4 测试信号调理电路与显示解析
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传感器信号调理电路
输出高电压和大电流
（1）反向比例运算放大器
二、典型放大器的设计 （一）反相放大器
放大倍数
R2
A= uo / ui = –R2 / R1 当R2 = R1时， uo =- ui
ui
R1
-ห้องสมุดไป่ตู้
∞
+
uo
+ N1
R3
（2）同相放大器
放大倍数
R2
R1 -
A= uo / ui = 1+R2 / R1
反向运算放大器存在的问题主要是 输入电阻较低，通常只有几千欧 而同比例运算放大器可以得到较大的 输入电阻，较低的输出电阻
测量放大器也叫仪表放大器、数据放大器 它对微小差模电压很敏感，适用于测量远 距离的小信号，适合与微小信号输出的传 感器配合使用。
2 测量放大器的电路原理
测量放大器构成
由两级放大器构成：
Ui1
+
A1
U3
R3
U5
R5
-
1. 两个同相放大 器A1、A2输 入阻抗高。 2. 普通差动放大 器A3，将双端 输入变为对地 的单端输入。
1.3 信号调理电路与敏感、转换元件输出阻抗匹配 敏感或转换元件的输出阻抗大小决定电路结构形式。 (1) 高输出阻抗型 敏感元件输出信号微弱、输出阻抗高，如压电元件，其 输出阻抗高达108Ω以上。 电路的作用：一是吸收信号源的输出并进行一定变换和 放大，将信号变换成电路易于处理的形式；二是阻抗变 换，将高输出阻抗变换成低输出阻抗。要求电路有高输 入阻抗和尽可能低的输出阻抗，以及低噪声、低漂移和 抗干扰能力。 (2) 低输出阻抗型 传感器的输出阻抗较低，输出信号形式多种多样。 后接电路的作用：一般是将信号不失真地变换成较强的 电压或电流信号，在它的性能上对稳定性、抗干扰能力 等方面考虑较多。
（1）反向比例运算放大器
二、典型放大器的设计 （一）反相放大器
放大倍数
R2
A= uo / ui = –R2 / R1 当R2 = R1时， uo =- ui
ui
R1
-ห้องสมุดไป่ตู้
∞
+
uo
+ N1
R3
（2）同相放大器
放大倍数
R2
R1 -
A= uo / ui = 1+R2 / R1
反向运算放大器存在的问题主要是 输入电阻较低，通常只有几千欧 而同比例运算放大器可以得到较大的 输入电阻，较低的输出电阻
测量放大器也叫仪表放大器、数据放大器 它对微小差模电压很敏感，适用于测量远 距离的小信号，适合与微小信号输出的传 感器配合使用。
2 测量放大器的电路原理
测量放大器构成
由两级放大器构成：
Ui1
+
A1
U3
R3
U5
R5
-
1. 两个同相放大 器A1、A2输 入阻抗高。 2. 普通差动放大 器A3，将双端 输入变为对地 的单端输入。
1.3 信号调理电路与敏感、转换元件输出阻抗匹配 敏感或转换元件的输出阻抗大小决定电路结构形式。 (1) 高输出阻抗型 敏感元件输出信号微弱、输出阻抗高，如压电元件，其 输出阻抗高达108Ω以上。 电路的作用：一是吸收信号源的输出并进行一定变换和 放大，将信号变换成电路易于处理的形式；二是阻抗变 换，将高输出阻抗变换成低输出阻抗。要求电路有高输 入阻抗和尽可能低的输出阻抗，以及低噪声、低漂移和 抗干扰能力。 (2) 低输出阻抗型 传感器的输出阻抗较低，输出信号形式多种多样。 后接电路的作用：一般是将信号不失真地变换成较强的 电压或电流信号，在它的性能上对稳定性、抗干扰能力 等方面考虑较多。
测试信号的转换与调理.
29
第四章 信号的转换与调理
4.4 滤波器 4.4.2 理想滤波器
2. 理想滤波器的单位脉冲响应
（e）滤波后的波形
14
第四章 信号的转换与调理
4.3.1 调幅与解调 3.解调方法
相敏检波：利用二极管的单向导通作用，将电 路输出极性换向。
考虑到交变信号在过零点时符号极性发生突 变，调幅波的相位也相应地发生180o的相位 跳变。利用载波信号与调幅波比相，便能既反 映原信号的幅值又反映其极性。
2
f0)1 2X(f)(f
f0)
7
第四章 信号的转换与调理 y(t) cos2f0t
Y(f )
1
1
2
2
4.3.1 调幅与解调 2.调幅信号的频谱
0
t
-f0
0
+f0 f
x(t )
X( f )
0 xm (t)
t
-fm
0
+fm
f
Xm( f ) X ( f )Y( f )
0
t
-f0
0
+f0 f
(a)
(b)
ua
高通滤波器
C2
R2
uo
包络检波器
2f f0
ua f
x
0
t
t
(a)鉴频器电路
图4.21 鉴频器原理
(a) 鉴频器电路 (b) 高通滤波器幅频特性 (c)恢复出的调制信号
(b)高通滤波器幅频特性
(c)恢复出的调2制4 信号
第四章 信号的转换与调理
4.4 滤波器 4.4.1 概述
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频 带的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成 分。
第五章 汽车测试技术
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5. 1 电桥
• φ1，φ2，φ3，φ4—各桥臂电压与电流之间的相位差，称为阻抗角 • 纯电阻时，电压与电流同相位，φ=0;电感性阻抗，电压超前于电流， φ>0(纯电感φ=90o);电容性阻抗，电压滞后于电流，φ<0(纯电容小 =φ90o)。因此交流电桥的平衡条件为
•
上式表明，交流电桥平衡必须满足上述两个条件。前者称为交流电 桥模的平衡条件，后者称为相位平衡条件 • 对于纯电阻交流电桥，由于分布电感的影响较小，可以不予考虑， 而导线分布电容的影响较大，相当于每个桥臂上都并联了一个电容， 因此需调节电阻平衡和电容平衡。
• 交流电桥采用交流电源，电桥的四个桥臂可为电感、电容、电阻或其 组合，因此除了电阻外还包括有阻抗。如果阻抗、电流及电压都用复 数表示，则关于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用，如图 5一3所示 • 电桥达到平衡时必须满足:
• 把上式中各复数用指数式表示，则为
• 式中Z01、Z02、 Z03、 Z04—各阻抗的模;
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5. 1 电桥
•
• 4.温度补偿 在测量时，若被测构件和所粘贴的应变片的工作环境温度发生变化， 应变片本身将因温度变化产生应变ξt。显然，应变ξt在结构不承载时 仍然存在，因此，当结构承受载荷时，这个应变就会与由载荷作用而 产生的应变叠加在一起输出，使测量到的输出应变中包含了因环境温 度变化而引起的应变ξt，必然对测量结果产生影响。 利用电桥的加减特性，可以对应变片进行温度补偿，通常采用补偿 块补偿法或工作片补偿法。 (1)补偿块补偿法 使用两个同样的应变片，一片粘贴在试件上，另一片粘贴在与试件 同材料、同温度条件但不受力的补偿块上。根据电桥的加减特性，将 这两片应变片接入相邻桥臂上，由于温度的变化，工作片和补偿片上 产生相同的因温度引起的应变，在桥路中自动抵消，对电桥输出没有 影响，达到温度补偿的作用。
5. 1 电桥
• φ1，φ2，φ3，φ4—各桥臂电压与电流之间的相位差，称为阻抗角 • 纯电阻时，电压与电流同相位，φ=0;电感性阻抗，电压超前于电流， φ>0(纯电感φ=90o);电容性阻抗，电压滞后于电流，φ<0(纯电容小 =φ90o)。因此交流电桥的平衡条件为
•
上式表明，交流电桥平衡必须满足上述两个条件。前者称为交流电 桥模的平衡条件，后者称为相位平衡条件 • 对于纯电阻交流电桥，由于分布电感的影响较小，可以不予考虑， 而导线分布电容的影响较大，相当于每个桥臂上都并联了一个电容， 因此需调节电阻平衡和电容平衡。
• 交流电桥采用交流电源，电桥的四个桥臂可为电感、电容、电阻或其 组合，因此除了电阻外还包括有阻抗。如果阻抗、电流及电压都用复 数表示，则关于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用，如图 5一3所示 • 电桥达到平衡时必须满足:
• 把上式中各复数用指数式表示，则为
• 式中Z01、Z02、 Z03、 Z04—各阻抗的模;
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5. 1 电桥
•
• 4.温度补偿 在测量时，若被测构件和所粘贴的应变片的工作环境温度发生变化， 应变片本身将因温度变化产生应变ξt。显然，应变ξt在结构不承载时 仍然存在，因此，当结构承受载荷时，这个应变就会与由载荷作用而 产生的应变叠加在一起输出，使测量到的输出应变中包含了因环境温 度变化而引起的应变ξt，必然对测量结果产生影响。 利用电桥的加减特性，可以对应变片进行温度补偿，通常采用补偿 块补偿法或工作片补偿法。 (1)补偿块补偿法 使用两个同样的应变片，一片粘贴在试件上，另一片粘贴在与试件 同材料、同温度条件但不受力的补偿块上。根据电桥的加减特性，将 这两片应变片接入相邻桥臂上，由于温度的变化，工作片和补偿片上 产生相同的因温度引起的应变，在桥路中自动抵消，对电桥输出没有 影响，达到温度补偿的作用。
硬件基础知识培训-常用信号调理电路
LM324 四运算放大器 LM358 双运放 LM339 四电压比较器 LM393 双电压比较器
比较器和运放虽然在电路图上符号相同， 但这两种器件确有非常大 的区别，一般不可 以互换，区别如下: 1、比较器的翻转速度快，大约在ns数量级， 而运放翻转速度一般为us数量级(特殊的高 速运放除外)。 2、运放可以接入负反馈电路，而比较器则 不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反 相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿 电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳 定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较 器比运放速度快很多的主要原因。 3、运放输出级一般采用推挽电路，双极性 输出。而多数比较器输出级为集电极开路结 构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易 和数字电路连接 。
0
1 LC
品质因数Q为：
Q0L 1 r 0Cr
串联LC谐振电路
选频网络
串联LC谐振回路的选择性
串联谐振回路的谐振曲线如右图所示。 从图中可见回路的品质因数越高，谐 振曲线越尖锐，回路选择性越好。
当保持外加信号的幅值不变而改变其频 率时，将回路电流值下降为谐振值的时 所对应的频率范围称回路的通频带亦称 回路带宽，通常用B表示，有：
频率特性和通频带 ：
放大器的频率特性包括幅频特性A()和相 频特性()。
A()表示增益的幅度与频率的关系； ()表示增益的相位与频率的关系； 是放大器输出信号与输入信号间的相位差
。
2 0 lg A V /dB 低频区
0 －3
0
fL
/度 － 90
中频区 BW (a)
通频带
BW = fH – fL
－ 180
光耦合隔离
光耦合器件分类：
主要有通用型（又分无基极引线和基 极引线两种）、达林顿型、施密特型、高 速型、光集成电路、光纤维、光敏晶闸管 型（又分单向晶闸管、双向晶闸管）、光 敏场效应管型 。
比较器和运放虽然在电路图上符号相同， 但这两种器件确有非常大 的区别，一般不可 以互换，区别如下: 1、比较器的翻转速度快，大约在ns数量级， 而运放翻转速度一般为us数量级(特殊的高 速运放除外)。 2、运放可以接入负反馈电路，而比较器则 不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反 相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿 电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳 定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较 器比运放速度快很多的主要原因。 3、运放输出级一般采用推挽电路，双极性 输出。而多数比较器输出级为集电极开路结 构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易 和数字电路连接 。
0
1 LC
品质因数Q为：
Q0L 1 r 0Cr
串联LC谐振电路
选频网络
串联LC谐振回路的选择性
串联谐振回路的谐振曲线如右图所示。 从图中可见回路的品质因数越高，谐 振曲线越尖锐，回路选择性越好。
当保持外加信号的幅值不变而改变其频 率时，将回路电流值下降为谐振值的时 所对应的频率范围称回路的通频带亦称 回路带宽，通常用B表示，有：
频率特性和通频带 ：
放大器的频率特性包括幅频特性A()和相 频特性()。
A()表示增益的幅度与频率的关系； ()表示增益的相位与频率的关系； 是放大器输出信号与输入信号间的相位差
。
2 0 lg A V /dB 低频区
0 －3
0
fL
/度 － 90
中频区 BW (a)
通频带
BW = fH – fL
－ 180
光耦合隔离
光耦合器件分类：
主要有通用型（又分无基极引线和基 极引线两种）、达林顿型、施密特型、高 速型、光集成电路、光纤维、光敏晶闸管 型（又分单向晶闸管、双向晶闸管）、光 敏场效应管型 。
传感器与信号调理电路完整课件
位置、转速、温度、液位、压力等信息； 对传感器的要求：线性度好、无滞环误差、特
性稳定、测量范围宽、响应迅速。
2020/11/3
精品课件
3
信号调理电路
问题：
传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信 号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和 控制。
解决：电压放大、整形、电流－电压转换、频率 －电压转换等；
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
双踪观察输入输出波形，记录输
出uop-p；
连续增大ui的幅值，记录出现饱
和现象时输入、输出信号的峰峰 值。
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
2020/11/3
+
R3
-10V
Vo
Va=0 a点常称“虚地”点
虚断 虚短
2020/11/3
ia i3 0 Va V3 V3 i3R0
i2 i1
i1
Vi- Va R1
Va
0 i2
精品课件
Va -Vo R2
Vo
-
R2 R1
Vi
17
运放应用：反相比例放大器
R2
i 1 R1
性稳定、测量范围宽、响应迅速。
2020/11/3
精品课件
3
信号调理电路
问题：
传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信 号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和 控制。
解决：电压放大、整形、电流－电压转换、频率 －电压转换等；
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
双踪观察输入输出波形，记录输
出uop-p；
连续增大ui的幅值，记录出现饱
和现象时输入、输出信号的峰峰 值。
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
2020/11/3
+
R3
-10V
Vo
Va=0 a点常称“虚地”点
虚断 虚短
2020/11/3
ia i3 0 Va V3 V3 i3R0
i2 i1
i1
Vi- Va R1
Va
0 i2
精品课件
Va -Vo R2
Vo
-
R2 R1
Vi
17
运放应用：反相比例放大器
R2
i 1 R1
14-第四章 信号调理-调制
华北电力大学机械工程学院
测试技术
1 1 x(t ) cos 2πf 0t cos 2πf 0t x(t ) x(t ) cos 4πf 0t 2 2
频谱
1 1 1 Z ( f ) X ( f ) X ( f 2 f0 ) X ( f 2 f0 ) 2 4 4
乘法器
z(t)
五 频率调制测试技术 调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是 一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波. 信号 电压为正值时调频波的频率升高，负值时则降低；信号电压为零 时，调频波的频率就等于中心频率。其频谱结构非常复杂，虽与 原信号频谱有关，但却不像调幅那样进行简单的 “搬移” ，也不 能用简单的函数关系描述。为了保证测量精度，对应于零信号的 载波中心频率应远高于信号的最高频率成分。
华北电力大学机械工程学院
测试术
x' (t ) D x(t )
,
xm (t ) [ A x(t )] cos(2ft )
华北电力大学机械工程学院
测试技术
若所加的偏置电压未能使信号电压都为正，x(t)的相位将发生 180。，只有简单的整流不能恢复原调制信号，这时需要采用 相敏检波方法。
测试技术
x(t)
乘法器
x m(t)
z(t)
放大器 五、解调 1)同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域信号将再一次进行 “搬移”,当用一低通滤波器滤去频率大于fm的成分时，则可以 复现原信号的频谱。与原频谱的区别在于幅值为原来的一半， 这可以通过放大来补偿。这一过程称为同步解调，同步是指解 调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。
调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制 信号）相乘，使载波信号随测试信号的变化而变化。调幅的 目的是为了便于缓变信号的放大和传送，然后再通过解调从 放大的调制波中取出有用的信号。所以调幅过程就相当于频 谱“搬移”过程。而解调的目的是为了恢复被调制的信号
测试技术
1 1 x(t ) cos 2πf 0t cos 2πf 0t x(t ) x(t ) cos 4πf 0t 2 2
频谱
1 1 1 Z ( f ) X ( f ) X ( f 2 f0 ) X ( f 2 f0 ) 2 4 4
乘法器
z(t)
五 频率调制测试技术 调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是 一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波. 信号 电压为正值时调频波的频率升高，负值时则降低；信号电压为零 时，调频波的频率就等于中心频率。其频谱结构非常复杂，虽与 原信号频谱有关，但却不像调幅那样进行简单的 “搬移” ，也不 能用简单的函数关系描述。为了保证测量精度，对应于零信号的 载波中心频率应远高于信号的最高频率成分。
华北电力大学机械工程学院
测试术
x' (t ) D x(t )
,
xm (t ) [ A x(t )] cos(2ft )
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测试技术
若所加的偏置电压未能使信号电压都为正，x(t)的相位将发生 180。，只有简单的整流不能恢复原调制信号，这时需要采用 相敏检波方法。
测试技术
x(t)
乘法器
x m(t)
z(t)
放大器 五、解调 1)同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域信号将再一次进行 “搬移”,当用一低通滤波器滤去频率大于fm的成分时，则可以 复现原信号的频谱。与原频谱的区别在于幅值为原来的一半， 这可以通过放大来补偿。这一过程称为同步解调，同步是指解 调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。
调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制 信号）相乘，使载波信号随测试信号的变化而变化。调幅的 目的是为了便于缓变信号的放大和传送，然后再通过解调从 放大的调制波中取出有用的信号。所以调幅过程就相当于频 谱“搬移”过程。而解调的目的是为了恢复被调制的信号
第四章信号调理1信号调理、放大、调制与解调080417
c) 相位调制(PM)
y(t) Acos[2ft x(t)]
4.3调制与解调
3) 幅度调制与解调
西安工业大学机电学院
a. 调幅---是将一个高频正弦信号（或称载波） 与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的 变化而变化．
y(t) x(t) cos2ft
西安工业大学机电学院
Z(t) Z(f)
4.3调制与解调
2) 种类
x(t) 调制信号
0
西安工业大学机电学院
t
载波信号
z(t) Acos2f t （500kHZ~20MHZ)
z(t)
0
t
4.3调制与解调
西安工业大学机电学院
a) 幅度调制(AM)
y(t) [A x(t)]cos2ft
b) 频率调制(FM)
y(t) Acos 2[ f0 x(t)]t
R1 R2; R3 R4 0
半桥差动工作
R1 R2 R3 R4
全桥差动工作
西安工业大学机电学院
③电桥的电压灵敏度
单臂为例：
令：R1 R2 R3 R4 R 电阻变化为R
Uo
( R R R R R
R R R )Ui
Uo
4
R
R 2R
U
i
因为R R,忽略高次项，可得
Uo
R 4R
4.3调制与解调
西安工业大学机电学院
动手做：
用个人测试实验室中数字 信号发生器、波形运算器 等软件芯片，设计一个. 调幅与解调系统。
Z1 Z01e j1 , Z2 Z02e j2 , Z3 Z03e j3 , Z4 Z04e j4
Z Z e Z Z e j(13 ) 01 03
j (2 4 )
y(t) Acos[2ft x(t)]
4.3调制与解调
3) 幅度调制与解调
西安工业大学机电学院
a. 调幅---是将一个高频正弦信号（或称载波） 与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的 变化而变化．
y(t) x(t) cos2ft
西安工业大学机电学院
Z(t) Z(f)
4.3调制与解调
2) 种类
x(t) 调制信号
0
西安工业大学机电学院
t
载波信号
z(t) Acos2f t （500kHZ~20MHZ)
z(t)
0
t
4.3调制与解调
西安工业大学机电学院
a) 幅度调制(AM)
y(t) [A x(t)]cos2ft
b) 频率调制(FM)
y(t) Acos 2[ f0 x(t)]t
R1 R2; R3 R4 0
半桥差动工作
R1 R2 R3 R4
全桥差动工作
西安工业大学机电学院
③电桥的电压灵敏度
单臂为例：
令：R1 R2 R3 R4 R 电阻变化为R
Uo
( R R R R R
R R R )Ui
Uo
4
R
R 2R
U
i
因为R R,忽略高次项，可得
Uo
R 4R
4.3调制与解调
西安工业大学机电学院
动手做：
用个人测试实验室中数字 信号发生器、波形运算器 等软件芯片，设计一个. 调幅与解调系统。
Z1 Z01e j1 , Z2 Z02e j2 , Z3 Z03e j3 , Z4 Z04e j4
Z Z e Z Z e j(13 ) 01 03
j (2 4 )
第四章 信号调理方法
长春大学机械工程学院机电系
2.实际滤波器的描述
A
0
f
理想滤波器是不存在的，实际滤波器幅频特 性中通带和阻带间没有严格界限,，存在过渡带。
4-3 滤波器原理 A0
长春大学机械工程学院机电系
d
0.707A0
Q=W0 / B
B
0
fc1
fc2
f
1)截止频率fc：0.707A0所对应的频率． 2)纹波幅度d：绕幅频特性均值A0波动值 3)带宽B和品质因数Q：下两截频间的频率范围 称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数 。
E
R2
V
R4
V
R1 R 3 R 2 R 4 ( R 1 R 2 )( R 3 R 4 )
E
4-1 电桥转换原理 令： R R 1
长春大学机械工程学院机电系
R2 R
R3 R
R 4 R dR
V
RR R ( R dR ) ( R R )( R R dR )
E 4 dR R
E
4-1 电桥转换原理
2.交流电桥的平衡条件
长春大学机械工程学院机电系
传感器
传感器
●平衡条件 电感
Z 1Z 3 Z 2 Z 4
电容
长春大学机械工程学院机电系
由于复数阻抗中包含有幅值和相位信息，令 Z i 带入上式，则有
Z1 Z 3
z e
i
j
i
e
j(
1
)
R1 R 3 R 2 R 4
R3 / C1 R2 / C 4
长春大学机械工程学院机电系
（2）电感电桥
R 3 L1 R 2 L 4
传感器信号调理电路
软件设计
数据采集与处理
编写程序实现数据的实时采集、 存储和处理，利用算法对信号进 行去噪、补偿和特征提取等操作。
通信接口
实现与上位机或其他设备的通信接 口，以便将调理后的传感器信号传 输到外部设备进行进一步处理或显 示。
嵌入式系统开发
针对具体硬件平台，进行嵌入式系 统开发，包括驱动程序编写、系统 配置和优化等。
用于各种科研实验中的信号 采集、传输和处理，如生物
医学实验、物理实验等。
02 传感器信号调理电路的工 作原理
信号采集
传感器将物理量（如温度、压力、位移等）转换 为电信号。
不同类型的传感器对应不同的物理量，如热敏电 阻对应温度，差分变压器对应位移等。
采集的信号通常比较微弱，需要进一步处理才能 使用。
和陷波滤波器等。
滤波器的选择需要根据实际需求进行，不同的滤波器对不同频
03
率的噪声和干扰有不同的抑制效果。
信号转换
01
02
03
转换器将调理后的电信 号转换为数字信号或模 拟信号，以便于计算机
处理或传输。
转换器有多种类型，如 模数转换器和数模转换
器等。
转换器的选择需要根据 实际需求进行，不同的 转换器适用于不同的应
组合型
由以上几种类型的电路组合而 成，具有多种功能，能够满足
复杂的应用需求。
应用领域与场景
医疗电子
用于医疗设备的信号采 集、传输和处理，如心 电监护仪、血压计等。
环境监测
用于各种环境参数的测 量和监测，如温度、湿
度、压力等。
工业控制
用于工业生产过程中的各 种参数测量和控制，如流
量、液位、压力等。
科研实验
用场景。
传感器技术之信号调理、处理和记录
第一节 电桥
1. 直流电桥
1.4 电桥的输出与和差特性
（1）全等臂电桥的输出 假设各桥臂分别有电阻增量，代入下式：
R1 R3 R2 R4 U0 U R1 R2 R3 R4
如果电桥初始状态是平衡的，即有R1R3 = R2R4， 略去ΔR/R 的平方项，化简则得电桥的输出电 压增量为：
b
纯电阻时电流与电压同相位： a φ = 0； 电感性阻抗：φ ＞ 0； 电容性阻抗 ：φ ＜ 0。
Z1
Z2
c
Z4 Z3
U0
d
U
~
第一节 电桥
j 1 3
2. 交流电桥
j 2 4
将复阻抗代入，可得： Z 01 Z 03 e
Z 02 Z 04 e
上式成立必须同时满足以下条件：
第一节 电桥
2. 交流电桥
说 明 （1）对于纯电阻交流电桥，即 使各桥臂均为电阻，但由 于导线间存在分布电容， 相当于在各桥臂上并联一
个电容。因此在调节电桥
平衡时，除了有电阻平衡
以外，还应有电容平衡。
第一节 电桥
2. 交流电桥
示例：一种用于 动态应变仪中的 具有电阻、电容 平衡的纯电阻电 桥。电容C2是一 个差动可变电容 器。
R1 R2
a
R4
R3
c
U0
U0 UR / R
U
d
电桥灵敏度： S U 可得：邻臂异号，对臂同号，电桥输出为单臂时的 四倍，电桥灵敏度是半桥单臂的四倍。若邻 臂同号，对臂异号，则电桥输出为 0。
第一节 电桥 0
/直流电桥 U U / 4 R1 R2 R3 R41. R
R1 R3 R2 R4