精密信号调理基础知识
pH传感器调理电路

目录目录 (I)第1章绪论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.2 设计目的 (1)1.3 设计要求 (1)第2章 pH值信号调理电路总体设计 (2)2.1pH计 (2)2.2测量原理 (2)2.3pH值传感器信号调理电路总体设计 (3)2.4可靠性和抗干扰设计 (3)2.4.1可靠性 (3)2.4.2抗干扰技术 (4)第3章器件选型 (6)3.1pH复合电极 (6)3.2pH信号调理电路 (6)3.2.1电压跟随器 (8)3.2.2减法器 (9)3.3温度采集电路 (9)3.4模拟开关 (10)3.5器件选型表 (11)第4章仿真与PCB电路设计 (12)4.1 仿真原理图 (12)4.2PCB图 (12)4.3PCB图3D效果图 (13)第5章设计心得和体会 (15)参考文献 (16)第1章绪论1.1 课题背景与意义pH值的测控广泛应用于食品、制药、化工、表面处理、水处理等领域,它以实时的数据为生产控制带来了极大的方便,解决了化验室跟踪分析时数据严重滞后、不能完全代表装置生产状况的问题。
在化学分析和化工过程中,溶液的pH值是一个基本参数。
为了实时的测量溶液的pH值,经常会用到pH计(即酸度计)。
pH计分为两部分:pH复合电极和变送电路。
pH复合电极是传感器,用于拾取溶液的pH值,把pH值转换成与之成正比的微弱电信号;变送电路的作用是把微弱电信号进行放大,并转换成标准的电信号,如电压信号,电流信号或频率信号等。
1.2 设计目的本次课设主体任务是电厂锅炉给水pH值检测系统设计,分三个阶段进行,此阶段是第一阶段:仪器仪表电子工艺课程设计。
此阶段的任务是pH值传感器信号调理电路设计与仿真。
设计目的有:了解常用电子元器件基本知识,如电阻、电容、电感,二、三极管,集成电路,包括外观、极性、测试。
了解印刷电路板的设计和制作过程,PCB电路设计的基本过程,PCB制造工艺基本过程。
掌握电子元器件选型的基本原理和方法,如类型、参数、功率、性价比等方面。
传感器原理及应用实训课后答案刘芳

传感器原理及应用实训课后答案刘芳篇一一、题目(一)物理学章节传感器的基本转换原理(基础难度)1. 简述电阻式传感器将非电学量转换为电学量的基本原理,并列举一种电阻式传感器的实例及其工作原理。
(二)电子工程学章节传感器的信号调理(中等难度)2. 已知一温度传感器输出的电压信号范围为0 5V,对应温度范围为0 100°C。
现需要将该信号调理为0 10V,对应温度范围不变,请设计一个信号调理电路(画出电路图并说明各元件的作用)。
(三)自动化章节传感器在控制系统中的应用(高难度)3. 在一个自动化生产线上,使用光电传感器来检测传送带上的零件是否存在缺陷。
光电传感器的输出信号为数字信号(高电平表示零件正常,低电平表示零件有缺陷)。
请设计一个控制系统,当检测到有缺陷的零件时,能够将该零件从传送带上移除,并给出系统的整体架构图和各部分的功能描述。
二、答案(一)1. 电阻式传感器将非电学量转换为电学量的基本原理是基于导体或半导体的电阻值会随某些非电学量(如应变、温度、湿度等)的变化而变化。
当这些非电学量发生改变时,会引起导体或半导体的几何尺寸、材料特性等发生变化,从而导致电阻值的改变,这样就将非电学量转化为了电学量(电阻值的变化)。
例如金属应变片式电阻传感器,其工作原理是基于金属丝的应变效应。
当金属丝受到外力作用时,会发生机械变形,其长度L、横截面积S会发生变化,根据电阻公式\(R = \rho\frac{L}{S}\)(其中\(\rho\)为电阻率),由于\(L\)增大、\(S\)减小(拉伸情况),电阻值\(R\)会增大。
(二)2. 可以采用一个同相比例放大器电路来实现信号调理。
电路图:输入电压\(V_{in}\)(温度传感器输出的0 5V信号)连接到运算放大器的同相输入端,运算放大器的反相输入端通过一个电阻\(R1\)接地,同时在反相输入端和输出端之间连接一个反馈电阻\(Rf\)。
电源为\(\pm15V\),输出电压\(V_{out}\)。
4-20mA输出电路讲解

4-20mA输出电路一、4-20mA电流环工作原理在工业现场,用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输,会产生以下问题:1.由于传输的信号是电压信号,传输线会受到噪声的干扰;2.传输线的分布电阻会产生电压降;3.在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响,我们用电流来传输信号,因为电流对噪声并不敏感。
4~20mA的电流环便是用4mA表示零信号,用20mA表示信号的满刻度,而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
对4-20mA电路的输出要求1)输出电流与输入电压成正比;2)输出电流为恒流源。
即当负载电阻在规定范围内变化时,输出电流保持不变;3)输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。
一般地,还要附加一个要求,即输入电压与输出电流共地。
二、4-20mA电路1. 7362405593由图可见,电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成,V0为偏置电压,Vin为输入电压即待转换电压,R 为负载电阻。
其中运算放大器起比较器作用,将正相端电压V+输入信号与反相端电压V-进行比较,经运算放大器放大后再经三极管放大,BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上。
由运放性质可知:V-= Ie•Rw= (1+ k)Ib•Rw (k为BG9013的放大倍数),流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于k•Ib。
令R1=R2,则有V+= V- = V0+Vm= (1+k)Ib•Rw= (1+1/k)Io•Rw,其中k>1所以Io≈ (Vo+Vin)/Rw其中:Io 为输出到负载的电流Vo 为偏置电压Vin为输入电压即待转换电压Rw为反馈电阻即三极管射极电流Ie流经的电位器或电阻由上述分析可见,输出电流Io的大小与输入电压Vin成正比(偏置电压和反馈电阻Rw为定值时),而与负载电阻R的大小无关,说明电路良好的恒流性能。
霍尔型传感器信号调理电路的设计

霍尔型传感器信号调理电路的设计【摘要】所谓信号调理就是通过电子元器件的有机组合,对传感器输出的信号进行调节、变换和整理的过程。
信号调理电路的具体设计需要综合考虑数据采集的目的、现场环境及控制系统的算法设计等各种因素。
本文论述了霍尔型电压、电流传感器信号的调理电路的具体实现方法,并应用试验方法验证了电路的可靠性等有关特征参数。
【关键词】传感器;信号调理;放大器;电路设计;霍尔当代社会中在工业控制等方面,经常要将电流、电压、温度、湿度等模拟量转换成数字量,然后在微处理器内作进一步运算和处理,完成相应的数据存储、数据传输和数据输出,达到分析和控制的目的。
模拟量的采集一般使用传感器来将它们转换为电气量来进行处理。
然而传感器送出的信号往往不能满足处理器输入信号的要求,这就需要我们设计相应的信号调理电路来把这种不合要求的信号变换为符合处理器输入信号要求的信号。
此电路设计的优化程度如何,直接关系到微处理器采集到的信号的准确程度。
霍尔型电压、电流传感器具有结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、无触点、使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成化等优点,在测量技术、自动化技术和信息处理等新技术领域得到广泛的应用。
本文就其输出信号特点设计了相应的信号调理电路,并且通过实验验证了所设计电路的可行性及可靠性。
1 霍尔型传感器霍尔传感器是一种磁传感器。
用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。
它采用双电源供电,可采集电压、电流等电气信号,输出信号可以是电压信号,也可以是电流信号。
本文以LV28-P型霍尔电压传感器为例说明霍尔型传感器输出信号调理电路的设计过程。
传感器LV 28-P的原边与副边之间是绝缘的,主要用于测量直流、交流电压和脉冲电压。
其各参数指标如下:1)电参数IP N:原边额定有效值电流10mA IS N:副边额定有效值电流25mAKN:转换率2500:1000 VC:电源电压(±5%)±15V2)精度-动态参数XG:总精度@IP N,TA = 25℃±0.6 %IO T :IO 的温漂:0℃~+25℃± 0.2mA+25℃~70℃± 0.3mATr:响应时间@90% of VPmax 40μs。
心电信号采集与调理电路

心电信号的采集和调理电路1概述1.1国内外发展现状心电图机就是用来记录心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。
由于心电图机诊断技术成熟、可靠,操作简便,价格适中,对病人无损伤等优点,已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。
在国外,心电图机的研制和生产,占主要地位的是以德国、日本、加拿大、美国为主的发达国家,相对而言国内心电图机发展速度较慢,水平较落后,心电图机的研制和生产是在1904年荷兰的爱因托芬(Willem Einthoven)制造的第一台弦线式电流计的基础上发展而来的,20世纪50年代之前,心电图机的发展主要解决了小型化和提高灵敏度的问题。
1960年第一个专用心电图波形自动识别系统建立起来,自1978年美国Marquett公司首次推出数字化12导同步心电图机,便开创了心电图记录、分析与诊断、保存与管理的新纪元,从此心电图机进入数字化发展新时代,特别是计算机在各个领域的广泛运用,数字化信息处理为医学界进步和深入研究提供了现代化高科技手段。
常规的心电图机有单道和多道,虽使用方便,但体积庞大、价格高,主要适合医院,并且对许多偶发、短暂心律失常无法进行监测;动态心电图机(HOLTER),虽然可用于24小时甚至更长时间的心电图记录,但是HOLTER价格昂贵,使用不方便,并且不能实时处理。
在国内,截至2007年10月,据不完全统计,我国已有医疗器械生产企业12530家,而专业生产心电图机的企业仅有20几家,大多数是中小企业,产品技术水平较低,不具备国际竞争力,所需的器件、材料、工艺,水平低基础差。
目前我国心电图机主要生产厂家在广东、山东和上海,但在国内市场上均形不成主导地位。
1985年上海医用心电图机的产品约占全国的80%,产品畅销;但自1989年12月上海医用电子仪器厂与日本光电工业株式会社签约合资成立上海光电医用电子仪器有限公司后,中国几家心电图机生产企业便开始滑坡,而光电公司的产品却更加稳固地占领了中国市场。
有关信号采集功能中的信号调理的电路设计

【 关键词 】 信 号采集; 单 片机 ; 信号调理电路
采用 的是 三线制接法, 消 除了长距离传输 时传输导线 的电阻带来的误 1 . 硬 件 设 计 采集过来 的电阻值接在 I N 1 、 I N2 两端 I N 2 、 I N 3被三线制接法后短 信号调理 电路单路输入 的硬件结构, 包括信号输入 、 放大 、 单片机 差 。 2 . 5 v基准电压此时加在热 电阻及 R 8 、 R9上,变为毫伏 级电压信号 控制等几大部分 信号输入 电路 由精密基准 电源 M A X 8 7 2 、 光继电器 接. | I O 0输入 3 9 0 . 2 6 1 1时转换为约 2 9 0 m V左右 的电压输出 A Q W2 1 2 E 、 运放 4 5 0 2 及精密仪表开关电容模块 L T C 1 0 4 3 等组成 。其 输入 当为 P ( 3 ) 采集每个通 道信号前还 要采集两 个不 同的基 准电压, 实 现仪 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 X8 7 2输 的 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 表 存测量 中的 白校 正功能 电路 中精 密基 准 电源 MA . 5 V电压经精密 电阻 R1 ( 6 6 k 1  ̄ 1 、 R 3 ( 1 9 2 k f  ̄ ) 分 后, 将 约为 6 4 0 mV左 回路的检测结果. 实现系统 的在线 自校正。 MA X8 7 2具有较 宽的电压输 2 9 2 4 1 的 0号电位器分压 此时继 电器 s 4 、 s 5 、 S 6断开, 继 电器 入范 围f 2 . 7 ~ 2 0 V ) . 输 出精度可达 2 . 5 0 0 V + 0 . 2 %。L T C1 0 4 3 C N是双精密 右加在 X 3 7合上。 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 P 2. 软 件设 计 采 样 保 持 电路 等 当 内部 开 关 频 率 被 设 定 在 额定 值 3 0 0 H z时, 软件 部分所要完成 的工作 就是控制各光继 电器的状态及设定数 L T C 1 0 4 3 C N的传输精确度最高, 此时 电容器 c s 和C H大小 均为 1 ¨ F 。 9 2 4 1中各数字电位器滑动端 的位置 本模块采用单片机控 L T C 1 0 4 3 C N和运放 L T 1 O 1 3 组成差分单端放大器, 采用 L T C 1 0 4 3 C N为 字电位器 X 差分输入 的电压采样 值 电压保 持在电容器 c s 上并送 到接地参 考电 制. 可与其 它模块单片机或上位机进行通信 信号类 型的设定 也 可通 容器 C H中. 而C H 的电压送到 L T 1 0 1 3的非反相输入端放大 过扫描键 盘或 I c卡完成 确定了各路的信号类型后, 对应不同的输入 数字电位器 X 9 2 4 1 内部的 4 个电位器滑动端的数值不 同 , 其中 L T C 1 0 4 3 C N是通过电容完成电压 的传输 - f 吏 电压由差分输 入变为 信号 单端输入. 并起到 了很好 的信号隔离作无线机车信号 系统是用无 线信 决定放大倍数 的电位器 R W1 R W2 . R W3的数值 n l , n 2 , n 3 可用下 面计 使得 当信号输入为上 限值时 在L T 1 0 1 3 的输出端得到约 道方式代替轨道 电路。 传输行 车信息 的新型铁路信号 系统 它 实现了 算方法得到 列车与地面之间 的双 向通 信, 列车可将其 位置 、 速度等信息传给 车站, 为5 0 0 mV的输 出电压 算法为令 n 1 = 6 3 V i H 5 0 0 n 2 = / 1 1 +1 【 I j l J 得到电阻 同时车站也可将行车信号和命令传给列车, 实现了对列车的闭环控制, R W3两端的电压 V3 = 5 0 0 H 6 3 ( r n V ) 。 不间断地跟踪 、 监控列车运行提 高了列车运行 的安全性 无线机车信 由v i = ( v 3 H6 3 ) n 3 + ( 5 0 O H6 3 ) n 1 得到 n 3 = ( 6 3 x 6 3 H5 0 0 ) ・ V i 一6 3 n l 其 号系统可分为 2种类型 : ①列车从一个车站 到另一个车站 的整个运行 中 v i 为信号输入上限值时对应 的 L T 1 0 l 3 输 出电 值 . . 若采集 8 个通 过程 中都有机车信号显示, 称 为连续 式无线机车信号 用 G S M— R无线 道.则需将 2 4个字节数据 的电位器 R W1 , R W2 , R W3的数值 n 1 , n 2 , n 3 另外还要保存 8 个字节 的通道 信号类型 。当 传输方式实现: ⑦列车从一个车站到另一个车站运行时 只有在临近车 顺序保存在本模块 的中, ~ 7八个 通道时. 根据不 同的通道 号. 一方面从 E E P RO M 巾 站地 区才有机车信号. 称为接近连续式无线机车信号, 用普通数传 电台 巡 回采集 O 即可实现 青藏铁路就采用了接近连续式无线机车信号 用在本设计 取 出 X 9 2 4 1 滑动端相应的数值 通过总线写入 X 9 2 4 l 数据寄存器 巾, 数 中双 电容 的巧妙接法解决了热 电阻 的三线制输入问题 据 寄存器 的内容可传输到 滑动计数 寄存 器 WC R以设 置滑动端 的位 放大 电路 由运放 L T1 0 1 3和数字 电位器 X9 2 4 1 M组成.放大增益 置: 另一方面从 E E P R O M 中取 出该通 道 的信 号类型 根据 信号类 型控 Q W2 1 2 E的开合状态 . 并将 X 9 2 4 1的 0号电位器 R W 由数字 电位器 X 9 2 4 1 中二个数字 电位器决定, 使输入信号经过放大后 制各光继 电器 A 均变 为 0 ~ 5 0 0 mV的电压信号 满足模数转换器允许的电压输入 范围 置上合适 的数值 实现信号的正确输 入及调理 在 没计中, 电压 、 电流 、 热电偶 、 热 电阻等 多种 类型的输 入信 号, 完 本 部分 电路仅完成信号输入 是我们研制 网络化智 能仪表 的一部 分对 于输入信号模数转 换 、 数据处理 、 显示则 由其它模块完成 s 4 、 s 5 、 s 6 成了对各种输 入信号 以及多种输入范围的高精度测量 设汁 巾器件传 低端 的测量是关 键, 它们影 响着测量 的精 是控制一路输入 的光继 电器. 采集该路信号 时同时合上 其他 电路是所 输信号 的线性 度与信号高 、 有通道信 号输入 的公共 电路, 只是根据输 入信号的不同 单片机改变其 度. 在小信 号测量时注意提升电位 大信号测量时注意电源的供给要 在软件 上做一 些算法 修正, 这个信 余光继 电器 的状态 形成不同的输入 电路 具体可分为以下几种情况: 留有余 量 通过选择精密的元器件 ( 1 ) 采集 1 ~ 5 v电压信 号时: 继 电器 C H合 上, P 1 1 、 S I 、 P 3 7断开, 通 号调理电路的线性度很好, 而且通过 白校正算法克服 了零漂 。 过电阻 R 2 、 R 4 实现分压后变 为 0 . 2 5 ~ 1 . 2 5 V的电压信 号加在 数字电位 器 X9 2 4 1的 0号电位器 v 0的两端 经过软件实现对该 电位器 的调节 【 参考文献 】 令其滑动端 的数值为 2 5 按2 5 J 6 3 ( 电位 器内共有 6 3个 电阻单元组 成 [ 1 ] 乔 巍, 杜爱玲, 陈春, 叶艽生 高速数据采集系统信号渊理电路 的没计 l J 1 _ 电子技 的阵列1 这样 比例继续分压变为约 1 0 0 ~ 5 0 0 m V信号 , 加L T C1 0 4 3 C N的 术, 2 0 0 3 , ( o 4 ) 电容 c s上. 此时数字电位器 X 9 2 4 1的其它 3个电位器形成的放大倍 f 2 ] 应秀华, 徐兵. 一种光电编码器数字滤波 电路 的误 计数 原因探 讨l J l l 机床与液 数应为 1 .才能保证 在运放 L T 1 0 1 3的输 出端最大 电压不超过 5 0 0 mV ; 压, 2 0 0 2 , ( O 4 ) . 『 3 ] 胡 东源 . G S M— R / C T C S在中 国铁路 的应 用 与发展 战 略l J I 铁 道通 信 信号 . 具体如何设置这 3 个 电位器滑动端的数值见后 面软件部分 0 0 3 ( 1 ) . ( 2 ) 采集热电阻信号 时: 继 电器 s I 、 P 1 1 合上, c H、 P 3 7 断开。 热 电阻 2
电路笔记:集成同步解调功能的低功耗LVDT信号调理器

电路笔记:集成同步解调功能的低功耗LVDT信号调
理器
同步解调器和可配置模拟
AD7192
内置PGA的4.8 kHz、超低噪声、24位Σ-Δ型
ADG794
低压、300 MHz、四通道2:1多路复用模拟高清电视音频/视频开关ADP151
超低噪声、200 mA 线性调整器
功能与优势
图1所示电路是一款完整的线性可变差分(LVDT)信号调理电路,可精确测量距离机械参考点的线性位置或线性位移。
模拟域中的同步解调用于提取位置信息并抑制外部噪声。
24位、Σ-Δ模数转换器(ADC)可数字化位置输出信息,以实现高精度。
LVDT在活动核心和线圈组件之间采纳电磁耦合。
这种非接触式(因而是无摩擦的)工作方式是它们广泛用于航空航天、过程控制、、核、化学工厂、液压、动力涡轮以及其他恶劣工作环境和要求具备长工作寿命与高牢靠性应用的主要缘由。
包括LVDT激励信号在内的囫囵电路功耗仅为10 mW。
电路激励频率和输出数据速率均为SPI可编程。
该系统允许在可编程带宽和动态范围之间举行权衡取舍,支持1 kHz以上的带宽,且在20 Hz带宽时具有100 dB动态范围,是精密工业位置和计量应用的抱负之选。
图1. LVDT信号调理电路(原理暗示图:未显示全部衔接和去耦)电路描述
ADA2200同步解调器可在信号解调至与LVDT核心位移成比例的低频输出之前对LVDT次级信号举行滤波,从而提取位置信息。
ADA2200驱动
第1页共8页。
ADI电路笔记 CN-0359说明书

电路笔记CN-0359Circuits from the Lab® reference designs are engineered and tested for quick and easy system integration to help solve today’s analog, mixed-signal, and RF design challenges. For more information and/or support, visit /CN0359.连接/参考器件AD825310 MHz、20 V/μs、G = 1、10、100、1000、i CMOS可编程增益仪表放大器ADuCM360集成双通道Σ-Δ型ADC和ARM Cortex-M3的低功耗精密模拟微控制器ADA4627-1 30 V、高速、低噪声、低偏置电流JFET运算放大器AD8542CMOS轨到轨通用放大器ADA4000-1 低成本、精密JFET输入运算放大器ADP2300 1.2 A、20 V、700 kHz/1.4 MHz异步降压型稳压器ADA4638-1 30 V、零漂移、轨到轨输出精密放大器ADP1613 650 kHz/1.3 MHz升压PWM DC-DC开关转换器ADA4528-2 精密、超低噪声、RRIO、双通道、零漂移运算放大器ADG1211低电容、低电荷注入、±15 V/+12 V iCMOS四通道单刀单掷开关ADA4077-2 4 MHz、7 nV/√Hz、低失调和漂移、高精度放大器ADG1419 2.1 Ω导通电阻、±15 V/+12 V/±5 V、iCMOS单刀双掷开关AD8592 CMOS、单电源、轨到轨输入/输出运算放大器,具有关断功能ADM3483 3.3 V限摆率、半双工、RS-485/RS-422收发器全自动高性能电导率测量系统Rev. 0Circuits from the Lab® reference designs from Analog Devices have been designed and built by AnalogDevices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design andconstruction of each circuit, and their function and performance have been tested and veri ed in a labenvironment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any Circuits from the Lab circuits. (Continued on last page)One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 Fax: 781.461.3113 ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved.评估和设计支持电路评估板CN-0359电路评估板(EVAL-CN0359-EB1Z)设计和集成文件原理图、源代码、布局文件、物料清单电路功能与优势图1中的电路是一个完全独立自足、微处理器控制的高精度电导率测量系统,适用于测量液体的离子含量、水质分析、工业质量控制以及化学分析。