所用传感器类型。 放大器功用 放大器除提供dc信号增益外，还缓冲和定标送到ADC之前的传感器输入。放大器有两个关键职责。一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。另一个职责是根据所呈现的负载接口ADC。关键因素包括放大器和ADC之间的连接距离，电容负载效应和ADC的输入阻抗。 选择放大器与传感器正确接口时，设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。例如，PH电极是一个高阻抗传感器，所以，放大器的输入偏置电流是优先考虑的。PH传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流，所以，放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。具有低输入偏置电流的高阻抗MOS输入放大器是符合这种要求的最好选择。另外，对于应用增益带宽乘积(GBP)是低优先考虑，这是因为传感器工作在低频，而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。
课程设计电子心率计设计
1.设计前言 心率是人体的一项重要生理参数，在现代医学中，心率对于血液循环和心脏功能领域的研究具有重要意义。心率计是医学中用来测量人体心率的装置，高精度心率计的研究开发历来是医学仪器领域的一项重要课题。本设计便旨在通过已学的电路和硬件知识，设计一款简易的数字心率计。在本设计中由于脉搏频率与心率相同，测量心率可以用测量脉搏近似得到，因此本设计将人体脉搏作为测量对象。本设计将采用multisim软件来绘制电路。 设计流程： 要实现对脉搏的测量，首先要用传感器测量得到脉搏信号。 信号得到后，因为原始信号比较微弱，需要用放大电路将其放大到一个合适的幅度。 放大后的信号中会夹杂有各种噪声，因此需要经过滤波电路对其进行滤波处理，以消除噪声，提高信号信噪比。 为使信号能够在计数器中实现计数，需要对信号进行整形处理，将信号由一个不规则信号整理为可用于计数的方波或脉冲信号。 信号经过整形后，由于设计要求实现在短时间内测量一分钟心率的功能，需要在计数前对信号进行倍频处理，以实现上述功能。 经过之前一系列处理后，信号将进入计数器进行计数，其中计数器需要用相应的定时器配合完成该步骤，定时器同样要实现短时间内测量一分钟心率的功能。 计数器输出的信号是可用于显示频显示的七位BCD码，将其连入显示频显示。同时将该信号送入比较器中与预设的数值进行比较，当测量值在预设范围之外时将通过报警电路进行LED灯报警，表示所测得的心率超出正常范围。 设计流程的图示如下：
附：心率的生理意义 人的心脏比握紧的拳头稍大，平均重量为300g。它是人体内“泵器官”，负责人体血液循环。心脏每天跳动超过10万次，累计使8千多公升的血液，流经约1万9千公里长的动静脉，从而维持血液循环。心脏有四个腔，分别是左心房、右心房、左心室和右心室。右心房接受全身各器官回流的含氧低静脉血并输入右心室，右心室把血液泵入肺脏进行氧气与二氧化碳的气体交换。左心房将自肺脏返回的含氧高的动脉血输入左心室，左心室再将血液输送至全身器官。从我们出生的那一刻起，心脏便24小时不停地工作，为全身输送氧气和养分。心脏能够这样周而复始地有规律地工作，是因为心脏有一个天然的起搏器——窦房结，它能自发地、有节律地发放电脉冲，并沿着结间束、房室结、希氏束和左右束支这一固定的激动传导途径由上向下传遍整个心脏，使心脏各个腔室顺序收缩，完成运送血液的工作。心脏的正常工作要求心脏节律发放和传导系统的结构和功能正常。心率(heart rate)指心脏分钟搏动的次数，它能够反映心脏的工作状态。正常心率决定于窦房结的节律性，成人静息时约60～100次/min，平均约75次/min。心率可因年龄、性别及其他因素而变化。初生儿心率约130次/min，随年龄增长而逐渐减慢，至青春期乃接近成人的心率。女性心率比男性稍快；运动员心率较慢。成人安静心率超过120次/min者，为心动过速；低于40次/min者为心动过缓。心率受植物性神经和体液因素调节。安静或睡眠时，心迷走中枢紧张性增高，心交感中枢紧张性降低，心率减慢。运动、情绪激动、精神紧张时，心迷走中枢紧张性降低，心交感中枢紧张性升高，心率加快。肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素等体液因素也会增快心率。此外，体温每升高1℃，心率加快12～20次/min。
信号调理电路说明
信号调理电路说明 信号特征： 肌电信号的特征为频率低，能量主要的集中频段为3~60HZ； 幅度小，为uF级信号；人体阻抗环境下会不断变化，最高可达2M?，所以要求一级放大的输入阻抗非常高；在提取过程中伴有非常大的从人体引入的50HZ工频干扰，而且刚好在我们所需要分析的信号的频段内，这就对了我们的前级采集电路提出了很高的要求。 芯片选型： 仪表放大器由于其内部精密匹配的电阻可以提供非常高的共模抑制比，且输入阻抗大，满足我们的要求，我们采用了TI公司的INA128及AD公司的AD8221两种芯片具体实现。由于系统为锂电池供电，所以要求芯片必须有轨到轨输入输出，为精密运算放大器，具有低噪声和低失调电压，且最好可以满足低电压供电，我们验证后采用了TI公司的LMP7704四通道运放以满足我们系统要求。 1、一级差模放大及共模抑制 由于需要非常高的共模抑制以降低50HZ工频共模信号的干扰，且需要将双端输入转为单端输出，由于仪表放大器可以很好的满足上述两个要求，我们一级放大器拟采用仪表放大。 我们实际实验了两种方案，一种是TI公司的INA128，一种是AD公司的AD8221，验证后发现，AD8221在使用的过程中稳定
性更高，效果更显著，所以我们采用AD8221仪表放大作为我们的一级放大电路，如图1.3.1所示。 图1.3.1 2、二级仪表放大 由于一级放大之后低频噪声仍十分明显，我们的二级放大依旧采用仪表放大。我们需要的信号为交流信号，在两级之间需要隔直电路，实际验证之后发现隔直电路之后INA128的效果较 AD8221效果更好，所以采用INA128作为我们的二级放大，如图 1.3.2所示。 图1.3.2
小信号调理电路(1)
小信号增益带通电路(仪器) 2008级 一．设计方案 电路要求:电路具有放大功能和滤波功能，其中，输入信号在10mv~100mv输出电压峰峰值为0~5v且连续可调；3db通频带为300~20000hz。 本方案电路分两部分，1.电路的放部分放大部分使用两级放大，承担这电路的放大作用，2.滤波电路，此部分主要用一级无源高通和一级有源低通组成，无源高通没有放大作用且有一定得衰减，有源低通有少许放大作用。 二．各部分的简要分析。 1.放大部分 （1）集成运放的选择 根据：增益带宽积=Au*带宽，要得到放大倍数为200左右，带宽为20khz以上，则增益带宽积为200*20000=4M以上所以选择单位增益带宽为10M的NE5532较为合适。 （2）放大器的参数计算 放大倍数为200以上，因为用两级放大,每一级只要承担15倍左右的放大任务，因为无源高通使电压略有衰减，而有源高通略有放大，两者几乎相互抵消，没有太大影响。 所以，第一级放大倍数Au1=1+Rf/R1=1+14 /1=15倍（引入电压负反馈），第二级放大倍数Au2=Rx/R3（引入电流负反馈）,其中
Rx为电位器，调整放大倍数的范围。故，Au=Au1*Au2>200倍2.滤波部分 （1）高通滤波 为无源，fl=1/2∏RC=300HZ 则RC=1/40000∏=300hz，可令C为102，则R=7.91K (2)低通滤波 为有源，fh=1/2∏RC=20KHZ,则RC=0.000000796,令C=1uf,r则R=79.6k。 3．防自激振荡电路 如图，电源+-15V分别接有两个电容，可以防止电路产生自激振荡，此部分是自行发挥的，对于集成运放电路是需要的。 4．PCB图
光电脉搏信号检测电路
医用电子设计报告 光电脉搏信号检测电路 医仪一班黄爽3004202313 一、设计目的与意义 脉搏的概念： 脉搏的广义内容包括心尖搏动波、动脉波和静脉波。其共同特点是频率甚低。动脉脉搏为一般所说的脉搏，由心脏节律性地收缩和舒张引起主动脉中的容积和压力发生改变，从而使动脉管壁出现振动而产生的。脉搏产生后沿管壁向全身动脉传播，在身体浅表有动脉通过的部位，都可触摸到脉搏。所以动脉波的测量相对来说比较方便。 正常动脉波形如图。它由以下几个部分组成。上升支：在心室快速射血期，动脉血压迅速上升，管壁被扩张，形成脉搏波形中的上升支；下降支：心室射血的后期。射血速度减慢，进入主动脉的血量少于由主动脉流向外周的血量，故被扩张的大动脉开始回缩，动脉血压逐渐降低，形成脉搏波形中下降支的前段。随后，心室舒张，动脉血压继续下降，形成下降支的其余部分。因为心室舒张时室内压下降，主动脉内的血液向心室方向返流。这一返流使主动脉瓣很快关闭。返流的血液使主动脉根部的容积增大，并且受到闭合的主动脉瓣阻挡，发生一个返折波，因此在降中峡的后面形成一个短暂的向上的小波，称为降中波。老年人或者高血压病人由于血管顺应性较差，所以降中波不明显或者消失。血管弹性不良而硬化时，上升及下降段也均呈陡峭状。 脉搏能反映心血管系统多方面的状态，如心跳的频率和节律、心脏的收缩力、血管充盈度、动脉管壁的弹性等等。所以脉搏的测定是一项重要的临床检查顶目。中医更将扪脉作为诊治疾病的主要方法。在中医现代化研究中，对脉搏的分析更为细致，可以分辨出迟脉、数脉、代脉、浮脉、弦脉、滑脉和涩脉等等。其中有以频率之不同而区分的（如迟脉、数脉），有以节律区分的（如结脉、代脉），有以深浅和形态区分的（如弦脉、滑脉、涩脉）等。这就要求在设计脉搏传感器时，要对其灵敏度、频响、拾取信号的方向等作认真的考虑。
脉搏参数采集
1 绪论 脉搏人体血管的跳动，脉搏跳动的状况可以在一定程度上反映出人体的健康状况。号脉是中医特有的传统诊疗方式，医生们通过号脉来诊断出病人的病情，但是传统的号脉方式主要是医生们通过经验来号脉，有一定的误差，如果诊断失误还可能会造成误判，从而导致病人的病情恶化。随着科技的发展，通过仪器完全可以代替传统的方式，而且其更有判断依据，更加的可靠。现在越来越多的医院，不论是大型的医院还是乡村医院都需要脉搏参数器。 该系统先采用传感器对人体的脉搏信号进行采集，然后将采集到的信号经过前置放大、模拟滤波、后后级放大电路进行处理，再经过A/D转换电路，最后单片机通过串口通信电路把信号送到PC机接口，最后显示信号。这种实时显示对于医学中心血管监护方面具有重要的参考价值，它可以非常方便医生对病人的诊断，同时也可以使诊断更准确。 一般人体的脉搏信号的幅度一般都在0~10mV左右，而A/D转换器的输入范围为-5~+5V，所以模拟信号处理电路应该放大到-5~+5V。通过仿真结果表明，脉搏信号频率范围为0.5~20Hz，并且最后通过主控电路，可以在PC机上实时显示采集波形信号。 1
2 整体电路设计 本系统主要脉搏信号采集电路、脉搏前置放大、滤波、后级放大电路、AT89S51单片机、A/D 转换模块、串口电路发送模块组成。对微弱的脉搏信号进行采集必须选择合适的传感器，通过传感器采集的信号经过各处理电路的放大、滤波后，再经过A/D 转换传给单片机通过串口通信输出到PC 机，直接显示出来。系统总原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统总原理框图 信号采集传感器 前置放大电路 滤波电路 后级放大电路 A/D 转换电路 单片机控制 电 路 串口通信电 路 PC 显示端
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
脉搏波提取电路的设计
无锡工艺职业技术学院毕业设计（论文） 题目：脉搏波提取电路的设计 系部：电子信息系 专业：应用电子技术 姓名：于鹏 学号：2009261231 指导教师：李冬 职称：高级实验师 二0一二年五月十日
目录 第一章绪论 (3) 第二章设计方案论证 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2系统统计原则 (4) 2.3总体结构框架 (5) 2.3.1脉搏信号的提取 (5) 2.4信号调理电路设计 (5) 2.4.1设计要求 (5) 2.4.2滤波电路设计 (6) 2.4.3电压提升电路设计 (8) 2.4.4信号调理电路的仿真分析 (8) 第三章硬件电路设计 (9) 3.1单片机的选择 (9) 3.1.1数据采集 (10) 3.1.2MAX1240模数转换器简介 (10) 3.1.3串行通讯 (12) 3.2整体单片机电路模块 (15) 3.2.1电源模块设计 (15) 3.2.2+5v电源设计 (16) 3.2.3负电源设计 (16) 第四章软件设计 (17) 4.1初始化程序设计 (17) 4.2中断处理子程序设计 (17) 4.3输入口处理子程序设计 (18) 第五章总结 (19) 参考文献 (20) 附录 (21)
第一章绪论 人体的脉搏波可用特制的脉搏描记器记录下来。从可见每个脉搏波描记 曲线都由升支A和降支K构成。随后心室舒张，心室内压低于主动脉血压， 于是动脉血倒流，导致主动脉瓣关闭，在曲线上形成降支切迹N，也叫降中 峡或重波谷降支的形状与外周阻力的大小有关；如阻力大则降支坡度较缓， 其切迹的位置较高；反之，切迹的位置较低。脉搏波的形状，因循环系统的 情况改变而不同。本设计的的系统的主要功能是希望对所检测到的脉搏信号 进行动脉硬化程度的识别，需要对系统不断进行改进以提高识别的准确率， 从而提高检测的精确度和准确度，为广大病友提供医疗保障，保证他们的生 命健康。 脉搏波检测系统的数字化设计方法:从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号,脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 目前的指端脉搏检测系统都是采用模拟技术来完成滤波,放大整型等处理，再经过模数转换和进一步处理。这种方法不仅增加了硬件的复杂程度，增大了功耗和体积，更主要的是增加了系统不可靠和不稳定因素。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。本文针对目前的脉搏波检测系统的问题，提出了脉搏波检测系统的数字化设计思想，采用了MAX1240芯片，它的体积小，功耗低。本课题利用过采样技术，通过对光电转换后的电信号高速采样实现高分辨率模数转换，然后再进行数字滤波处理，从而代替原有模拟电路完成放大滤波等工作，以简化设计，提高系统稳定性。
采样调理电路
采样调理电路 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
3.4 A/D采样电路及信号调理电路 对连续信号) x,按一定的时间间隔s T抽取相应的瞬时值（即通常所说的离散化），这个过程 (t 称为采样。) x，简称为采样信号。 (s x经过采样后转换为时间上离散的模拟信号) (t s nT 本系统中采集的模拟量主要是交流电压/电流（计算功率用）、整流输出直流电压/电流（用作脉冲调整）等交流量和直流量，此外加调理电路的作用是把采样信号进行硬件上的定标，变成DSP的A/D口可以识别的0~3.3V电平以内的信号。 3.4.1互感器电路原理及选型 图3.9电压互感器原理图 如图3.9，电流型电压互感器采用星格SPT204A（2mA/2mA）,R1是熔断电阻防止电流过大烧坏互感器，R2为限流电阻将电压信号转化为2mA电流信号，R3为压敏电阻起过电压保护作用，二次侧输出为2mA电流信号送至采样模块。 图3.10电流互感器原理图 如图3.10，电流互感器采用互感器采用星格SCT254AZ，将一次侧5A交流输入转化为2.5mA 输出送至采样板。 3.4.2交流电压/电流采样电路 交流电压/电流采样电流采样信号来自同步变压器经霍尔电压/电流传感器的电压电流源。 为了更清楚的阐述采样电路的工作原理，首先需对电路中的重要器件LM358作简要说明：LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 （1）交流电压采样电路整流器的输入是三相三线制，无中线，交流电压采集的是经过电流型电压互感器后的交流电流信号,以A相采样电路为例，如下图所示，输入电压经过放大电路电压跟随之后，叠加+1.5V的直流量，确保正弦电压的负半周上移到DSP能处理的单极性电压信号+3.3V 电压范围之内： 图3.11交流采样电路
基于MSP430的心率检测系统硬件设计
基于MSP430的心率检测系统硬件设计 The hardware circuit design of heart_rate detecting system base on MSP430 摘要基于红外检测和MSP430单片机主控的便携式心率信号测试仪，采用红外对管和指脉测量原理采集人体心率信号，经放大、滤波、整形等信号调理，至单片机主控单元，对心率信号进行分析、处理，并通过LCD显示和语音提示，实现智能心率检测。 关键词：指脉测量；信号调理；心率检测。 Abstract The portable cardiotach ometer which base on infrared detecting and be subject to MSP430 single-chip microcomputer ,use the principle of infrared and thumb-pulse measure to detec heart-rate signal. The signal be treat with magnified, filter,Plastic etc. The main control unit of SCM process and analysis the heart-rate signal,Intelligent heart-rate detecting be realized by LCD display and voice clew. Key: Thumb-pulse measure; Signal process; Heart-rate detecting.
信号调理电路的原理功能
信号调理电路的原理功 能 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
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的模拟信号变换为用于、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 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 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。