第十一章传感器信号处理与微机接口技术介绍
合集下载
第11章传感器信号处理及微机接口技术
第11章 传感器信号处理 及微机接口技术
2019/8/13
1
引言
被测的各种非电量信号经传感器检测后 转变为电信号，但这些信号很微弱，并 与输入的被测量之间呈非线性关系，所 以需进行信号放大、隔离、滤波、A/D 转换、线性化处理、误差修正等处理。
2019/8/13
2
主要章节
11.1传感器信号的预处理 11.2传感器信号的放大电路 11.3传感器与微机的接口技术 11.4抗干扰技术
2019/8/13
33
选择的标准
逐次逼近ADC的特点是转换速度较高（1μs～ 1 ms），8～14位中等精度，输出为瞬时值， 抗干扰能力差；双积分ADC测量的是信号平均 值，对常态噪声有很强的抑制能力，精度很高， 分辨率达12～20位，价格便宜，但转换速度 较慢（4 ms～1 s）；V/F转换器是由积分器、 比较器和整形电路构成的VFC电路，把模拟电 压变换成相应频率的脉冲信号，其频率正比于 输入电压值，然后用频率计测量。VFC能快速 响应，抗干扰性能好，能连续转换，适用于输 入信号动态范围宽和需要远距离传送的场合， 但转换速度慢。
集成运算放大器OP07，斩波自动稳零集 成运算放大器7650，集成仪表放大器 AD522，集成变送器WS112、 XTR101，TD系列变压器耦合隔离放大 器，ISO100等光耦合隔离放大器， ISO102等电容耦合隔离放大器，PG系 列程控放大器、2B30/2B31电阻信号适 配器等
2019/8/13
连接
2019/8/13
感度，它等于输出数字量最低位一个字 （1 LSB）所代表的输入模拟电压值。 ADC的位数越多，分辨力越高。因此，
分辨力也可以用A/D转换的位数表示。
2019/8/13
2019/8/13
1
引言
被测的各种非电量信号经传感器检测后 转变为电信号，但这些信号很微弱，并 与输入的被测量之间呈非线性关系，所 以需进行信号放大、隔离、滤波、A/D 转换、线性化处理、误差修正等处理。
2019/8/13
2
主要章节
11.1传感器信号的预处理 11.2传感器信号的放大电路 11.3传感器与微机的接口技术 11.4抗干扰技术
2019/8/13
33
选择的标准
逐次逼近ADC的特点是转换速度较高（1μs～ 1 ms），8～14位中等精度，输出为瞬时值， 抗干扰能力差；双积分ADC测量的是信号平均 值，对常态噪声有很强的抑制能力，精度很高， 分辨率达12～20位，价格便宜，但转换速度 较慢（4 ms～1 s）；V/F转换器是由积分器、 比较器和整形电路构成的VFC电路，把模拟电 压变换成相应频率的脉冲信号，其频率正比于 输入电压值，然后用频率计测量。VFC能快速 响应，抗干扰性能好，能连续转换，适用于输 入信号动态范围宽和需要远距离传送的场合， 但转换速度慢。
集成运算放大器OP07，斩波自动稳零集 成运算放大器7650，集成仪表放大器 AD522，集成变送器WS112、 XTR101，TD系列变压器耦合隔离放大 器，ISO100等光耦合隔离放大器， ISO102等电容耦合隔离放大器，PG系 列程控放大器、2B30/2B31电阻信号适 配器等
2019/8/13
连接
2019/8/13
感度，它等于输出数字量最低位一个字 （1 LSB）所代表的输入模拟电压值。 ADC的位数越多，分辨力越高。因此，
分辨力也可以用A/D转换的位数表示。
2019/8/13
传感器与微处理器接口技术
特性。
１ ． ２ 管脚 功 能对 比
＜ ＜上 接 ５ ９页
阻态 ， Ｃ， ， 两端 的 电压 开始 放 电 保持 住输 度慢 ，一般应用在要求精度高而速度 较低 的场 个 讲地址 ，９ ６ １ 个听地 址。 （ ５ ） 一般 适用于
，
入电压的值 。周而复始使 输出电压 跟随输入 电 合 。Ｖ ／ Ｆ 转换式Ａ Ｄ Ｃ在 转换 线性 度、精度 、 压变化。 抗干扰能力和积分输入特性等方面有 独特 的优
用。
图２ － １ ：典型的数据采集 ／ 采样系统 采样 是 以离散 时间 间隔为 基准 对连 续信
号进 行测量。采样器可 以看做一个采样开关只 在 开关闭合的短时间 内允许输入信号通过 。可 以设 想开关的作用相当于用 ｌ 去乘 以信号 ，输 出函数值 等于此刻相应的输入函数值 ，也就是 采样器 的输出函数是一系列的窄脉冲 ，它的包 络与 输入信 号相同。所以 ，采样可 以想象为将 连续信 号变 换为 窄调 幅脉 冲列 的脉 冲调 制过 程 。采样函数具有单位幅度的等时 间间 隔窄脉 冲序列 。两个相邻 脉冲 的时 间间隔 称为采
（ ａ ）旧版器件 内部工作原理
（ ｂ ）新版器件 内部工作原理
图１ ：Ｐ ＷＲ 一 ８ ２ ３ ３ ３内部 工 作 原 理 对 比
一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
～ １ Ｐ Ｗ Ｒ 一 ８ ２ ３ ３ ３ 改版前后对比
１ ． １ Ｐ Ｗ Ｒ － ８ ２ ３ ３ ３ 内部 工作 原 理 对 比
三相 全桥 电机驱 动模 块具有 体积 小、集 成度高 ，抗干扰性 强、可靠性高 ，外围电路简 单、控制便捷等优点 ，可广 泛的应用在各种 电 机的驱动 电路中。Ｐ ＷＲ一 ８ ２ ３ ３ ３是 美 国 ＤＤＣ公 司出品的一款智能型三相全 桥电机驱动功率模 块 ，模 块 内部三相 桥臂 开关 管选用 了高 性能 的Ｉ ＧＢ Ｔ管 。模块 可采用单 电源供 电方式进行
１ ． ２ 管脚 功 能对 比
＜ ＜上 接 ５ ９页
阻态 ， Ｃ， ， 两端 的 电压 开始 放 电 保持 住输 度慢 ，一般应用在要求精度高而速度 较低 的场 个 讲地址 ，９ ６ １ 个听地 址。 （ ５ ） 一般 适用于
，
入电压的值 。周而复始使 输出电压 跟随输入 电 合 。Ｖ ／ Ｆ 转换式Ａ Ｄ Ｃ在 转换 线性 度、精度 、 压变化。 抗干扰能力和积分输入特性等方面有 独特 的优
用。
图２ － １ ：典型的数据采集 ／ 采样系统 采样 是 以离散 时间 间隔为 基准 对连 续信
号进 行测量。采样器可 以看做一个采样开关只 在 开关闭合的短时间 内允许输入信号通过 。可 以设 想开关的作用相当于用 ｌ 去乘 以信号 ，输 出函数值 等于此刻相应的输入函数值 ，也就是 采样器 的输出函数是一系列的窄脉冲 ，它的包 络与 输入信 号相同。所以 ，采样可 以想象为将 连续信 号变 换为 窄调 幅脉 冲列 的脉 冲调 制过 程 。采样函数具有单位幅度的等时 间间 隔窄脉 冲序列 。两个相邻 脉冲 的时 间间隔 称为采
（ ａ ）旧版器件 内部工作原理
（ ｂ ）新版器件 内部工作原理
图１ ：Ｐ ＷＲ 一 ８ ２ ３ ３ ３内部 工 作 原 理 对 比
一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
～ １ Ｐ Ｗ Ｒ 一 ８ ２ ３ ３ ３ 改版前后对比
１ ． １ Ｐ Ｗ Ｒ － ８ ２ ３ ３ ３ 内部 工作 原 理 对 比
三相 全桥 电机驱 动模 块具有 体积 小、集 成度高 ，抗干扰性 强、可靠性高 ，外围电路简 单、控制便捷等优点 ，可广 泛的应用在各种 电 机的驱动 电路中。Ｐ ＷＲ一 ８ ２ ３ ３ ３是 美 国 ＤＤＣ公 司出品的一款智能型三相全 桥电机驱动功率模 块 ，模 块 内部三相 桥臂 开关 管选用 了高 性能 的Ｉ ＧＢ Ｔ管 。模块 可采用单 电源供 电方式进行
第11章传感器信号处理及微机接口技术共57页文档
17.11.2019
44
11.4.2 干扰的抑制技术
1．抑制干扰的方法
（1）消除或抑制干扰源 （2）破坏干扰途径 （3）削弱接收电路对干扰的敏感性例如
电路中的选频措施可以削弱对全频带噪 声的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ感性，负反馈可以有效削弱内部 噪声源，
常用的抗干扰技术有屏蔽、接地、浮置、 滤波、隔离技术等。
17.11.2019
48
（2）一点接地原则
① 机内一点接地
17.11.2019
49
检测系统的一点接地示意图
② 系统一点接地
17.11.2019
50
（3）电缆屏蔽层的一点接地
① 信号源不接地，测量电路接地，
② 信号源接地，测量电路不 接地，电缆屏蔽层应接到信 号源的地端
17.11.2019
51
4.浮置技术
第11章 传感器信号处理 及微机接口技术
17.11.2019
1
引言
被测的各种非电量信号经传感器检测后 转变为电信号，但这些信号很微弱，并 与输入的被测量之间呈非线性关系，所 以需进行信号放大、隔离、滤波、A/D 转换、线性化处理、误差修正等处理。
17.11.2019
2
主要章节
11.1传感器信号的预处理 11.2传感器信号的放大电路 11.3传感器与微机的接口技术 11.4抗干扰技术
17.11.2019
7
1．电流/电压变换电路（I/V变 换）
I/V变换器作用是将电流信号变换为标准 的电压信号，它不仅要求具有恒压性能， 而且要求输出电压随负载电阻变化所引 起的变化量不能超过允许值。
17.11.2019
8
采用运放的I/V转换电路
传感器接口电路与信号处理课件 (一)
传感器接口电路与信号处理课件 (一)传感器接口电路与信号处理是电子工程领域的一个重要分支，具有广泛的应用价值。
为了更好地开展这方面的工作，学习相关的课程显得尤为重要。
本文将从以下几个方面介绍传感器接口电路与信号处理课程的相关知识。
一、什么是传感器接口电路和信号处理？传感器接口电路是为了将传感器的输出信号转换为数字量而设计的电路。
信号处理是将已经转换为数字量的信号通过滤波、放大、调理等方式得到我们所需要的结果。
因此，传感器接口电路和信号处理在实际应用中有着不可替代的作用。
二、为什么需要学习传感器接口电路和信号处理？学习传感器接口电路和信号处理是为了更好地理解传感器的工作原理和输出信号类型。
同时，这也是为进一步深入学习数字信号处理、嵌入式系统等领域打下坚实的基础。
三、传感器接口电路和信号处理的基本知识传感器接口电路的设计通常需要考虑以下几个因素：1、信号变换电路。
将传感器的模拟信号转换为数字量需要采用合适的变换电路，例如运算放大器、差分放大器、ADC等。
2、信号滤波电路。
对于传感器输出信号中的噪声和干扰需要进行滤波处理。
常见的滤波器包括低通、高通、带通、带阻等。
3、信号放大电路。
对于传感器输出电压信号过小需要进行放大处理，以达到适当的量程范围。
信号处理的主要内容包括以下几个方面：1、数字滤波。
数字滤波可以通过FIR、IIR等算法实现，能够对信号进行复杂的滤波处理。
2、信号放大。
信号放大可以采用运算放大器等电路实现，可以对信号进行微小的放大操作。
3、信号采样。
数字信号是通过将模拟信号进行采样得到的，采样的频率和采样精度会影响到数字信号的质量和准确度。
四、如何进行传感器接口电路和信号处理的设计？进行传感器接口电路和信号处理的设计时需要考虑以下几个步骤：1、确定传感器的工作原理和输出电压范围。
2、设计适当的变换电路，将模拟信号转换为数字量。
3、设计滤波电路、放大电路等，对数字信号进行处理和优化。
4、采用单片机等系统，对数字信号进行处理和控制。
第十一章 传感器信号处理与微机接口技术
单片机的采集接口电路及A/D转换器
传感器采集接口框图
单片机常用的A/D转换器及接口电路有： ADC0808、 ADC0809 。
11.4 抗干扰技术
• 11.4.1干扰的来源及形式 • 1.外部干扰 • ⑴从外部侵入检测装置的干扰称为外部干扰。 • 来源于自然界的干扰称为自然干扰。自然干扰 主要来自天空，如雷电、宇宙辐射、太阳黑子 活动等 • 来源于其他电气设备或各种电操作的干扰，称 为人为干扰（或工业干扰）。人为干扰来源于 各类电气、电子设备所产生的电磁场和电火花， 及其他机械干扰、热干扰、化学干扰等。
⑵电气设备的干扰
• 工频干扰：大功率输电线，甚至就是一般室内 交流电源线对于输入阻抗高和灵敏度甚高的测 量装置来说都是威胁很大的干扰源。在电子设 备内部，由于工频感应而产生干扰， 如果波 形失真，则干扰更大。 • 射频干扰： 指高频感应加热、高频介质 加热、高频焊接等工业电子设备通过辐射或通 过电源线给附近测量装置带来的干扰。 • 电子开关通断干扰：电子开关、电子管、 晶闸管等大功率电子开关虽然不产生火花，但 因通断速度极快，使电路电流和电压发生急剧 的变化，形成冲击脉冲而成为干扰源。
3.磁屏蔽
磁屏蔽的原理图
4.驱动屏蔽的概念
驱动屏蔽原理图
11.4.5 接地技术
• 1.电气、电子设备中的地线 • 接地起源于强电技术。为保障安全， 将电网零线和设备外壳接大地， 称为保安 地线。 对于以电能作为信号的通信、测量、 计算控制等电子技术来说，把电信号的基 准电位点称为“地”， 它可能与大地是隔 绝的，称为信号地线。信号地线分为模拟 信号地线和数字信号地线两种。 另外从信 号特点来看，还有信号源地线和负载地线。
2.电磁屏蔽
• • 电磁屏蔽主要是抑制高频电磁场的干扰， 屏蔽体采 用良导体材料（铜、 铝或镀银铜板）， 利用高频电 磁场在屏蔽导体内产生涡流的效应， 一方面消耗电 磁场能量， 另一方面涡电流产生反磁场抵消高频干 扰磁场， 从而达到磁屏蔽的效果。 当屏蔽体上必须 开孔或开槽时， 应注意避免切断涡电流的流通途径。 若把屏蔽体接地， 则可兼顾静电屏蔽。 若要对电磁 线圈进行屏蔽， 屏蔽罩直径必须大于线圈直径一倍 以上， 否则将使线圈电感量减小，Q值降低。
【2019年整理】第11章传感器信号处理及微机接口技术
第11章 传感器信号处理 及微机接口技术
2019/4/21
1
引言
被测的各种非电量信号经传感器检测后 转变为电信号，但这些信号很微弱，并 与输入的被测量之间呈非线性关系，所 以需进行信号放大、隔离、滤波、A/D 转换、线性化处理、误差修正等处理。
2019/4/21
2
主要章节
11.1传感器信号的预处理 11.2传感器信号的放大电路 11.3传感器与微机的接口技术 11.4抗干扰技术
2019/4/21
5
开关量传感器特性示意图
2019/4/21
6
11.1.2 模拟连续式输出信号的预 处理
模拟连续式传感器的输出参量可以归纳 为5种形式：电压、电流、电阻、电容和 电感。这些参量必须先转换成电压量信 号，然后进行放大及带宽处理才能进行 A/D转换。
2019/4/21
7
1．电流/电压变换电路（I/V变 换）
模拟信号是连续的，而数字信号是离散 的，每个数又是用有限个数码来表示， 二者之间不可避免地存在误差，这种误 差称为量化噪声。 一般A/D转换的量化噪声有1 LSB和 LSB/2两种。
2019/4/21
27
11.3.2 ADC接口技术
1．A/D转换器（ADC）的主要技术指标
（1）分辨力 分辨力表示ADC对输入量微小变化的敏 感度，它等于输出数字量最低位一个字 （1 LSB）所代表的输入模拟电压值。 ADC的位数越多，分辨力越高。因此， 分辨力也可以用A/D转换的位数表示。
13
4.数字式输出信号的预处理
数字式输出信号分为数字脉冲式信号和 数字编码式信号。数字脉冲式输出信号 可直接将输出脉冲经整形电路后接至数 字计数器，得到数字信号。 传感器信号的预处理，应根据传感器输 出信号的特点及后续检测电路对信号的 要求选择不同的电路。
2019/4/21
1
引言
被测的各种非电量信号经传感器检测后 转变为电信号，但这些信号很微弱，并 与输入的被测量之间呈非线性关系，所 以需进行信号放大、隔离、滤波、A/D 转换、线性化处理、误差修正等处理。
2019/4/21
2
主要章节
11.1传感器信号的预处理 11.2传感器信号的放大电路 11.3传感器与微机的接口技术 11.4抗干扰技术
2019/4/21
5
开关量传感器特性示意图
2019/4/21
6
11.1.2 模拟连续式输出信号的预 处理
模拟连续式传感器的输出参量可以归纳 为5种形式：电压、电流、电阻、电容和 电感。这些参量必须先转换成电压量信 号，然后进行放大及带宽处理才能进行 A/D转换。
2019/4/21
7
1．电流/电压变换电路（I/V变 换）
模拟信号是连续的，而数字信号是离散 的，每个数又是用有限个数码来表示， 二者之间不可避免地存在误差，这种误 差称为量化噪声。 一般A/D转换的量化噪声有1 LSB和 LSB/2两种。
2019/4/21
27
11.3.2 ADC接口技术
1．A/D转换器（ADC）的主要技术指标
（1）分辨力 分辨力表示ADC对输入量微小变化的敏 感度，它等于输出数字量最低位一个字 （1 LSB）所代表的输入模拟电压值。 ADC的位数越多，分辨力越高。因此， 分辨力也可以用A/D转换的位数表示。
13
4.数字式输出信号的预处理
数字式输出信号分为数字脉冲式信号和 数字编码式信号。数字脉冲式输出信号 可直接将输出脉冲经整形电路后接至数 字计数器，得到数字信号。 传感器信号的预处理，应根据传感器输 出信号的特点及后续检测电路对信号的 要求选择不同的电路。
传感器技术及传感器信号处理
传感器技术及其信号处理方法第一章传感器概述1.1 传感器技术基础传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。
可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。
这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。
为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。
其中最明显的例子是个人计算机。
此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。
最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。
在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。
而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。
所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。
此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。
同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。
然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。
这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。
1.1.1 传感器数据手册为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，強调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。
很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。
这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。
人们常常遇到不同的定义。
传感器信号处理技术
生物机电
电桥与电桥的电源
（2）工作方式
直流电桥
a.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量， a.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个 单臂工作 臂采用固定电阻； 臂采用固定电阻； b.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量， b.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固 双臂工作 定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式； 定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式； c.全桥方式： c.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形 全桥方式 式。全桥形式灵敏度最高，结构最复杂，要综合考虑选 全桥形式灵敏度最高，结构最复杂， 择。
z3 z2 z4 z1z3 z2 V0 = VBC VDC = E E = E[ ] z1 + z2 z3 + z4 ( z1 + z2 )( z3 + z4 )
桥臂阻抗可以是电阻、电感和电容式传感器。 桥臂阻抗可以是电阻、电感和电容式传感器。当被测量为某一初 始值并未发生变化时希望电桥输出为0 始值并未发生变化时希望电桥输出为0。
－US
UR
10 F 10 F
＋US
1 14 RG 2 3
5
9
地
8
采采
4 13 10 k 6 11
12 7
并输
并并地 并数数数
基 准
RL
生物机电
传感器信号放大电路
利用改变反馈电阻的办法来实现量 程变换的可变换增益放大器电路。 程变换的可变换增益放大器电路。当开关 S1闭合 和S3断开时 放大倍数为 闭合,S2和 断开时 断开时,放大倍数为 闭合
生物机电
传感器信号放大电路
隔离放大器
284型隔离放大器的电路结构图 型隔离放大器的电路结构图
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.内部干扰
• • • • • • •
热噪声：又称为电阻噪声。由电阻内部载流子的随机热运 动产生几乎覆盖整个频谱的噪声电压。 散粒噪声：它由电子器件内部载流子的随机热运动产生。 低频噪声：又称为1/f噪声。它取决于元器件材料表面的特性。 接触噪声：它也是一种低频噪声。 ⑵信噪比(S/N) 在测量过程中，人们不希望有噪声，但是噪声不可能完全 排除，也不能用一个确定的时间函数来描述。实践中只要噪声 小到不影响检测结果, 是允许存在的，通常用信噪比来表示其对 有用信号的影响，而用噪声系数Nf表征器件或电路对噪声的品 质因数。
11.4.2 干扰的传输途径
• ⑴通过“路”的干扰 泄漏电阻： 共阻抗耦合干扰： 经电源线引入干扰： • ⑵通过“场” 通过电场耦合的干扰： 通过磁场耦合的干扰 通过辐射电磁场耦合的干扰
11.4.3 干扰的作用方式
• ⑴串模干扰
串模干扰等效电路
⑵共模干扰
共模干扰等效电路
⑶共模抑制比（CMRR）
3.磁屏蔽
磁屏蔽的原理图
4.驱动屏蔽的概念
驱动屏蔽原理图
11.4.5 接地技术
• 1. • 接地起源于强电技术。为保障安全， 将电网零线和设备外壳接大地， 称为保安 地线。 对于以电能作为信号的通信、测量、 计算控制等电子技术来说，把电信号的基 准电位点称为“地”， 它可能与大地是隔 绝的，称为信号地线。信号地线分为模拟 信号地线和数字信号地线两种。 另外从信 号特点来看，还有信号源地线和负载地线。
• 1.消除或抑制干扰源 • 如使产生干扰的电气设备远离检测装置；对继电器、接触器、 断路器等采取触点灭弧措施或改用无触点开关；消除电路中的 虚焊、假接等。 • 2.破坏干扰途径 • 提高绝缘性能， 采用变压器、 光电耦合器隔离以切断“路”径； 利用退耦、 滤波、 选频等电路手段引导干扰信号转移； 改变 接地形式消除共阻抗耦合干扰途径；对数字信号可采用甄别、 限幅、整形等信号处理方法或选通控制方法切断干扰途径。 • 3.削弱接收电路对干扰的敏感性 • 例如电路中的选频措施可以削弱对全频带噪声的敏感性，负反 馈可以有效削弱内部噪声源，其他如对信号采用绞线传输或差 动输入电路等。
• 在仪表中还经常采用调制、解调技术，滤 波和隔离（一般用变压器作前隔离，光电 耦合器作后隔离）技术。通过调制、选频 放大、解调、滤波，只放大输出有用信号， 抑制无用的干扰信号。滤波的类型有低通 滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波等， 起选频作用。隔离主要防止后级对前级的 干扰。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
2.电磁屏蔽
• • 电磁屏蔽主要是抑制高频电磁场的干扰， 屏蔽体采 用良导体材料（铜、 铝或镀银铜板）， 利用高频电 磁场在屏蔽导体内产生涡流的效应， 一方面消耗电 磁场能量， 另一方面涡电流产生反磁场抵消高频干 扰磁场， 从而达到磁屏蔽的效果。 当屏蔽体上必须 开孔或开槽时， 应注意避免切断涡电流的流通途径。 若把屏蔽体接地， 则可兼顾静电屏蔽。 若要对电磁 线圈进行屏蔽， 屏蔽罩直径必须大于线圈直径一倍 以上， 否则将使线圈电感量减小，Q值降低。
11.4.4 屏蔽技术
• 1. • 众所周知， 在静电场作用下， 导体内 部各点等电位， 即导体内部无电力线。 因 此， 若将金属屏蔽盒接地， 则屏蔽盒内的 电力线不会传到外部，外部的电力线也不 会穿透屏蔽盒进入内部。 前者可抑制干扰 源， 后者可阻截干扰的传输途径。 所以静 电屏蔽也叫电场屏蔽， 可以抑制电场耦合 的干扰。
应用AD522的典型测量电路 AD522芯片
11.3 传感器与微机接口技术
传感器与微机的接口框图
数据采集
• 1.数据采集系统பைடு நூலகம்
数据采集系统的配置
2.采样周期的选择
3量化噪声(量化误差) 模拟信号是连续的，而数字信号是离散的，每个数又是用有限个 数码来表示， 二者之间不可避免地存在误差，称为量化噪声。 一般A/D转换的量化噪声有1 LSB和LSB/2两种。
ADC接口技术
• • • • • • • • 1. A/D转换器（ADC）的主要技术指标 ⑴分辨力 ⑵精度 精度分为绝对精度和相对精度。 ⑶量程(满刻度范围) 量程是指输入模拟电压的变化范围。例如，某转换器 具有10V的单极性范围,或-5～5 V的双极性范围，则它们的 量程都为10 V。 理想转换器特性应该是线性的，即模拟量输入与数字 量输出成线性关系。线性度误差是转换器实际的模拟数字 转换关系与理想直线不同而出现的误差，通常也用LSB的 倍数来表示。
U o R3 R1 R1 (1 ) U i R2 RG RG
2. 实用测量放大器电路 (1)AD521
AD521芯片
AD521基本接法
U o Rs U i RG
A.变压器耦合
B.热电偶直接耦合
C.电容器耦合
AD521的输入信号耦合方式
(2)AD522
200k U o (1 )(U1 U 2 ) RG
第十一章 传感器信号处理及微机接口技术
无论是对无源型传感器还是有源型传感器，在将被测 信号转换为电信号之后，都需要对这个微弱的电信号进 行放大隔离、滤波、变换、零点校正、线性化、温度补 偿、误差修正、量程切换等信号处理。
11.1 传感器信号的预处理
传感器与微机的接口框图
11.2 传感器信号的放大电路
• • 共模噪声只有转换成差模噪声才能形成干扰， 这种 转换是由测量装置的特性决定的。 因此，常用共模抑制 比衡量测量装置抑制共模干扰的能力，
U cm CMRR 20 lg U dm
Acm CMRR 20 lg A dm
11.4.4 抑制干扰的途径
单片机的采集接口电路及A/D转换器
传感器采集接口框图
单片机常用的A/D转换器及接口电路有： ADC0808、 ADC0809 。
11.4 抗干扰技术
• 11.4.1干扰的来源及形式 • 1.外部干扰 • ⑴从外部侵入检测装置的干扰称为外部干扰。 • 来源于自然界的干扰称为自然干扰。自然干扰 主要来自天空，如雷电、宇宙辐射、太阳黑子 活动等 • 来源于其他电气设备或各种电操作的干扰，称 为人为干扰（或工业干扰）。人为干扰来源于 各类电气、电子设备所产生的电磁场和电火花， 及其他机械干扰、热干扰、化学干扰等。
2. 一点接地原则
• ⑴ 机内一点接地
⑵系统一点接地
3. 电缆屏蔽层的一点接地
缆屏蔽层的一点接地示意图
11.4.6 浮置技术
• 如果测量装置电路的公共线不接机壳也不 接大地， 即与大地之间没有任何导电性的 直接联系(仅有寄生电容存在)， 就称为浮置。
• 图10-8被屏蔽浮置的前置放大器。
浮置屏蔽”的检测系统
一、运算放大器基本电路
反相放大器
Z1 Ui Z2
同相放大器
R1 ( 1)U R2
基本运算放大电路的缺点是抗干扰能力差。实际传感 器输出信号往往有许多干扰，因此必须设计有足够放大能 力且抑制共模干扰的精密放大器，即仪用放大器。
二、测量放大器电路
1. 原理电路
同相放大器
差动放大器
同相放大器
⑵电气设备的干扰
• 工频干扰：大功率输电线，甚至就是一般室内 交流电源线对于输入阻抗高和灵敏度甚高的测 量装置来说都是威胁很大的干扰源。在电子设 备内部，由于工频感应而产生干扰， 如果波 形失真，则干扰更大。 • 射频干扰： 指高频感应加热、高频介质 加热、高频焊接等工业电子设备通过辐射或通 过电源线给附近测量装置带来的干扰。 • 电子开关通断干扰：电子开关、电子管、 晶闸管等大功率电子开关虽然不产生火花，但 因通断速度极快，使电路电流和电压发生急剧 的变化，形成冲击脉冲而成为干扰源。