传感器信号处理电路PPT
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2024版《智能传感器》PPT课件
数据融合与校准策略
多传感器数据融合
将来自多个传感器的数据进行融 合处理，以提高测量精度和可靠 性。常用的数据融合方法包括加
权平均、卡尔曼滤波等。
传感器校准
对传感器的输出进行校准，以消除 传感器本身的误差。常用的校准方 法包括零点校准、量程校准等。
环境因素补偿
考虑环境因素对传感器输出的影响， 如温度、湿度等，对传感器输出进 行补偿，以提高测量精度。
政策法规环境分析
政策支持
各国政府纷纷出台相关政策，支持智能传感器产业的发展，包括 财政补贴、税收优惠、研发支持等。
法规标准
为了保障智能传感器的质量和安全，各国纷纷制定相关法规和标准， 规范市场秩序，推动产业健康发展。
国际贸易环境
随着全球经济一体化的深入发展，智能传感器产业面临更加开放的 国际贸易环境，同时也面临着更加激烈的国际竞争。
网络通信实现方法
嵌入式系统网络通信实现
通过嵌入式系统中的网络接口模块 和相应的网络通信协议栈实现智能
传感器之间的网络通信。
自定义网络通信实现
借助物联网平台提供的网络通信功 能，实现智能传感器与物联网平台
之间的数据交互和远程控制。
物联网平台网络通信实现
通过云平台提供的API接口和网络 通信服务，实现智能传感器与云平 台之间的数据交互和协同处理。
《智能传感器》PPT课件
contents
目录
• 智能传感器概述 • 智能传感器工作原理与分类 • 智能传感器信号处理技术 • 智能传感器接口电路设计与实践 • 智能传感器网络通信协议及实现 • 智能传感器性能指标评估方法 • 智能传感器应用案例分析 • 智能传感器未来发展趋势预测
01
智能传感器概述
传感器原理及应用PPT教程课件专用
湿度传感器
湿度传感器能够监测室内湿度变化，与加湿器、除湿器等设备配合，保持室内湿度在适宜 范围内，避免潮湿或干燥对家居环境和人体健康的影响。
光照传感器
光照传感器能够感知室内光线强弱，与照明设备联动，实现室内光线的自动调节。同时， 还可用于窗帘、百叶窗等设备的自动控制，提高室内采光效果。
未来发展趋势预测
传感器应用领域
医疗领域
用于监测人体生理参数，如体 温、血压、心率等，以及医疗 设备中的控制和检测。
智能家居
用于实现家庭环境的智能化控 制，如温度控制、照明控制等。
工业自动化
用于检测和控制生产过程中的 各种参数，如温度、压力、流 量等。
环保领域
用于监测大气、水质等环境参 数，为环境保护提供数据支持。
传感器与通信接口的电路 设计
介绍传感器与通信接口之间的 电路设计，包括信号调制、解 调、编码、解码等。
接口电路设计的实例分析
通过具体案例，分析接口电路 设计的实现过程及效果。
06 传感器在物联网和智能家 居中应用展望
物联网中传感器作用及发展趋势
物联网中传感器的作用
物联网中的传感器是实现万物互联的基础， 它们能够感知和测量各种物理量，如温度、 湿度、压力、光照等，并将这些数据转换为 可处理和传输的数字信号，为物联网应用提 供实时、准确的数据支持。
新型传感器的研发
针对特定应用场景和需求，未来将研发更多新型传感器。例如，柔性传感器、生物传感器、化学传感器 等，它们将具有更高的灵敏度、选择性和稳定性，为物联网和智能家居等领域的发展提供有力支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
牌和型号。
注意传感器的尺寸、重量、 安装方式等是否符合应用场
湿度传感器能够监测室内湿度变化，与加湿器、除湿器等设备配合，保持室内湿度在适宜 范围内，避免潮湿或干燥对家居环境和人体健康的影响。
光照传感器
光照传感器能够感知室内光线强弱，与照明设备联动，实现室内光线的自动调节。同时， 还可用于窗帘、百叶窗等设备的自动控制，提高室内采光效果。
未来发展趋势预测
传感器应用领域
医疗领域
用于监测人体生理参数，如体 温、血压、心率等，以及医疗 设备中的控制和检测。
智能家居
用于实现家庭环境的智能化控 制，如温度控制、照明控制等。
工业自动化
用于检测和控制生产过程中的 各种参数，如温度、压力、流 量等。
环保领域
用于监测大气、水质等环境参 数，为环境保护提供数据支持。
传感器与通信接口的电路 设计
介绍传感器与通信接口之间的 电路设计，包括信号调制、解 调、编码、解码等。
接口电路设计的实例分析
通过具体案例，分析接口电路 设计的实现过程及效果。
06 传感器在物联网和智能家 居中应用展望
物联网中传感器作用及发展趋势
物联网中传感器的作用
物联网中的传感器是实现万物互联的基础， 它们能够感知和测量各种物理量，如温度、 湿度、压力、光照等，并将这些数据转换为 可处理和传输的数字信号，为物联网应用提 供实时、准确的数据支持。
新型传感器的研发
针对特定应用场景和需求，未来将研发更多新型传感器。例如，柔性传感器、生物传感器、化学传感器 等，它们将具有更高的灵敏度、选择性和稳定性，为物联网和智能家居等领域的发展提供有力支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
牌和型号。
注意传感器的尺寸、重量、 安装方式等是否符合应用场
【全文】智能传感器PPT课件 (1)
7
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 1) 研究与开发传感器的自由度大。 (2) 精度高。 (3) 具有一定的可编程自动化能力。 (4) 输出形式多。 (5) 功能价格比大。
8
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
• 近几年发展起来的无线传感器网络是智能传感器 的又一深层次研究，是又一个新的飞跃。
22
10.3
智能传感器的结构框图
第10章 智能传感器
10.3.1 μP主机模板
• 因此，在智能传感器设计时，应参照如下原则来选择 μP。
• (1) 根据任务选机型。
• 根据所研制的智能传感器是用于数据处理完成某些测 量任务，还是用于某种系统控制，对于不同的任务， 应选择不同的机型。
23
10.3
智能传感器的结构框图
24
10.3
智能传感器的结构框图
10.3.2 模拟量输入模板
第10章 智能传感器
• 传感器的输出一般为毫伏数量级模拟量。要满足A ／D转换电路的要求，还必须经过模拟量输入模板 上有关电路的放大、处理，再经A／D转换电路传 输到主机板上。
25
10.3
智能传感器的结构框图
10.3.3 IEEE-488标准总线模板
3
第10章 智能传感器
• 迅速发展的微处理机技术推动和影响着其他技术
10.1
领智域能的传变感革器。及把无微线处传理感机器技网术络引入传感器，可以
使传感器实现过去实现不了的功能，具有智能本
领，这就是新一代的传感器——智能传感器
(Intelligent Sensor或Smart Sensor)。
• “Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器 的称谓，而“Smart Sensor”是美国人对智能传 感器的俗称。
无线传感器网络技术原理及应用-ppt课件-第2章
8表21频段划分及主要用途频段符号频率波段波长传播特性主要用途甚低频vlf330khz超长波10010km空间波为主对潜通信低频lf30300khz长波101km地波为主对潜通信中频mf033mhz中波1000100m地波与天波通用业务无线电广播高频hf330mhz短波10010m天波与地波远距离短波通信甚高频vhf30300mhz米波101m空间波空间飞行器通信超高频uhf033ghz分米波101m空间波微波通信特高频shf330ghz厘米波101cm空间波卫星通信极高频ehf30300ghz毫米波101mm空间波波导通信9无线传感器网络在频段的选择上也必须按照相关的规定来使用
11 尽管频段的选择由很多因素决定，但对于无线传感器
网络来说，必须根据实际应用场合来选择。因为频率的选
择决定了无线传感器网络节点的天线尺寸、电感的集成度 以及节点功耗。
12
2.3 通信信道
信道是信号传输的媒质。通信信道包括有线信道和无
线信道。有线信道包括同轴电缆、光纤等。无线信道是无 线通信发送端和接收端之间通路的形象说法，它以电磁波
S (t ) A(t )sin[2πf (t ) (t )]
(2-11)
34 式中，正弦波S(t)为载波，基于正弦波的调制技术即对其参
数幅度A(t)、频率f (t)和相位进行相应的调整，分别对应调
制方式的幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)。 由于模拟调制自身的功耗较大且抗干扰能力及2。
1 m d 10 m 20lg d d 20 30lg 10 m d 20 m 10 L Lfs d 29 60lg 20 m d 40 m 20 47 120lg d d 40 m 40
11 尽管频段的选择由很多因素决定，但对于无线传感器
网络来说，必须根据实际应用场合来选择。因为频率的选
择决定了无线传感器网络节点的天线尺寸、电感的集成度 以及节点功耗。
12
2.3 通信信道
信道是信号传输的媒质。通信信道包括有线信道和无
线信道。有线信道包括同轴电缆、光纤等。无线信道是无 线通信发送端和接收端之间通路的形象说法，它以电磁波
S (t ) A(t )sin[2πf (t ) (t )]
(2-11)
34 式中，正弦波S(t)为载波，基于正弦波的调制技术即对其参
数幅度A(t)、频率f (t)和相位进行相应的调整，分别对应调
制方式的幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)。 由于模拟调制自身的功耗较大且抗干扰能力及2。
1 m d 10 m 20lg d d 20 30lg 10 m d 20 m 10 L Lfs d 29 60lg 20 m d 40 m 20 47 120lg d d 40 m 40
《无线传感器网络》课件
能耗问题
总结词
无线传感器网络的能耗问题是制约其发展的 关键因素之一。
详细描述
由于无线传感器网络中的节点通常由电池供 电，而电池寿命有限，因此如何降低能耗， 延长节点寿命是亟待解决的问题。此外，在 某些应用场景中，频繁更换电池或充电会给
维护带来困难和成本增加。
标准化问题
总结词
无线传感器网络的标准化问题涉及到不同厂商和应用 的互操作性问题。
开发工具包括硬件开发工具和软件 开发工具，硬件开发工具用于开发 传感器节点硬件电路板，软件开发 工具用于编写、调试和测试应用程 序代码。
03
无线传感器网络的通信协议
MAC协议
信道分配
MAC协议负责无线信道的分配，确保节点 间的通信不会发生冲突。
能量效率
MAC协议应考虑能量效率，避免过多的空 闲监听和数据重传。
动态环境适应性
路由协议应能适应网络拓扑的变化和 节点的动态加入/离开。
能量感知协议
能量管理
能量感知协议旨在有效地管理节点的能量，延长网络的生命周期。
节能技术
采用诸如功率控制、休眠机制等节能技术来降低能耗。
负载均衡
通过均衡节点的负载来降低能耗，避免某些节点过早耗尽能量。
能量预测
利用历史数据预测节点的剩余能量，优化路由和任务分配。
06
无线传感器网络的挑战与展望
安全性问题
总结词
无线传感器网络面临多种安全威胁，如数据 窃取、恶意攻击、篡改等。
详细描述
由于无线传感器网络中的节点通常部署在无 人值守的环境中，因此容易受到攻击者的窃 听、干扰和恶意篡改。攻击者可能通过截获 节点间的通信数据，获取敏感信息，或者对 网络进行破坏，导致网络瘫痪或数据传输错 误。
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
(完整版)第二章PSD传感器与信号处理电路
第二章 PSD传感器与信号处理电路为了将电机轴的位置信号转换为相应的电信号，本文的传感器使用光电位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector）。
本章介绍PSD及其信号处理电路的工作原理及选型。
2.1 PSD传感器的工作原理及选型传感器是一种以一定的精确度将被测量（如位置、力、加速度等）转换成与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。
传感器在检测系统中是一个非常重要的环节，其性能直接影响到整个系统的测量精度和灵敏度。
如果传感器的误差很大，后面的测量电路、放大器等的精度再高也将难以提高整个系统的精度。
所以在系统设计时慎重选择传感器是十分必要的。
光电位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector）是一种对其感光面上入射光斑重心位置敏感的光电器件。
即当入射光斑落在器件感光面的不同位置时，PSD将对应输出不同的电信号。
通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光斑在PSD的位置。
入射光的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均无关。
PSD的位置输出只与入射光的“重心”位置有关。
PSD可分为一维PSD和二维PSD。
一维PSD可以测定光点的一维位置坐标，二维PSD可测光点的平面位置坐标。
由于PSD是分割型元件，对光斑的形状无严格的要求，光敏面上无象限分隔线，所以对光斑位置可进行连续测量从而获得连续的坐标信号。
实用的一维PSD为PIN三层结构，其截面如图2.1.1所示。
表面P层为感光面，两边各有一信号输出电极。
底层的公共电极是用来加反偏电压的。
当入射光点照射到PSD光敏面上某一点时，假设产生的总的光生电流为I0。
由于在入射光点到信号电极间存在横向电势，若在两个信号电极上接上负载电阻，光电流将分别流向两个信号电极，从而从信号电极上分别得到光电流I1和I2。
显然，I1和I2之和等于光生电流I0，而I1和I2的分流关系取决于入射光点位置到两个信号电极间的等效电阻R1和R2。
第二章PSD传感器与信号处理电路
第二章 PSD传感器与信号处理电路为了将电机轴的位置信号转换为相应的电信号，本文的传感器使用光电位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector）。
本章介绍PSD及其信号处理电路的工作原理及选型。
2.1 PSD传感器的工作原理及选型传感器是一种以一定的精确度将被测量（如位置、力、加速度等）转换成与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。
传感器在检测系统中是一个非常重要的环节，其性能直接影响到整个系统的测量精度和灵敏度。
如果传感器的误差很大，后面的测量电路、放大器等的精度再高也将难以提高整个系统的精度。
所以在系统设计时慎重选择传感器是十分必要的。
光电位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector）是一种对其感光面上入射光斑重心位置敏感的光电器件。
即当入射光斑落在器件感光面的不同位置时，PSD将对应输出不同的电信号。
通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光斑在PSD的位置。
入射光的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均无关。
PSD的位置输出只与入射光的“重心”位置有关。
PSD可分为一维PSD和二维PSD。
一维PSD可以测定光点的一维位置坐标，二维PSD可测光点的平面位置坐标。
由于PSD是分割型元件，对光斑的形状无严格的要求，光敏面上无象限分隔线，所以对光斑位置可进行连续测量从而获得连续的坐标信号。
实用的一维PSD为PIN三层结构，其截面如图2.1.1所示。
表面P层为感光面，两边各有一信号输出电极。
底层的公共电极是用来加反偏电压的。
当入射光点照射到PSD光敏面上某一点时，假设产生的总的光生电流为I0。
由于在入射光点到信号电极间存在横向电势，若在两个信号电极上接上负载电阻，光电流将分别流向两个信号电极，从而从信号电极上分别得到光电流I1和I2。
显然，I1和I2之和等于光生电流I0，而I1和I2的分流关系取决于入射光点位置到两个信号电极间的等效电阻R1和R2。
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8
一. 基本放大电路
1. 比例放大器 反相与同相放大电路是集成运算放大器两种最基本的应用电 路，许多集成运放的功能电路都是在反相和同相两种放大电 路的基础上组合和演变而来的。
2、差动放大电路
9
1） 反相放大器
闭环增益：
Af
R2 R1
反馈电阻R2值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移， 一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源 Ui的内阻。(放大倍数小，噪声大，输入阻抗小)
提问：
（1）R3为什么不能太大? （因为运放有输入偏置电流）
（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电 流小？ （因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）
19
3） 基本差动（差分）放大器
• 什么是差动放大器？
•
差动放大器是把二个输入信号分别输入到
运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在输
出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个
R RR1
i
RR1
III ( )U 1 R f1R f2 R 1R 2
i i1 o2 R 1
R 1R 2R
i
13
• 2） 同相放大器
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻 抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
闭环增益：
Af
1
R2 R1
输入阻抗
Ri
输出阻抗
Ro 0
14
•
集成运算放大器可以作为一个器件构成各
传感器检测电路设计
传感器检测与处理电路的基本要求 传感器的匹配 信号放大电路 信号变换电路 信号滤波电路 传感器电路的噪声与抑制
1
第一节 检测电路设计概述
为什么需要信号转换和处理电路？ 检测与处理电路设计的基本要求？
2
为什么需要信号转换和处理电路？
对测试信号进行转换处理的目的： 1.传感器输出的信号很微弱，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参量，需要转换成电信号 才能进行处理。 3.有些传感器输出的是电信号，但信号中混杂有干 扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。 4.某些场合，为便于信号的远距离传输等原因，需 要对传感器测量信号进行调制解调处理。
3
检测与处理电路设计的基本要求：
1、稳定性
①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变 ②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹 性疲劳、氧化等原因 ③短期稳定性：示值重复性。
2、频率特性与响应速度
随着科技的发展，对于快速变化的过程进行动态 测量的要求越来越多。
4
3、线性度
检测的非线性由传感器、传感器检测电路、显示 执行机构这三部分的非线性度产生。
高输入阻抗反相放大器
A2提供补偿电流，减小A1从信号源吸取的电流，可以大幅度地提 高主放大器的等效输入阻抗Rin
11
高输入阻抗放大器
Uo1
Io2
2R1
-
A2
+
Ii2
R2 Rp
R
R2
Ii
Ii1
-
Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器
求：输入阻抗Ri=?
12
解：根据虚地原理
I Ui
Uo
i1 R1
4、分辨率
适当提高传感器电路的分辨率有利于减小误差、方便读数； 模拟电路中，为了提高分辨率应适当提高放大器放大倍数； 数字电路中，为了减小量化误差必须增加数字量的位数，以
减小最低位所对应的被测量。
5
5、输入输出阻抗
输入级的输入阻抗与传感器的输出阻抗相匹配，使放大器 的输出信噪比达到最大值；
17
+12V
R6 100M
AD707
LM35D
热电偶 +
-
+12V
R3 +
10K C 10uF
-
RP2 R2
RP1 R4
24.3K
20
232K 20K 1K R1
R5 91
18
解：
（1）
AV 20.6 5V4mV242
（2）R3、C1为低通滤波器，消除噪声；
LM35D及其周围电路补偿冷端温度；
R6完成断线检测。
教材约定：在涉及同相放大器的输入阻抗时，均 以ri+来表示，即指同相放大器所具有的最低在 107Ω以上的输入电阻，而不器刻意指明其具体 的数值。
16
电压放大器电路举例
例：K型热电偶，将0—500℃的温度转换为0-5V 电压信号。已知1 ℃对应热电偶输出电压40uV， 500 ℃对应满量程电压20.64mV。 求： （1）信号电路增益AV? （2）描述电路各部分作用。
Rf 1
U0
Rf 1 R1
Ui
I Uo i2 R2
Uo1 Rf 2
U U U Rf2
Rf1Rf2
o1
R2 o R 1R2
i
所以：
输入阻抗：
1 Ui R i Ii
1 Rf1Rf 2R1R2
R1
R1R2R
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
I ( )U U o1U i
o2
R
Rf1Rf2 1 R 1R2R R i
信号的共模成分。
20
U0 R R12（V2V1） R R12VS
差动放大器具有双端输入单端输出、共模抑制比较高 的特点，通常用作传感放大器的前端放大器。
传感器输出的信号常为微弱电压、电流或电荷信号， 因此需要接放大电路。对信号的放大有很多种电路可以实 现，但工程测试中所遇到的信号，多为100kHz以下的低 频信号，在大多数的情况下，都可以用放大器集成芯片来 设计放大电路。
1、基本放大电路 2、仪表放大电路 3、电桥放大电路 4、程控增益放大电路 5、隔离放大电路
传感器电路的输出阻抗应与它所驱动的显示执行机构或微 机接口的阻抗相匹配。
6
• 不同的传感器的输出阻抗不一样； • 输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器
– 压电陶瓷、光敏二极管（100MΩ）
• 输出阻抗小——变压器匹配
– 动圈式传声器（30-70Ω）
传 感 器
输 出变压器匹配7第二节 信号放大电路种基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单
元电路组成电子应用电路。
•
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻
抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
•
高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻
抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传
感器的测量放大电路。
15
• 同相放大器输入阻抗ri+ • ri+= ri(1+AF) • 同相放大器输出阻抗ro+ • ro+= ro/(1+AF)
10
改进电路：自举型高输入阻抗放大器
输入阻抗
Rin
Vi Ii
R1R R R1
Uo1
2R1
-
A2
Ii2
R2
Io2
上式表明：只要R稍大
+
Rp
于Rr，就能获得很高的输
R
入阻抗，可高达100M。
R2
但R绝对不能小于Rr，否
Ii
Ii1
则输入阻抗为负，会产生
-
严重自激。
Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器
一. 基本放大电路
1. 比例放大器 反相与同相放大电路是集成运算放大器两种最基本的应用电 路，许多集成运放的功能电路都是在反相和同相两种放大电 路的基础上组合和演变而来的。
2、差动放大电路
9
1） 反相放大器
闭环增益：
Af
R2 R1
反馈电阻R2值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移， 一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源 Ui的内阻。(放大倍数小，噪声大，输入阻抗小)
提问：
（1）R3为什么不能太大? （因为运放有输入偏置电流）
（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电 流小？ （因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）
19
3） 基本差动（差分）放大器
• 什么是差动放大器？
•
差动放大器是把二个输入信号分别输入到
运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在输
出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个
R RR1
i
RR1
III ( )U 1 R f1R f2 R 1R 2
i i1 o2 R 1
R 1R 2R
i
13
• 2） 同相放大器
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻 抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
闭环增益：
Af
1
R2 R1
输入阻抗
Ri
输出阻抗
Ro 0
14
•
集成运算放大器可以作为一个器件构成各
传感器检测电路设计
传感器检测与处理电路的基本要求 传感器的匹配 信号放大电路 信号变换电路 信号滤波电路 传感器电路的噪声与抑制
1
第一节 检测电路设计概述
为什么需要信号转换和处理电路？ 检测与处理电路设计的基本要求？
2
为什么需要信号转换和处理电路？
对测试信号进行转换处理的目的： 1.传感器输出的信号很微弱，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参量，需要转换成电信号 才能进行处理。 3.有些传感器输出的是电信号，但信号中混杂有干 扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。 4.某些场合，为便于信号的远距离传输等原因，需 要对传感器测量信号进行调制解调处理。
3
检测与处理电路设计的基本要求：
1、稳定性
①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变 ②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹 性疲劳、氧化等原因 ③短期稳定性：示值重复性。
2、频率特性与响应速度
随着科技的发展，对于快速变化的过程进行动态 测量的要求越来越多。
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3、线性度
检测的非线性由传感器、传感器检测电路、显示 执行机构这三部分的非线性度产生。
高输入阻抗反相放大器
A2提供补偿电流，减小A1从信号源吸取的电流，可以大幅度地提 高主放大器的等效输入阻抗Rin
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高输入阻抗放大器
Uo1
Io2
2R1
-
A2
+
Ii2
R2 Rp
R
R2
Ii
Ii1
-
Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器
求：输入阻抗Ri=?
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解：根据虚地原理
I Ui
Uo
i1 R1
4、分辨率
适当提高传感器电路的分辨率有利于减小误差、方便读数； 模拟电路中，为了提高分辨率应适当提高放大器放大倍数； 数字电路中，为了减小量化误差必须增加数字量的位数，以
减小最低位所对应的被测量。
5
5、输入输出阻抗
输入级的输入阻抗与传感器的输出阻抗相匹配，使放大器 的输出信噪比达到最大值；
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+12V
R6 100M
AD707
LM35D
热电偶 +
-
+12V
R3 +
10K C 10uF
-
RP2 R2
RP1 R4
24.3K
20
232K 20K 1K R1
R5 91
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解：
（1）
AV 20.6 5V4mV242
（2）R3、C1为低通滤波器，消除噪声；
LM35D及其周围电路补偿冷端温度；
R6完成断线检测。
教材约定：在涉及同相放大器的输入阻抗时，均 以ri+来表示，即指同相放大器所具有的最低在 107Ω以上的输入电阻，而不器刻意指明其具体 的数值。
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电压放大器电路举例
例：K型热电偶，将0—500℃的温度转换为0-5V 电压信号。已知1 ℃对应热电偶输出电压40uV， 500 ℃对应满量程电压20.64mV。 求： （1）信号电路增益AV? （2）描述电路各部分作用。
Rf 1
U0
Rf 1 R1
Ui
I Uo i2 R2
Uo1 Rf 2
U U U Rf2
Rf1Rf2
o1
R2 o R 1R2
i
所以：
输入阻抗：
1 Ui R i Ii
1 Rf1Rf 2R1R2
R1
R1R2R
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
I ( )U U o1U i
o2
R
Rf1Rf2 1 R 1R2R R i
信号的共模成分。
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U0 R R12（V2V1） R R12VS
差动放大器具有双端输入单端输出、共模抑制比较高 的特点，通常用作传感放大器的前端放大器。
传感器输出的信号常为微弱电压、电流或电荷信号， 因此需要接放大电路。对信号的放大有很多种电路可以实 现，但工程测试中所遇到的信号，多为100kHz以下的低 频信号，在大多数的情况下，都可以用放大器集成芯片来 设计放大电路。
1、基本放大电路 2、仪表放大电路 3、电桥放大电路 4、程控增益放大电路 5、隔离放大电路
传感器电路的输出阻抗应与它所驱动的显示执行机构或微 机接口的阻抗相匹配。
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• 不同的传感器的输出阻抗不一样； • 输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器
– 压电陶瓷、光敏二极管（100MΩ）
• 输出阻抗小——变压器匹配
– 动圈式传声器（30-70Ω）
传 感 器
输 出变压器匹配7第二节 信号放大电路种基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单
元电路组成电子应用电路。
•
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻
抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
•
高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻
抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传
感器的测量放大电路。
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• 同相放大器输入阻抗ri+ • ri+= ri(1+AF) • 同相放大器输出阻抗ro+ • ro+= ro/(1+AF)
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改进电路：自举型高输入阻抗放大器
输入阻抗
Rin
Vi Ii
R1R R R1
Uo1
2R1
-
A2
Ii2
R2
Io2
上式表明：只要R稍大
+
Rp
于Rr，就能获得很高的输
R
入阻抗，可高达100M。
R2
但R绝对不能小于Rr，否
Ii
Ii1
则输入阻抗为负，会产生
-
严重自激。
Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器