第三章信号调理与转换
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CH 3 信号的转换与调理 4节
第3章 信号的转换与调理
3.1 电桥 3.2 调制与解调 3.3 滤波 3.4 模拟信号与数字信号转换
3.4 模拟信号与数字信号转换
当采用数字式仪器、仪表和计算机时，模拟输出信号还要转 换为数字信号等。
模／数转换器是一种器件，它把采集到的采样模拟信号量化 和编码后，转换成数字信号并输出。 ADC (Analog to Digital Converter)
（2）12位A/D转换器芯片AD574A （3）12位带采样/保持的A/D转换芯片AD678
两个不同的概念。 精度是指转换后所得结果相对于实际值的准确度；
分辨率是指转换器所能分辨的模拟信号的最小变化值。
分辨率很高的A/D转换器，可能因为温度漂移、线性不良等 原因，并不一定具有很高的精度。
3.4.5 单片集成转换器 （1）8位A/D转换器芯片ADC0809
(2) 间接比较型 输入的采样模拟量不是直接与基准电压比较，而是将二者都 变成中间物理量再进行比较，然后将比较得到的时间或频率 进行数字编码。 “先转换后比较” 包括双斜式、脉冲调宽型、积分型、三斜率型、自动校准积 分型等型。 特点：平均值响应，抗干扰能力较强，但速度较慢。
3.4.2 ADC的主要技术指标 (1)分辨率 指ADC所能分辨模拟输入信号的最小变化量。 设A/D转换器的位数为n，满量程电压为FSR，则A/D转换器 的分辨率为 FSR
2n
相对分辨率
1 r 100% n 100% FSR 2
ADC分辨率的高低取决于位数的多少，一般都简单地用ADC 的位数n来间接代表分辨率，位数越多，分辨率越高。
(3)精度 ADC的精度分为绝对精度和相对精度两种。 1）绝对精度 对应于输出数码的实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。 A/D转换时，量化带内的任意模拟输入电压都能产生同一输出数 码，此处限定为量化带中点对应的模拟输入电压值。
3.1 电桥 3.2 调制与解调 3.3 滤波 3.4 模拟信号与数字信号转换
3.4 模拟信号与数字信号转换
当采用数字式仪器、仪表和计算机时，模拟输出信号还要转 换为数字信号等。
模／数转换器是一种器件，它把采集到的采样模拟信号量化 和编码后，转换成数字信号并输出。 ADC (Analog to Digital Converter)
（2）12位A/D转换器芯片AD574A （3）12位带采样/保持的A/D转换芯片AD678
两个不同的概念。 精度是指转换后所得结果相对于实际值的准确度；
分辨率是指转换器所能分辨的模拟信号的最小变化值。
分辨率很高的A/D转换器，可能因为温度漂移、线性不良等 原因，并不一定具有很高的精度。
3.4.5 单片集成转换器 （1）8位A/D转换器芯片ADC0809
(2) 间接比较型 输入的采样模拟量不是直接与基准电压比较，而是将二者都 变成中间物理量再进行比较，然后将比较得到的时间或频率 进行数字编码。 “先转换后比较” 包括双斜式、脉冲调宽型、积分型、三斜率型、自动校准积 分型等型。 特点：平均值响应，抗干扰能力较强，但速度较慢。
3.4.2 ADC的主要技术指标 (1)分辨率 指ADC所能分辨模拟输入信号的最小变化量。 设A/D转换器的位数为n，满量程电压为FSR，则A/D转换器 的分辨率为 FSR
2n
相对分辨率
1 r 100% n 100% FSR 2
ADC分辨率的高低取决于位数的多少，一般都简单地用ADC 的位数n来间接代表分辨率，位数越多，分辨率越高。
(3)精度 ADC的精度分为绝对精度和相对精度两种。 1）绝对精度 对应于输出数码的实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。 A/D转换时，量化带内的任意模拟输入电压都能产生同一输出数 码，此处限定为量化带中点对应的模拟输入电压值。
信号调理电路.
V IN -
+
R2
A1
-
放大
输入 信号
RG (外接)
R 1
的差
R 1
值
RS
(外接)
A3
V O UT
负载
R2
RS
A2
V IN+
外接地
(a) 经典的前置放大器
电路结构： 对称输入级，由运放A1、A2组成 差动输出级，由运放A3组成
对称输入级对共模干扰信号具有很强的抑制能力 差动输出级将电路双端输入方式变换成单端对地输出方式
理想运放分析要点: 假设运放为理想运放，输入阻抗无穷大、开环放大倍数为无穷 大、输出阻抗为零，不计偏置电流和失调电压。
（1）虚断 （2）虚短 测量常用运放：
OPO7 uA741 LM324 LM358 等
放大电路关键器件-运算放大器
实际运放的设计指标考虑: (1) 输入失调电压 (2) 输入偏置电流
四. 隔离放大器
隔离放大电路定义 隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没
有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共 的接地端。
隔离放大器的应用于场合
隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系 统（如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程控 制系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能 力传送信号。它对消除来自大地回路的各种干扰和噪声具 有积极的作用。
C1：隔直电容 R3 ：C1的放电回路
R2
R1 ui N1
R3
(3) 交流电压跟随电路
R2
同相放大电路的特例
为减小失调电流，R3= R2
ui C1
-∞ +
uo
+ N1
第三章测试信号调理电路PPT课件
图4-5 相敏检波解调工作原理
(a)相敏检波器 (b)，(c)ui 、ux 的极性相同 (d)，(e) ui 、ux 的极性相反
+ U+
的为反相输入端(输出电压的
相位与该输入电压的相位相反)
当集成运放工作在线性放大区时的条件是：
(1) U U (2) I I 0
注：(1)即:同相输入端与反相输入端的电位 相等，但不是短路。我们把满足这个条件称为 "虚短"
(2)即:理想运放的输入电阻为∞,因此集 成运放输入端不取电流。
第五章 信号调理,处理与记录
被测量经传感器转换为电量后，最终要送到 处理或显示设备以便输出测试结果。然而有些传 感器输出的电量可能过于微弱，且变化缓慢不易 传输及无法驱动处理和显示设备；有些传感器输 出的电量特别容易受到外界的干扰，为了能有效 的解决这这些问题，需对传感器输出的信号进行 技术处理即调理，以及将被测量不失真地传给处 理器或显示设备。
将式(4-2)代入(4-1)得：
F[x(t)z(t)] 0.5X ( f ) ( f f0 ) 0.5X ( f ) ( f f0 )
(4-3)
图4-2是式(4-3)的图形表示，调制信号x(t)与载波z(t)的乘积在频域上相
当于将x(t)在原点处的频谱图形移至载波频率处，但幅值减小了一半。调幅
第一节 电桥
电桥电路的作用就是 将传感器转换元件输 出的电参量的变化转 换成电压量的变化
直流电桥
交流电桥
B
A
R4
D
C RL
R3
E
1.直流电桥的平衡条件及测量连接方式
若在输出端B,D两点之间的负载为无穷大，即接 入的仪表或放大器的输入阻抗较大时。可以视为 开路，这时有电桥的电流为：
(a)相敏检波器 (b)，(c)ui 、ux 的极性相同 (d)，(e) ui 、ux 的极性相反
+ U+
的为反相输入端(输出电压的
相位与该输入电压的相位相反)
当集成运放工作在线性放大区时的条件是：
(1) U U (2) I I 0
注：(1)即:同相输入端与反相输入端的电位 相等，但不是短路。我们把满足这个条件称为 "虚短"
(2)即:理想运放的输入电阻为∞,因此集 成运放输入端不取电流。
第五章 信号调理,处理与记录
被测量经传感器转换为电量后，最终要送到 处理或显示设备以便输出测试结果。然而有些传 感器输出的电量可能过于微弱，且变化缓慢不易 传输及无法驱动处理和显示设备；有些传感器输 出的电量特别容易受到外界的干扰，为了能有效 的解决这这些问题，需对传感器输出的信号进行 技术处理即调理，以及将被测量不失真地传给处 理器或显示设备。
将式(4-2)代入(4-1)得：
F[x(t)z(t)] 0.5X ( f ) ( f f0 ) 0.5X ( f ) ( f f0 )
(4-3)
图4-2是式(4-3)的图形表示，调制信号x(t)与载波z(t)的乘积在频域上相
当于将x(t)在原点处的频谱图形移至载波频率处，但幅值减小了一半。调幅
第一节 电桥
电桥电路的作用就是 将传感器转换元件输 出的电参量的变化转 换成电压量的变化
直流电桥
交流电桥
B
A
R4
D
C RL
R3
E
1.直流电桥的平衡条件及测量连接方式
若在输出端B,D两点之间的负载为无穷大，即接 入的仪表或放大器的输入阻抗较大时。可以视为 开路，这时有电桥的电流为：
简述信号调理与转换电路的作用。
简述信号调理与转换电路的作用。
信号调理与转换电路是一种电子电路，用于对输入信号进行处理和转换，以满足特定的需求和要求。
它在各种电子设备和系统中起着至关重要的作用。
信号调理与转换电路可以对输入信号进行放大或衰减。
在很多应用中，输入信号的幅值可能过小或过大，需要经过调整才能适应后续的处理或传输。
通过信号调理与转换电路中的放大器或衰减器，可以对信号进行合适的调整，使其达到适当的幅值范围。
信号调理与转换电路可以对输入信号进行滤波处理。
在实际应用中，输入信号中常常存在各种噪声和干扰。
为了提取出有效的信号和数据，需要对输入信号进行滤波，去除不需要的频率成分或干扰。
通过信号调理与转换电路中的滤波器，可以对输入信号进行低通、高通、带通或带阻滤波，以满足特定的应用需求。
信号调理与转换电路还可以实现信号的变换和处理。
在某些应用中，需要对输入信号进行特定的数学运算或变换，以提取出有用的信息或实现特定的功能。
通过信号调理与转换电路中的运算器、比较器、积分器等模块，可以对输入信号进行加减乘除、积分微分、比较判断等处理，以实现特定的信号处理功能。
信号调理与转换电路还可以实现信号的接口转换。
在不同的电子设备和系统之间，常常存在着不同的信号接口和电平标准。
为了实现它们之间的互联互通，需要进行信号的接口转换。
通过信号调理与转换电路中的电平转换器、隔离器、驱动器等模块，可以将输入信号的电平转换为适应目标设备或系统的电平，实现不同信号接口之间的连接和通信。
信号调理与转换电路还可以实现信号的增强和优化。
在某些应用中，为了提高信号的质量和性能，需要对输入信号进行增强和优化。
通过信号调理与转换电路中的增强器、修正器、优化器等模块，可以对输入信号进行增强、修正和优化，以提高信号的清晰度、准确性和稳定性。
信号调理与转换电路在电子设备和系统中起着至关重要的作用。
它可以对输入信号进行放大、衰减、滤波、变换、接口转换、增强和优化，以适应特定的应用需求。
智能测控系统设计PPT课件
V/I变换
电流放大
XTR110范围选择
智 能 测 控 系 统 设 计
3.7 电压频率变换器（V/F）
1.基本原理
智 能
2.电压频率变换器AD650
测
控 系
3.电压频率变换器AD652
统
设
计
基本原理：电荷平衡转 换法
复位状态：开关在S端， 对应单稳态正脉冲(暂 态)，电容积累电荷。
qc= ucCint=(IRiI)TR
智 能 测 控 系 统 设 计
AD
210
应
用
示 智能例
测 控 系 统 设 计
光电耦合隔离放大器
ISO100
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100主要技术指标
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100应用示例
精密电桥隔离放大器
智 能 测 控 系 统 设 计
3．2 仪器放大器
高精度差动放大器，输入阻抗高，共模抑制 比大，输入失调电压、电流小，输入偏置电 流小，温漂小，时漂小。
智 能
1. 工作原理
测
2. AD522精密集成仪器放大器
控
系
3. AD521精密集成仪器放大器
统 设
4. AD620低价格低功耗仪器放大器
计
5. AD626低价格单电源仪器放大器
6. LM363精密仪器放大器
工作原理
智 能 测 控 系 统 设 计
G=(1+2R1/RG) RS/R3
AD522精密集成仪器放大器
kp
但衰减差。
1(/0)2n
，带通特性平坦，
智 能 测 控 系 统
切比雪夫滤波器： H()
kp
，为常数，
电流放大
XTR110范围选择
智 能 测 控 系 统 设 计
3.7 电压频率变换器（V/F）
1.基本原理
智 能
2.电压频率变换器AD650
测
控 系
3.电压频率变换器AD652
统
设
计
基本原理：电荷平衡转 换法
复位状态：开关在S端， 对应单稳态正脉冲(暂 态)，电容积累电荷。
qc= ucCint=(IRiI)TR
智 能 测 控 系 统 设 计
AD
210
应
用
示 智能例
测 控 系 统 设 计
光电耦合隔离放大器
ISO100
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100主要技术指标
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100应用示例
精密电桥隔离放大器
智 能 测 控 系 统 设 计
3．2 仪器放大器
高精度差动放大器，输入阻抗高，共模抑制 比大，输入失调电压、电流小，输入偏置电 流小，温漂小，时漂小。
智 能
1. 工作原理
测
2. AD522精密集成仪器放大器
控
系
3. AD521精密集成仪器放大器
统 设
4. AD620低价格低功耗仪器放大器
计
5. AD626低价格单电源仪器放大器
6. LM363精密仪器放大器
工作原理
智 能 测 控 系 统 设 计
G=(1+2R1/RG) RS/R3
AD522精密集成仪器放大器
kp
但衰减差。
1(/0)2n
，带通特性平坦，
智 能 测 控 系 统
切比雪夫滤波器： H()
kp
，为常数，
什么是电子电路中的信号转换和信号调理
什么是电子电路中的信号转换和信号调理信号转换和信号调理是电子电路中非常重要的概念。
在电子设备和系统中，信号转换和信号调理起着至关重要的作用，它们能够将原始信号转换为适合处理的形式，并对信号进行必要的增强和处理，以保证信号的质量和可靠性。
一、信号转换信号转换是指将原始信号转换为适合特定应用的形式或者将信号转换为数字信号的过程。
原始信号可以是来自传感器、电机控制器、通讯信号等各种来源的模拟信号。
而信号转换的目的是为了使得信号能够在数字系统中进行处理和传输。
在信号转换中，常见的转换方式有模拟转数字（A/D）转换和数字转模拟（D/A）转换。
模拟转数字转换是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，可以通过采样和量化两个步骤来完成。
采样是指对连续信号按照一定的时间间隔进行取样，将连续信号转换为离散的时间序列。
量化是指对取样的信号进行幅度的离散化，将连续的信号转换为离散的幅度序列。
而数字转模拟转换是将数字信号转换为模拟信号，通常通过数模转换器来实现。
二、信号调理信号调理是在信号转换之后对信号进行增强和处理的过程。
原始信号经过转换之后，有可能会带有噪声、失真等问题，因此需要进行相应的处理和调整，以提高信号质量和可靠性。
在信号调理中，常见的操作包括滤波、放大、采样率转换等。
滤波是为了去除信号中的噪声和干扰，可以通过低通滤波器、带通滤波器等进行实现。
放大是为了增强信号的幅度，使得信号能够适应后续的处理和传输需求，可以通过放大器来实现。
采样率转换是为了将信号的采样率转换为适合特定应用的采样率，可以通过插值和抽取等技术来实现。
此外，信号调理还包括信号校准、线性化等操作。
信号校准是为了使得信号的测量和控制结果更加准确和可靠，可以通过校准电路和算法来实现。
线性化是为了使得非线性信号能够线性化处理，常见的技术包括自动增益控制（AGC）、自动调零（Auto-Zero）等。
综上所述，信号转换和信号调理是电子电路中非常重要的环节。
信号转换可以将原始信号转换为适合处理和传输的形式，而信号调理则是对转换之后的信号进行增强和处理，以提高信号的质量和可靠性。
传感器原理及工程应用(第三版)课后题答案
（a）如果采用半桥差动电路，需要在等强度梁的上下两个位置安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥的相邻桥臂，构成半桥差动电路。此时电桥的输出电压为
，是单臂工作时的两倍。
（b）如果采用全桥差动电路，需要在等强度梁的上下四个位置安装四个工作应变片，两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。此时电桥的输出电压为
解：
一阶传感器的幅频特性为：
因为幅值误差限制在±5％以内，即
当 时，有 。
若用此传感器测量 的信号，其幅值误差为：
相位误差为：
第三章
3-5题3-5图为一直流电桥，图中E=4V，R1= R2= R3= R4=120Ω，试求：
（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出的电压U0=?
当R1受压应变，R2受拉应变时，电桥输出电压为：
3-6题3-6图为等强度梁测力系统，R1 为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=800μm/m，试求：
（1）应变片电阻变化量ΔR1 和电阻相对变化量ΔR1/R1。
（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。
第二章
2-1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？
【答】
1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。
3、它们的作用是：
（1）敏感元件：是指传感器中能直接受或响应被测量的部分；（2）计算传感器在满量程时，各应变片的电阻值；
，是单臂工作时的两倍。
（b）如果采用全桥差动电路，需要在等强度梁的上下四个位置安装四个工作应变片，两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。此时电桥的输出电压为
解：
一阶传感器的幅频特性为：
因为幅值误差限制在±5％以内，即
当 时，有 。
若用此传感器测量 的信号，其幅值误差为：
相位误差为：
第三章
3-5题3-5图为一直流电桥，图中E=4V，R1= R2= R3= R4=120Ω，试求：
（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出的电压U0=?
当R1受压应变，R2受拉应变时，电桥输出电压为：
3-6题3-6图为等强度梁测力系统，R1 为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=800μm/m，试求：
（1）应变片电阻变化量ΔR1 和电阻相对变化量ΔR1/R1。
（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。
第二章
2-1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？
【答】
1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。
3、它们的作用是：
（1）敏感元件：是指传感器中能直接受或响应被测量的部分；（2）计算传感器在满量程时，各应变片的电阻值；
模拟量输入通道
3.5 A/D转换器
主要知识点
工作原理与性能指标 ADC0809芯片及其接口电路 AD574A芯片及其接口电路
3.5.1 工作原理与性能指标
逐位逼近式A/D转换原理 双积分式A/D转换原理 电压/频率式A/D转换原理 A/D转换器的性能指标
1．逐位逼近式A/D转换原理
图 逐位逼近式A/D转换原理图
链接动画
单击此处可添加副标题
例题3-2：一个8位A/D转换器，设VR+ = 5.02 V， V R = 0 V,计算当VIN分别为0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量。 解：把已知数代入公式（3-4）： V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量分别为00H、80H、FFH。 此种A/D转换器的常用品种有普通型8位单路ADC0801～ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路ADC0816/0817等，混合集成高速型12位单路AD574A、ADC803等。
定时方式读A/D转换数
链接动画
这两种方法的共同点： 硬软件接口简单，但在转换期间独占了CPU时间，好在这种逐位逼近式A/D转换的时间只在微秒数量级。 当选用双积分式A/D转换器时，因其转换时间在毫秒级，因此采用中断法读A/D转换数的方式更为适宜。 因此，在设计数据采集系统时，究竟采用何种接口方式要根据A/D转换器芯片而定。
1.无源I/V变换
构成－－无源器件电阻＋RC滤波＋二极管限幅等实现， 取值: 输入0- 10 mA，输出为0 -5 V ，R1=100Ω，R2=500Ω； 输入4 -20 mA，输出为1 - 5 V，R1=100Ω，R2=250Ω； 电路图：
构成－－ 运算放大器＋电阻电容组成； 电路放大倍数－－同相放大电路 取值－ R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ 输入0 ~ 10 mA输出0 ~ 5 V R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ 输入4 ~ 20 mA输出1 ~ 5 V 电路图：
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 转换原理 2. 位数与分辨率 3. 转换时间频率 4. 触发外延
5. 延迟 6. A/D板
设定: 比较： 比较结果 转换数据
2 7+ 2 5 + 2 3 168 > 2 7+ 2 5
CAU
1905
T
研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 数据采集
2. 信 号 分 类 3. 模 拟 信 号
信号分类 根据信号所传递的信息进行分类
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
结束返回
数码设定器设定（mv）： 设定比较电压（mv）：
27 12
2 7+ 2 6 192
2 7+ 0 + 2 5 160 < 2 7+ 2 5
2 7+ 2 5 + 2 4
176 > 2 7+ 2 5
与输入电压比较结果：
CAU
1905
8
< 27
>
2 7+ 0
转换数据输出值：
T
研究生 工程测试 数据处理
传感器
信号调理
计
传感器 信号调理 采样/ 保持器 A/D 转换器 算 机 A/D 转换器 控制 逻 辑
传感器
结束返回
信号调理
采样/ 保持器
CAU
1905
T
研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
多通道采集
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
采集模式
Battery 1
通道设置
• • • • • 扫描顺序 增益 范围 单端/差分输入 单极/双极
连续扫描 同步采样 间隔扫描
Battery 2 Strain gauge 1 Strain gauge 2
CAU
1905
T
研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 调 理 任 务
2. 滤 波 器
3. 模拟信号调理
ξ2-3 信号的调理
一、信号调理的任务
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
1. 调 理 任 务
2. 滤 波 器
3. 模拟信号调理
二、滤波器
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
低通滤波器：低频信号通过，衰减高频信号； 滤波器带通滤波器：设定频带内信号通过，衰减其余频带信号； 高通滤波器：高频信号通过，衰减低频信号。
结束返回
研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 调 理 任 务
2. 滤 波 器
3. 模拟信号调理
前端信号调理模块
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
概 念
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
1、传感器：将非电量信号转变成电信号； 2、信号调理：对信号进行放大、滤波、零点校正、线性化 处理、温度补偿、误差修正和量程切换等； 3、模数转换：将模拟信号转换成数字信号； 4、计算机：对所接收的数字信号进行处理、计算、及对外 控制等。
1、前置放大功能：由于传感器转换的电信号非常微弱，传 输过程中易于受干扰，所以首先进行放大，然后再进行传 输和滤波等其他环节。
2、滤波功能：滤波的目的是将非测量频率段的干扰信号电 平极大衰减，从而保证较大的信噪比。
结束返回
CAU
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1、大信号输出传感器，可直接与A/D配套使用，例如磁电式位 移、速度传感器； 2、数字式传感器，一般为开关量或频率参量，例如接近开关 、流量计、转速传感器等；
3、集成传感器，传感器与信号条理电路一体化，例如荷重传
感器、扭矩传感器等；
结束返回
4、光纤传感器，信号的拾取、变换、传输全部通过光导纤维 来实现。
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
Advanced Measuring&Testing in Mechanical Engineering
现代工程测试与数据处理
开关信号 数字信号 脉冲信号
on 10-
off t 状态
速率 t
信号 静态信号
结束返回
0.985 t
幅值 曲线 t
模拟信号
动态信号
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
ξ2-2 模拟输入通道 一、基本类型与组织结构
Battery
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
传感器 传感器
信号调理 信号调理
传感器
信号调理
模 拟 多 路 切 换 器
采样/保 持器
A/D 转 换器
计算 机
控制 逻 辑
结束返回
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结束返回
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 转换原理 2. 位数与分辨率 3. 转换时间频率 4. 触发外延
5. 延迟 6. A/D板
结束返回
CAU
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
（二）、可用的传感器类型
§3.1 概 述 §3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
结束返回
CAU
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
集中采集式（集中式）
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
（一）、技术要求
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
1、能将被测量转换为电量，并保持被测量的特性不变； 2、转换精度符合要求，一般为总测量精度的十倍左右； 3、能满足被测介质和使用环境的特殊要求，其本身也具有优良 特性；
4、能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
电流输入/输出
电流与电压的转换; 隔离，放大，噪声滤波
热敏电阻
激励电源 隔离，放大，噪声滤波
数据采集 A/D
热电偶
结束返回
隔离，放大，噪声滤波 冷端补偿
应变片
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激励电压，电桥电路 隔离，放大，噪声滤波
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Demo
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
传感器
信号调理
采样/ 保持器
传感器
信号调理
采样/ 保持器
模 拟 多 路 切 换 器
采样/ 保持器
A/D 转换器
计 算 机
控制 逻 辑
1. 转换原理 2. 位数与分辨率 3. 转换时间频率 4. 触发外延
5. 延迟 6. A/D板
设定: 比较： 比较结果 转换数据
2 7+ 2 5 + 2 3 168 > 2 7+ 2 5
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 数据采集
2. 信 号 分 类 3. 模 拟 信 号
信号分类 根据信号所传递的信息进行分类
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
结束返回
数码设定器设定（mv）： 设定比较电压（mv）：
27 12
2 7+ 2 6 192
2 7+ 0 + 2 5 160 < 2 7+ 2 5
2 7+ 2 5 + 2 4
176 > 2 7+ 2 5
与输入电压比较结果：
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8
< 27
>
2 7+ 0
转换数据输出值：
T
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传感器
信号调理
计
传感器 信号调理 采样/ 保持器 A/D 转换器 算 机 A/D 转换器 控制 逻 辑
传感器
结束返回
信号调理
采样/ 保持器
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
多通道采集
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
采集模式
Battery 1
通道设置
• • • • • 扫描顺序 增益 范围 单端/差分输入 单极/双极
连续扫描 同步采样 间隔扫描
Battery 2 Strain gauge 1 Strain gauge 2
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 调 理 任 务
2. 滤 波 器
3. 模拟信号调理
ξ2-3 信号的调理
一、信号调理的任务
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
1. 调 理 任 务
2. 滤 波 器
3. 模拟信号调理
二、滤波器
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
低通滤波器：低频信号通过，衰减高频信号； 滤波器带通滤波器：设定频带内信号通过，衰减其余频带信号； 高通滤波器：高频信号通过，衰减低频信号。
结束返回
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 调 理 任 务
2. 滤 波 器
3. 模拟信号调理
前端信号调理模块
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
概 念
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
1、传感器：将非电量信号转变成电信号； 2、信号调理：对信号进行放大、滤波、零点校正、线性化 处理、温度补偿、误差修正和量程切换等； 3、模数转换：将模拟信号转换成数字信号； 4、计算机：对所接收的数字信号进行处理、计算、及对外 控制等。
1、前置放大功能：由于传感器转换的电信号非常微弱，传 输过程中易于受干扰，所以首先进行放大，然后再进行传 输和滤波等其他环节。
2、滤波功能：滤波的目的是将非测量频率段的干扰信号电 平极大衰减，从而保证较大的信噪比。
结束返回
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1、大信号输出传感器，可直接与A/D配套使用，例如磁电式位 移、速度传感器； 2、数字式传感器，一般为开关量或频率参量，例如接近开关 、流量计、转速传感器等；
3、集成传感器，传感器与信号条理电路一体化，例如荷重传
感器、扭矩传感器等；
结束返回
4、光纤传感器，信号的拾取、变换、传输全部通过光导纤维 来实现。
研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
Advanced Measuring&Testing in Mechanical Engineering
现代工程测试与数据处理
开关信号 数字信号 脉冲信号
on 10-
off t 状态
速率 t
信号 静态信号
结束返回
0.985 t
幅值 曲线 t
模拟信号
动态信号
CAU
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T
研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
T
研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
ξ2-2 模拟输入通道 一、基本类型与组织结构
Battery
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
传感器 传感器
信号调理 信号调理
传感器
信号调理
模 拟 多 路 切 换 器
采样/保 持器
A/D 转 换器
计算 机
控制 逻 辑
结束返回
CAU
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
结束返回
CAU
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Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 转换原理 2. 位数与分辨率 3. 转换时间频率 4. 触发外延
5. 延迟 6. A/D板
结束返回
CAU
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T
研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
（二）、可用的传感器类型
§3.1 概 述 §3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
结束返回
CAU
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研究生 工程测试 数据处理
Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第三章 信号 调理与转换 §3.1 概 述
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
集中采集式（集中式）
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
（一）、技术要求
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
1、能将被测量转换为电量，并保持被测量的特性不变； 2、转换精度符合要求，一般为总测量精度的十倍左右； 3、能满足被测介质和使用环境的特殊要求，其本身也具有优良 特性；
4、能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
电流输入/输出
电流与电压的转换; 隔离，放大，噪声滤波
热敏电阻
激励电源 隔离，放大，噪声滤波
数据采集 A/D
热电偶
结束返回
隔离，放大，噪声滤波 冷端补偿
应变片
CAU
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激励电压，电桥电路 隔离，放大，噪声滤波
T
Demo
1. 基 本 类 型
2. 传 感 器 选 用
§3.2 模拟输入 §3.3 信号调理 §3.4 A/D转换 §3.5 模拟输出
传感器
信号调理
采样/ 保持器
传感器
信号调理
采样/ 保持器
模 拟 多 路 切 换 器
采样/ 保持器
A/D 转换器
计 算 机
控制 逻 辑