檢測電路、檢測算法及抗干擾技術(shù)1

1、110 檢測電路、檢測算法 及抗干擾技術(shù)10.1 檢測電路設(shè)計檢測電路設(shè)計10.2 檢測算法檢測算法 10.3 檢測系統(tǒng)抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 210.1 檢測電路設(shè)計1）信號放大電路）信號放大電路2）信號變換電路）信號變換電路3）信號分離電路）信號分離電路4）信號調(diào)制電路）信號調(diào)制電路310.2 檢測算法1） 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)2） 克服系統(tǒng)誤差的軟件算法克服系統(tǒng)誤差的軟件算法3） 量程自動切換及標(biāo)度變換量程自動切換及標(biāo)度變換410.3 檢測系統(tǒng)抗干擾設(shè)計1） 干擾的類型及產(chǎn)生干擾的類型及產(chǎn)生2） 常用的抑制干擾措施常用的抑制干擾措施3） 其他抑制干擾的措施其他抑制干擾的措施51

2、0.1 檢測電路設(shè)計 1）信號放大電路 標(biāo)準(zhǔn)電信號：標(biāo)準(zhǔn)電信號： 420mA ，1 5V其它標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號其它標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號方便對被測信號的后續(xù)變換、處理、記錄、分析方便對被測信號的后續(xù)變換、處理、記錄、分析電壓、電勢、電位電壓、電勢、電位電流、電荷電流、電荷電阻、電容、電感電阻、電容、電感光、磁信號光、磁信號信號放大的目的：信號放大的目的：傳感器直接輸出的信號：傳感器直接輸出的信號：6放大電路的主要類型電橋電橋：阻抗式傳感器：阻抗式傳感器差動放大器差動放大器：電勢、電位式傳感器：電勢、電位式傳感器高輸入阻抗放大器高輸入阻抗放大器：電位、電勢、電荷式傳感器：電位、電勢、電荷式傳感器電荷

3、放大器電荷放大器：電荷式傳感器：電荷式傳感器儀用放大器儀用放大器：電位差、電勢差：電位差、電勢差隔離放大電路隔離放大電路：噪聲隔離、光電、磁電、電感：噪聲隔離、光電、磁電、電感比例放大器比例放大器：通用型：通用型 7同相比例放大電路 同相比例放大器是指輸出信號與輸入信號相比，同相比例放大器是指輸出信號與輸入信號相比，相位相同相位相同，幅值成一定比例。，幅值成一定比例。 增益增益 輸入阻抗輸入阻抗u12A1R /R (1)iirrAF2121/uRFARR其中其中： A為運放的開環(huán)增益；為運放的開環(huán)增益； F為電路的反饋系數(shù)；為電路的反饋系數(shù)； ri為運放的開環(huán)輸入阻抗。為運放的開環(huán)輸入阻抗。8

4、反相比例放大電路 反相比例放大器是指輸出信號與輸入信號相反相比例放大器是指輸出信號與輸入信號相比，比，相位相反相位相反，幅值成一定比例。，幅值成一定比例。u1A/fRR 9交流電壓跟隨電路 交流電壓跟隨電交流電壓跟隨電 路是同相放大電路的路是同相放大電路的 特例。為減小失調(diào)電特例。為減小失調(diào)電 流，常取流，常取R R3 3=R=R2 210差動放大電路n差動放大是把二個輸入信號分別輸入到運算放大器的同相差動放大是把二個輸入信號分別輸入到運算放大器的同相端和反相端，然后在輸出端取出二個信號的差模成分，而端和反相端，然后在輸出端取出二個信號的差模成分，而盡量抑制二個信號的共模成分。盡量抑制二個信號

5、的共模成分。n特點：提高電路共模抑制比，減小溫漂。特點：提高電路共模抑制比，減小溫漂。 112122()OSRRUUUURR11電橋電路n 特點： 靈敏度高；線性好；測量范圍寬；容易實現(xiàn)溫度補償。直流電橋（電阻應(yīng)變式測力稱重傳感器）交流電橋（電感式、差動變壓器式、電容式傳感器）n 分類： 12直流電橋 直流電橋的橋臂為純電阻，如圖所示，圖中直流電橋的橋臂為純電阻，如圖所示，圖中UB為電橋電源電壓。為電橋電源電壓。電橋的平衡條件為：電橋的平衡條件為：R1R4=R2R3 。 電橋輸出為：電橋輸出為：uOUB+-R1R2R3R4)(43213241212434RRRRRRRRUURRRURRRuBB

6、BO()()()oBR RRRd RuURRRRd R4BUdRR 令令 R1=R2=R3=R，R4=R+dR（單臂工作）有（單臂工作）有：13交流電橋i1 3241324z zz z 和 1324132413312442R RR RX XX XR XR XR XR X和24131234()()osZ ZZ ZuuZZZZ或或 交流電橋的結(jié)構(gòu)與工作原理和直流電橋基本相同。不同的交流電橋的結(jié)構(gòu)與工作原理和直流電橋基本相同。不同的是輸入輸出為交流，其平衡條件應(yīng)為是輸入輸出為交流，其平衡條件應(yīng)為Z1Z3=Z2Z4 由于由于 式中式中Ri、Xi為各橋臂電阻和電抗；為各橋臂電阻和電抗； zi、 為各橋臂

7、復(fù)阻抗的模和輻角。為各橋臂復(fù)阻抗的模和輻角。 因此，式中的平衡條件必須同時滿足因此，式中的平衡條件必須同時滿足：輸出輸出(1,2,3,4)ijiiiZRjXzei14電荷放大電路n特點特點：把壓電器件高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電壓源，：把壓電器件高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電壓源，實現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與電荷成正比。實現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與電荷成正比。n電荷放大電路可用于電荷放大電路可用于壓電式傳感器、壓電式傳感器、CCD傳感器傳感器圖（圖（b）電荷放大器應(yīng)用電路）電荷放大器應(yīng)用電路圖（圖（a）電荷放大器電路原理框圖）電荷放大器電路原理框圖fAQUoACC（1+ ）+

8、aei+CC C C輸出回路電容15 儀用放大器 儀用放大器又稱儀用放大器又稱測量放大器測量放大器，為抑制共模輸入電壓與增益調(diào)節(jié)和阻抗匹配之間互，為抑制共模輸入電壓與增益調(diào)節(jié)和阻抗匹配之間互相牽連和矛盾而設(shè)計，電路如圖所示。相牽連和矛盾而設(shè)計，電路如圖所示。 左邊部分由左邊部分由運放運放A1、A2構(gòu)成同相放大器，右邊部分由運算放大器構(gòu)成同相放大器，右邊部分由運算放大器A3和電阻和電阻R3R6組成減法器。設(shè)組成減法器。設(shè)R1=R2=R，R3=R4=R5=R6，則有則有IgOuRRu）（/21 儀用放大器僅儀用放大器僅調(diào)調(diào)Rg即可調(diào)整放大器即可調(diào)整放大器增益，不需多電位器聯(lián)動，不影響電路增益，不需

9、多電位器聯(lián)動，不影響電路的對稱性，輸入阻抗高、對稱性好、共的對稱性，輸入阻抗高、對稱性好、共模抑制比高、增益設(shè)定調(diào)整方便，模抑制比高、增益設(shè)定調(diào)整方便，適用適用于電勢差、電位差輸出型傳感器。于電勢差、電位差輸出型傳感器。uI1uI2uIA1A2A3uOR1R2R3R4R5R6+-ABRgiG對稱同相放大器減法器16隔離放大器 隔離放大器能在輸入與輸出信號之間保持隔離放大器能在輸入與輸出信號之間保持電氣隔離電氣隔離的同時，實現(xiàn)輸?shù)耐瑫r，實現(xiàn)輸出與輸入電壓的線性傳輸。其組成及符號如下圖所示。隔離放大器出與輸入電壓的線性傳輸。其組成及符號如下圖所示。隔離放大器主要主要用于噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑

10、制能力傳送信號，適合于電感式、用于噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號，適合于電感式、磁電式、電渦流式、光電式、霍爾式等傳感器的信號調(diào)理與放大。磁電式、電渦流式、光電式、霍爾式等傳感器的信號調(diào)理與放大。17隔離放大器n 隔離的媒介隔離的媒介主要有主要有電磁電磁隔離（變壓器隔離）、隔離（變壓器隔離）、光電光電隔離隔離和和電容電容隔離。隔離。a）變壓器隔離放大器原理框圖b）光電隔離放大器原理框圖18n變壓器隔離放大器變壓器隔離放大器：因變壓器體積大，成本高，功耗：因變壓器體積大，成本高，功耗大，無法集成，使器件價格高，體積大，一般為非標(biāo)準(zhǔn)大，無法集成，使器件價格高，體積大，一般為非標(biāo)準(zhǔn)集成電

11、路封裝；但一般把隔離電源也固化在器件內(nèi)，甚集成電路封裝；但一般把隔離電源也固化在器件內(nèi)，甚至可實現(xiàn)三端隔離，且通過引腳將電源輸出，可外接負至可實現(xiàn)三端隔離，且通過引腳將電源輸出，可外接負載，不需另配隔離載，不需另配隔離DC-DC變換器，使用方便。變換器，使用方便。n光電耦合隔離放大器光電耦合隔離放大器：全由半導(dǎo)體器件構(gòu)成，便于集：全由半導(dǎo)體器件構(gòu)成，便于集成，成本低，體積小，性能穩(wěn)定，不需外接任何器件，成，成本低，體積小，性能穩(wěn)定，不需外接任何器件，使用方便。但器件本身不帶隔離電源，需另接隔離使用方便。但器件本身不帶隔離電源，需另接隔離DC-DC變換器。變換器。n電容耦合隔離放大器電容耦合隔離

12、放大器：引出線少，使用方便，但需使：引出線少，使用方便，但需使用調(diào)制解調(diào)技術(shù)，頻帶寬度不及光電耦合型隔離放大用調(diào)制解調(diào)技術(shù)，頻帶寬度不及光電耦合型隔離放大器。器。三種隔離放大器的特點192） 信號變換電路n 電壓電壓- -電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路 n 交流交流- -直流轉(zhuǎn)換電路直流轉(zhuǎn)換電路n 電壓電壓- -頻率轉(zhuǎn)換電路頻率轉(zhuǎn)換電路n 電壓電壓- -脈寬轉(zhuǎn)換電路脈寬轉(zhuǎn)換電路20電壓-電流轉(zhuǎn)換電路 在成套儀表和計算機測控系統(tǒng)中，傳感器和儀表之間、在成套儀表和計算機測控系統(tǒng)中，傳感器和儀表之間、儀表和儀表之間的信號傳送都采用標(biāo)準(zhǔn)信號，即儀表和儀表之間的信號傳送都采用標(biāo)準(zhǔn)信號，即1-5V直流電壓直流電

13、壓或或0-10mA、4-20mA直流電流。直流電流。 在傳感器測量系統(tǒng)中，常用電壓在傳感器測量系統(tǒng)中，常用電壓/電流轉(zhuǎn)換電路進行電壓、電流轉(zhuǎn)換電路進行電壓、電流信號間的轉(zhuǎn)換。例如，在電流信號間的轉(zhuǎn)換。例如，在遠距離測量遠距離測量中，把電壓信號轉(zhuǎn)換中，把電壓信號轉(zhuǎn)換成電流傳輸，以減小傳輸導(dǎo)線阻抗對信號的影響。測電流信號成電流傳輸，以減小傳輸導(dǎo)線阻抗對信號的影響。測電流信號時，先將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓，再由數(shù)字電壓表測量，或經(jīng)時，先將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓，再由數(shù)字電壓表測量，或經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由計算機測控。轉(zhuǎn)換后由計算機測控。 21電壓-電流(V/I)變換 輸出負載中的電流正比于輸入電壓的電路，稱為電壓

14、輸出負載中的電流正比于輸入電壓的電路，稱為電壓- -電電流變換器。流變換器。 （1）浮地負載的浮地負載的V-I變換電路變換電路 一個簡單的一個簡單的V-I變換電路如變換電路如 圖圖(1)所示。流過所示。流過RL兩端的電流與兩端的電流與 輸入電壓的關(guān)系為輸入電壓的關(guān)系為 io1wUIR +R圖圖(1) 簡單的簡單的V-I變換器電路變換器電路22 U/ I 轉(zhuǎn)換電路 圖圖(2) 帶三極管驅(qū)動的帶三極管驅(qū)動的V-I變換器電路變換器電路 由上式可知，調(diào)節(jié)由上式可知，調(diào)節(jié)R Rw w可改可改變輸入電壓與輸出電流之間的變輸入電壓與輸出電流之間的變換系數(shù)。變換系數(shù)。 為為降低降低運算放大器運算放大器功耗功耗

15、，擴大輸出電流，在運算放大器擴大輸出電流，在運算放大器的輸出端可加一個三極管驅(qū)動的輸出端可加一個三極管驅(qū)動電路，如圖電路，如圖(2)(2)所示。所示。23接地負載V-I變換電路 圖圖(3)中中Al為同相加法器，為同相加法器，A2為跟隨器，所以為跟隨器，所以 V02=VL=ILRL A1的同相端電壓為：的同相端電壓為： V+=ViR4/(R3+R4)+ILRLR3/(R3+R4) A1的同相端電壓經(jīng)放大后輸出為：的同相端電壓經(jīng)放大后輸出為： Vol=V+(R1+R2)/R1=ILR5+ILRL 選擇元件參數(shù)值滿足：選擇元件參數(shù)值滿足： R3(Rl+R2)Rl(R3+R4)， 可得負載中的電流可得

16、負載中的電流IL與負載與負載RL無關(guān)。無關(guān)。 為此選取為此選取R3R1，R4R2，則輸出負載中的電流為：，則輸出負載中的電流為： IL=ViR2/(R1R5)圖圖(3)接地負載的接地負載的V-I變換電路變換電路24差動式V-I變換電路圖圖a：理想條件下：理想條件下：V-=V+=Vi2，RL中的電流：中的電流：IL=(Vi1-Vi2)/R1 圖圖b：若滿足條件：若滿足條件：R3/R5=R1/(R2+R4)，則浮地負載中的總電流為：，則浮地負載中的總電流為： IL=IL1+IL2=(Vi2-Vi1)(R2+R4)/(R1R4)圖圖c：負載中的電流為：負載中的電流為IL=I3-I4，為使負載的電流與

17、為使負載的電流與RL無關(guān)，電阻選無關(guān)，電阻選擇須滿足：擇須滿足：R1R4=R2R3，相應(yīng)的接地負載電流為：相應(yīng)的接地負載電流為：IL=(Vi2-Vil)/R3a） b） c）圖(4)差動式V-I變換電路25電流-電壓轉(zhuǎn)換電路 在遠程監(jiān)控中，電流信號常常經(jīng)長距離導(dǎo)線傳送到數(shù)據(jù)采集接口，在遠程監(jiān)控中，電流信號常常經(jīng)長距離導(dǎo)線傳送到數(shù)據(jù)采集接口，需需I-V比例轉(zhuǎn)換后再進行比例轉(zhuǎn)換后再進行A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。如圖。如圖(5)所示。所示。 最簡單的電流最簡單的電流-電壓變換電路如圖電壓變換電路如圖(6)所示。常用高輸入阻抗運放組成所示。常用高輸入阻抗運放組成電流電流-電壓變換電路，一種簡單的方案如圖電壓變換

18、電路，一種簡單的方案如圖(7)所示。所示。oiUI R 圖(5)圖(6)圖(7)26交流-直流變換電路 把交流電壓變換成直流電壓亦稱把交流電壓變換成直流電壓亦稱AC-DC變換。圖變換。圖(10)是使用是使用二極管的整流電路，利用半波整流把交流電變成直流電。二極管的整流電路，利用半波整流把交流電變成直流電。 從圖從圖(11)所示硅二極管的正向伏安特性可知，用硅二極管做半所示硅二極管的正向伏安特性可知，用硅二極管做半波整流時，若波整流時，若Um mXm。smuU cos()cwmx t （4）66調(diào)頻信號的波形xtOOtusa) 調(diào)制信號調(diào)制信號b) 調(diào)頻信號調(diào)頻信號 調(diào)頻信號的波形調(diào)頻信號的波形

19、67n優(yōu)點優(yōu)點：抗干擾能力強。：抗干擾能力強。 調(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化之中，調(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化之中， 并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表 現(xiàn)在振幅之中現(xiàn)在振幅之中。n缺點缺點：占頻帶寬度大，復(fù)雜。：占頻帶寬度大，復(fù)雜。 調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要 求帶寬的求帶寬的20倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜， 因為頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。因為頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。調(diào)頻調(diào)制的特點68 傳感器調(diào)頻電路實例n與調(diào)幅情況一樣，為提高測量信號抗干擾能力，

20、常要求信號形成與調(diào)幅情況一樣，為提高測量信號抗干擾能力，常要求信號形成時已是已調(diào)信號。因此，常在傳感器中進行調(diào)頻。時已是已調(diào)信號。因此，常在傳感器中進行調(diào)頻。 測力或壓力的振弦式傳感器測力或壓力的振弦式傳感器n實例實例：測力或壓力的振弦式傳感器：測力或壓力的振弦式傳感器n振弦振弦3的一端與支承的一端與支承4相連，另一端與相連，另一端與膜片膜片1連接，振弦連接，振弦3的固有頻率隨張力的固有頻率隨張力T變化變化。振弦變化變化。振弦3在磁鐵在磁鐵2形成的磁形成的磁場內(nèi)振動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其輸出場內(nèi)振動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其輸出為調(diào)頻信號。為調(diào)頻信號。69調(diào)相鑒相電路n調(diào)相調(diào)相：利用：利用調(diào)制信號調(diào)制

21、信號x控制高頻載波信號的相位。控制高頻載波信號的相位。n常用方法：常用方法：線性線性調(diào)相，即使得被調(diào)相信號的相位按調(diào)制調(diào)相，即使得被調(diào)相信號的相位按調(diào)制 信號信號x的線性函數(shù)變化。的線性函數(shù)變化。n調(diào)相信號調(diào)相信號us的一般的一般表達式表達式： us=Umcos(wc t +mx) 式中，式中，wc為載波信號的角頻率；為載波信號的角頻率；Um為調(diào)相信號中載波為調(diào)相信號中載波信號的幅度；信號的幅度；m為調(diào)制度。為調(diào)制度。70a)b)c)txOttucusOO調(diào)相信號的波形調(diào)相信號的波形調(diào)相信號的波形a）調(diào)制信號；）調(diào)制信號；b）載波信號；）載波信號；c）調(diào)相信號）調(diào)相信號71n同調(diào)幅、調(diào)頻的情況

22、一樣，為提高測量信號抗干擾能力，常要求同調(diào)幅、調(diào)頻的情況一樣，為提高測量信號抗干擾能力，常要求從信號剛一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號，因此常在傳感器中進行調(diào)制。從信號剛一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號，因此常在傳感器中進行調(diào)制。n實例實例：感應(yīng)式扭距傳感器感應(yīng)式扭距傳感器13245M傳感器調(diào)相電路實例感應(yīng)式扭距傳感器感應(yīng)式扭距傳感器72n影響鑒相影響鑒相誤差誤差的主要的主要因素因素：非線性、信號幅值、占空比、門電路：非線性、信號幅值、占空比、門電路 與時鐘脈沖頻率等。與時鐘脈沖頻率等。n RS觸發(fā)器觸發(fā)器鑒相精度最高，線性好，對鑒相精度最高，線性好，對Us和和Uc的占空比沒有要求。的占空比沒有要求。 鑒鑒相范圍

23、接近相范圍接近2 ；n 相敏檢波器相敏檢波器或乘法器鑒相原理上有非線性，信號幅值影響鑒相誤差?；虺朔ㄆ麒b相原理上有非線性，信號幅值影響鑒相誤差。鑒相范圍為鑒相范圍為 /2 ；n脈沖采樣脈沖采樣鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相范圍接近鑒相范圍接近2 ；n異或門異或門鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒相范圍為鑒相范圍為0 ；n通過通過相位相位 - 脈寬變換脈寬變換鑒相：門電路的動作時間與時鐘脈沖頻率誤差對鑒相：門電路的動作時間與時鐘脈沖頻率誤差對精度有影響，但一般誤差較小。精度有影響，但一般誤差較小。各種鑒相方法及其比較73n脈沖調(diào)制脈沖

24、調(diào)制指用脈沖作為載波信號的調(diào)制方法。指用脈沖作為載波信號的調(diào)制方法。n在脈沖調(diào)制中具有廣泛應(yīng)用的一種方式是脈沖調(diào)寬。在脈沖調(diào)制中具有廣泛應(yīng)用的一種方式是脈沖調(diào)寬。n脈沖調(diào)寬脈沖調(diào)寬的數(shù)學(xué)表達式為：的數(shù)學(xué)表達式為：B=b+mx，n波形圖：波形圖：脈沖調(diào)制電路Ua) 調(diào)制信號調(diào)制信號b) 脈沖調(diào)寬信號脈沖調(diào)寬信號txOxTBtO脈沖調(diào)寬信號的波形脈沖調(diào)寬信號的波形74用電壓變化實現(xiàn)脈寬調(diào)制的電路電壓調(diào)寬電壓調(diào)寬uCuR3R4CR2RR1uxVSuou+-+N用電壓變化實現(xiàn)脈寬調(diào)制的電路用電壓變化實現(xiàn)脈寬調(diào)制的電路43434x3oRRRRRuRuu )( ux為正使為正使u+升高。升高。u+升高升高

25、使使uo處于高電平的脈寬加大，處于高電平的脈寬加大，uo處于低電平的時間縮短；處于低電平的時間縮短； u+下降，使下降，使uo處于低電平處于低電平的脈寬加大，的脈寬加大，uo處于高電平的脈處于高電平的脈寬減小，使脈寬受到調(diào)制。寬減小，使脈寬受到調(diào)制。7510.2 檢測算法1） 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)2） 克服系統(tǒng)誤差的軟件算法克服系統(tǒng)誤差的軟件算法3） 量程自動切換及標(biāo)度變換量程自動切換及標(biāo)度變換761）數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)n優(yōu)點優(yōu)點： （1）不需增加硬件，只是一個計算程序，）不需增加硬件，只是一個計算程序，可靠性可靠性高，高， 數(shù)字濾波可對頻率很高或很低的信號濾波；數(shù)字濾波可對頻率很高

26、或很低的信號濾波； （2）用軟件算法實現(xiàn)，可以使多個輸入通道共享一個）用軟件算法實現(xiàn)，可以使多個輸入通道共享一個 軟件軟件“濾波器濾波器”，降低硬件，降低硬件成本成本； （3）改變軟件濾波器程序和參數(shù)，即可改變?yōu)V波特）改變軟件濾波器程序和參數(shù)，即可改變?yōu)V波特 性，對于抑制低頻脈沖干擾、隨機噪聲特別有效。性，對于抑制低頻脈沖干擾、隨機噪聲特別有效。n不足不足：需要計算時間：需要計算時間77數(shù)字濾波方法n程序判斷濾波（限幅濾波）程序判斷濾波（限幅濾波）n中（位）值濾波法中（位）值濾波法n算術(shù)平均濾波法算術(shù)平均濾波法n遞推平均濾波法遞推平均濾波法n加權(quán)遞推平均濾波法加權(quán)遞推平均濾波法n一階慣性濾波法

27、一階慣性濾波法n復(fù)合濾波法復(fù)合濾波法78程序判斷濾波（限幅濾波）程序判斷濾波算法程序判斷濾波算法： : 相鄰兩個采樣值之差的最大可能變化范圍相鄰兩個采樣值之差的最大可能變化范圍21112nnnnnnnnnnyyyyyayyayyy或n程序判斷濾波又稱限幅濾波，很容易用程序判斷方法實現(xiàn)。程序判斷濾波又稱限幅濾波，很容易用程序判斷方法實現(xiàn)。n過程的動態(tài)特性決定其輸出參數(shù)的變化速度，可根據(jù)檢測實過程的動態(tài)特性決定其輸出參數(shù)的變化速度，可根據(jù)檢測實踐經(jīng)驗或按參數(shù)可能的最大變化速度踐經(jīng)驗或按參數(shù)可能的最大變化速度Vmax及采樣周期及采樣周期T來決定來決定值，即：值，即： =TVmax 79 對某一被測參

28、數(shù)連續(xù)采樣對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n次次(一般一般n取奇數(shù)取奇數(shù))，把，把n次采樣值按大小次采樣值按大小排隊，取中間值作為本次有效采樣值。排隊，取中間值作為本次有效采樣值。 對溫度、液位等緩慢變化的被測參數(shù)采用此算法能收到良好濾波效對溫度、液位等緩慢變化的被測參數(shù)采用此算法能收到良好濾波效果，能有效抑制脈沖干擾，但對于壓力等快變參數(shù)一般不宜采用。果，能有效抑制脈沖干擾，但對于壓力等快變參數(shù)一般不宜采用。中（位）值濾波法：中（位）值濾波法：連續(xù)取幾個采樣值進行算術(shù)平均，其數(shù)學(xué)表達式為連續(xù)取幾個采樣值進行算術(shù)平均，其數(shù)學(xué)表達式為 NiiyNy11 算術(shù)平均濾波法：算術(shù)平均濾波法： 適用于一般有隨機干

29、擾的信號的濾波，對信號的平滑程度完全取適用于一般有隨機干擾的信號的濾波，對信號的平滑程度完全取決于決于N。N大，平滑度高，靈敏度低；大，平滑度高，靈敏度低；N小，平滑度低，靈敏度高。小，平滑度低，靈敏度高。中值濾波法與算術(shù)平均濾波法80 只需一次測量，就能得到當(dāng)前算術(shù)平均濾波值。此方法是把只需一次測量，就能得到當(dāng)前算術(shù)平均濾波值。此方法是把N個測個測量數(shù)據(jù)看成一個隊列。計算濾波值時，只要把隊列中的量數(shù)據(jù)看成一個隊列。計算濾波值時，只要把隊列中的N個數(shù)據(jù)進行算個數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均，就得到新的濾波值。術(shù)平均，就得到新的濾波值。 遞推平均濾波法：遞推平均濾波法： 101NiinnyNy加權(quán)遞推平均濾波

30、法：加權(quán)遞推平均濾波法：101NiininyCNy01110110NNCCCCCC其中其中設(shè)設(shè) 為對象的純滯后時間，且為對象的純滯后時間，且 )1(21Neee)1(110,1NNeCeCC則則 遞推平均濾波與加權(quán)遞推平均濾波81 以數(shù)字形式通過算法實現(xiàn)一階慣性（動態(tài)）以數(shù)字形式通過算法實現(xiàn)一階慣性（動態(tài)）RC濾波，能很好地克濾波，能很好地克服上述模擬濾波器的缺點。適用于波動頻繁的參數(shù)濾波，但帶來了相服上述模擬濾波器的缺點。適用于波動頻繁的參數(shù)濾波，但帶來了相位滯后位滯后(取決于取決于a值值)，靈敏度低。，靈敏度低。 一階慣性濾波法：一階慣性濾波法：復(fù)合濾波法：復(fù)合濾波法： 如果如果yly2y

31、n，其中，其中，3n14 (y1和和yn分別是采樣值中的最小分別是采樣值中的最小值和最大值值和最大值)，則，則 1)1 (nnnyayay)/(TTTaff ，其中其中 不能濾除頻率高于采樣頻率二分之一不能濾除頻率高于采樣頻率二分之一(奈奎斯特頻率奈奎斯特頻率)的干擾信號。的干擾信號。高于奈奎斯特頻率的干擾信號，應(yīng)采用模擬濾波器。高于奈奎斯特頻率的干擾信號，應(yīng)采用模擬濾波器。 )2/()(132nyyyynn一階慣性濾波法與復(fù)合濾波法a由實驗定，只要使被測信號不產(chǎn)生明顯紋波。由實驗定，只要使被測信號不產(chǎn)生明顯紋波。，Tf為濾波時間常數(shù)，為濾波時間常數(shù)， T為為采樣周期采樣周期82 校正系統(tǒng)誤差

32、的關(guān)鍵是建立誤差模型。多數(shù)情況下誤差模型未知，只能通過測量數(shù)據(jù)建立反映測量值變化的近似數(shù)學(xué)模型，即校正模型。 系統(tǒng)誤差的模型校正法（非線性校正）系統(tǒng)誤差的模型校正法（非線性校正） 2）克服系統(tǒng)誤差的軟件算法 代數(shù)插值法：代數(shù)插值法： 設(shè)有n+1組離散點：(x0，y0)，(xl，y1)，(xn，yn)，x a，b和未知函數(shù)f(x)，并有 f(x0)=y0 f(x1)=y1 f(xn)=yn，找到一個函數(shù)g(x)，使g(x)在xi(i=0，n)處與f(xi)相等。滿足這個條件的函數(shù)g(x)，稱為f(x)的插值函數(shù)，xi稱為插值節(jié)點。 用一個次數(shù)不超過n的代數(shù)多項式 Pn(x)=anxn+an-1x

33、n-1+ +a1x+a0去逼近f(x)，使Pn(x)在節(jié)點xi處滿足Pn(xi) = f(xi) = yi i=0,2, ,n nnnnnnnnnnnnnnnnyaxaxaxayaxaxaxayaxaxaxa01110111000001101083 通常給出離散點總是多于求解插值方程所需的離散數(shù)，通常給出離散點總是多于求解插值方程所需的離散數(shù)，因此，用多項式插值法求解離散點的插值函數(shù)時，先必須因此，用多項式插值法求解離散點的插值函數(shù)時，先必須根據(jù)所需的逼近精度決定多項式次數(shù)，該次數(shù)與所要逼近根據(jù)所需的逼近精度決定多項式次數(shù)，該次數(shù)與所要逼近的函數(shù)有關(guān)。一般最常用的函數(shù)有關(guān)。一般最常用線性插值線

34、性插值和和拋物線拋物線(二次二次)插值插值。線性插值：線性插值： 在一組數(shù)據(jù)在一組數(shù)據(jù)(xi , yi )中選取兩個具有代表性的點中選取兩個具有代表性的點(x0 , y0), (x1 , y1)，然后根據(jù)插值原理求出插值方程：，然后根據(jù)插值原理求出插值方程： 01101001011axayxxxxyxxxxP010001011,xayaxxyya其其中中線性插值84非線性特性的直線方程校正圖非線性特性的直線方程校正圖 實際測量中，每采樣一個值，就用校正方程計算實際測量中，每采樣一個值，就用校正方程計算P1 (x)，并把，并把P1 (x)當(dāng)當(dāng)做被測量值的校正值。做被測量值的校正值。 當(dāng)當(dāng)(x0

35、, y0)、(x1 , y1)為非線性特性曲線為非線性特性曲線f (x)或數(shù)組的兩端點或數(shù)組的兩端點A、B時，時，如圖所示，線性插值是常用的直線方程校正法如圖所示，線性插值是常用的直線方程校正法(端點連線法端點連線法)。當(dāng)擬合。當(dāng)擬合誤差小于允許的擬合誤差時，則直線方程是理想的校正方程。誤差小于允許的擬合誤差時，則直線方程是理想的校正方程。 線性插值85 拋物線插值是在數(shù)據(jù)中選取三點拋物線插值是在數(shù)據(jù)中選取三點(x0，y0)、(x1，y1)、(x2，y2)，相，相應(yīng)的插值方程為：應(yīng)的插值方程為： 2120210121012002010212)()()()()()()(yxxxxxxxxyxxx

36、xxxxxyxxxxxxxxxP拋物線插值86 當(dāng)很難建立合適的誤差校正模型時，可用實驗手段求得校正曲線，當(dāng)很難建立合適的誤差校正模型時，可用實驗手段求得校正曲線，然后把曲線上的各校正點的數(shù)據(jù)以表格形式存入內(nèi)存。一個校正點的數(shù)然后把曲線上的各校正點的數(shù)據(jù)以表格形式存入內(nèi)存。一個校正點的數(shù)據(jù)對應(yīng)一個據(jù)對應(yīng)一個(或幾個或幾個)內(nèi)存單元，以后實時測量時，通過查表來求得修正內(nèi)存單元，以后實時測量時，通過查表來求得修正后的測量結(jié)果。后的測量結(jié)果。 查表法87 傳感器、測量電路等不可避免地存在溫度漂移和時間漂移，這給傳感器、測量電路等不可避免地存在溫度漂移和時間漂移，這給整個測量系統(tǒng)引入零位誤差和增益誤差

37、。這類誤差均屬系統(tǒng)誤差。整個測量系統(tǒng)引入零位誤差和增益誤差。這類誤差均屬系統(tǒng)誤差。 零位誤差的校正方法：零位誤差的校正方法： 在每個測量周期中或中斷正常的測量過程中，使輸入接地在每個測量周期中或中斷正常的測量過程中，使輸入接地(輸入為輸入為零零)，此時包括傳感器在內(nèi)的整個測量輸入通道的輸出即為零位輸出，此時包括傳感器在內(nèi)的整個測量輸入通道的輸出即為零位輸出 (一般該值不為零一般該值不為零)N0；再把輸入接基準(zhǔn)電壓；再把輸入接基準(zhǔn)電壓VR測得數(shù)據(jù)測得數(shù)據(jù)NR，并將，并將N0和和NR存于內(nèi)存。然后輸入接存于內(nèi)存。然后輸入接Vx，測得，測得Nx，則測量結(jié)果可用下式計算。，則測量結(jié)果可用下式計算。Vx

38、 =VR (Nx-N0) / (NR-N0) 即在正常測量過程中，即在正常測量過程中，每次測量后均從采樣值中減去原先存入的每次測量后均從采樣值中減去原先存入的零位輸出值，實現(xiàn)零位校正零位輸出值，實現(xiàn)零位校正。但在對溫度、流量、壓力等的工業(yè)測量。但在對溫度、流量、壓力等的工業(yè)測量中，很難提供零位輸入狀態(tài)，因此零位誤差很難補償。中，很難提供零位輸入狀態(tài)，因此零位誤差很難補償。 系統(tǒng)零位誤差的校正方法88 基本思想基本思想：系統(tǒng)開始工作后或每隔一定時間測一次基準(zhǔn)參數(shù)，然后建立：系統(tǒng)開始工作后或每隔一定時間測一次基準(zhǔn)參數(shù)，然后建立誤差校正模型，確定并存儲校正模型參數(shù)。正式測量時，根據(jù)測量結(jié)果誤差校正模

39、型，確定并存儲校正模型參數(shù)。正式測量時，根據(jù)測量結(jié)果和校正模型求取校正值，消除誤差。有兩種常用方法。和校正模型求取校正值，消除誤差。有兩種常用方法。 （1） 全自動校正全自動校正 用這種方法測得的信號與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，可大大提高用這種方法測得的信號與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，可大大提高測量精度，降低對電路器件的要求。測量精度，降低對電路器件的要求。 電路的輸入部分有一個多路電路的輸入部分有一個多路開關(guān)，由主機控制。校正時，先開關(guān)，由主機控制。校正時，先將開關(guān)接地，測出這時的輸入將開關(guān)接地，測出這時的輸入x0。然后把開關(guān)接。然后把開關(guān)接VR，測出輸入，測出輸入x1，存放，存放x0,

40、 x1，得校正方程，得校正方程 y=a1x+a0 式中，式中，a1=VR/(x1-x0), a0=VRx0/(x0-x1)。系統(tǒng)增益增益誤差的校正方法189 （2）人工自動校正人工自動校正 由人工在需要時接入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進行校正測量，存放測得的數(shù)據(jù)，由人工在需要時接入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進行校正測量，存放測得的數(shù)據(jù)，供以后使用。一般人工自動校正只測一個標(biāo)準(zhǔn)信號供以后使用。一般人工自動校正只測一個標(biāo)準(zhǔn)信號yR，零位信號的補，零位信號的補償由數(shù)字調(diào)零完成。設(shè)數(shù)字調(diào)零后測得的數(shù)據(jù)分別為償由數(shù)字調(diào)零完成。設(shè)數(shù)字調(diào)零后測得的數(shù)據(jù)分別為xR(接標(biāo)準(zhǔn)輸入接標(biāo)準(zhǔn)輸入yR時時) 和和x (接被測輸入接被測輸入y時時)，則可計算

41、出，則可計算出y。 Y= yRx/xR 人工自動校正特別人工自動校正特別適于傳感器特性隨時間變化適于傳感器特性隨時間變化的場合。例如常用的場合。例如常用的濕敏電容等濕度傳感器，其特性隨時間變化而變化。的濕敏電容等濕度傳感器，其特性隨時間變化而變化。 全自動校正只適用于基準(zhǔn)參數(shù)是電信號的場合，且不能校正由傳全自動校正只適用于基準(zhǔn)參數(shù)是電信號的場合，且不能校正由傳感器引入的誤差。感器引入的誤差。 系統(tǒng)增益增益誤差的校正方法290 只需建立較精確的溫度誤差數(shù)學(xué)模型，就可實現(xiàn)完善的補償。只需建立較精確的溫度誤差數(shù)學(xué)模型，就可實現(xiàn)完善的補償。 一個可行方法是在傳感器內(nèi)靠近敏感元件處，安裝一一個可行方法是

42、在傳感器內(nèi)靠近敏感元件處，安裝一測溫元件測溫元件，感，感受傳感器的工作環(huán)境溫度。常用測溫元件為受傳感器的工作環(huán)境溫度。常用測溫元件為PN二極管、熱敏電阻等，二極管、熱敏電阻等，它們的某些特性隨溫度變化，經(jīng)測溫電路、它們的某些特性隨溫度變化，經(jīng)測溫電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為與溫轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為與溫度有關(guān)的數(shù)字量度有關(guān)的數(shù)字量 ， 作為計算溫度誤差時的作為計算溫度誤差時的補償量補償量。 對某些傳感器，可采用較簡單的溫度誤差校正數(shù)學(xué)模型對某些傳感器，可采用較簡單的溫度誤差校正數(shù)學(xué)模型yC=y(1+a0 )+a1 式中：式中：y -未經(jīng)溫度誤差校正的測量值；未經(jīng)溫度誤差校正的測量值； yC -經(jīng)校正

43、后的測量值；經(jīng)校正后的測量值； -實驗工作環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之差；實驗工作環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之差； a0、a1-溫度變化系數(shù)，溫度變化系數(shù)，a1用于補償零位漂移，用于補償零位漂移， a0用于補償傳用于補償傳 感器靈敏度的溫度變化（溫漂）。感器靈敏度的溫度變化（溫漂）。 傳感器溫度誤差的校正方法191 對環(huán)境溫度變化不大的場合，用上式補償可收到比較好的效對環(huán)境溫度變化不大的場合，用上式補償可收到比較好的效果；對于環(huán)境溫度變化比較大，且補償精度要求很高的場合，這果；對于環(huán)境溫度變化比較大，且補償精度要求很高的場合，這種補償會帶來很大誤差。為此，需采用更復(fù)雜的公式進行修正：種補償會帶來很大誤差。為此

44、，需采用更復(fù)雜的公式進行修正： yC = y(1+a0 + a1 2)+a2 +a3 2 式中，式中，a0、a1用于補償傳感器靈敏度的變化；用于補償傳感器靈敏度的變化；a2、a3用于補償零位漂移。用于補償零位漂移。 對于傳感器的靈敏度及零漂溫度呈非線性變化的情況，上式對于傳感器的靈敏度及零漂溫度呈非線性變化的情況，上式可收到較好的效果?？墒盏捷^好的效果。 傳感器溫度誤差的校正方法2923）量程自動切換及標(biāo)度變換量程自動切換：量程自動切換： 如果傳感器和顯示器的分辨率一定，而系統(tǒng)如果傳感器和顯示器的分辨率一定，而系統(tǒng)(儀表儀表)的測量范圍很的測量范圍很寬，為提高測量精度，系統(tǒng)應(yīng)具有量程自動切換功

45、能。自動切換量程寬，為提高測量精度，系統(tǒng)應(yīng)具有量程自動切換功能。自動切換量程有采用有采用程控放大器程控放大器和和不同量程傳感器不同量程傳感器兩條途徑。兩條途徑。（1）采用程控放大）采用程控放大 通過控制放大器增益，對小幅值信號用大增益，對大幅值信號用小小幅值信號用大增益，對大幅值信號用小增益增益，使A/D轉(zhuǎn)換器信號滿量程達到均一化，程控放大器的反饋回路中包含一個精密梯形電阻網(wǎng)絡(luò)或權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，使增益可按二進制或十進制規(guī)律進行控制。程控放大器量程切換原理圖 93量程自動切換及標(biāo)度變換（2）采用不同量程傳感器）采用不同量程傳感器 采用不同量程傳感器進行切換的方案，由微機通過多路轉(zhuǎn)換器采用不同量程傳感

46、器進行切換的方案，由微機通過多路轉(zhuǎn)換器進行切換。進行切換。1#傳感器的最大測量范圍為傳感器的最大測量范圍為M1，2#為為M2，且，且M1 M2，設(shè)它們的滿量程輸出相同。設(shè)它們的滿量程輸出相同。 啟動時，總是啟動時，總是1#傳感器先接入工作，傳感器先接入工作，2#處于過載保護，待軟處于過載保護，待軟件判別確認量程后，再置標(biāo)志位，選取件判別確認量程后，再置標(biāo)志位，選取M1或或M2。 94標(biāo)度變換 實用中，被測模擬量被檢測出來并轉(zhuǎn)為數(shù)字量后，常需要轉(zhuǎn)換成實用中，被測模擬量被檢測出來并轉(zhuǎn)為數(shù)字量后，常需要轉(zhuǎn)換成操作員熟悉的工程量。因為被測對象的各種數(shù)據(jù)的量綱與操作員熟悉的工程量。因為被測對象的各種數(shù)據(jù)

47、的量綱與A/D轉(zhuǎn)換的輸轉(zhuǎn)換的輸入值不同，這些參數(shù)經(jīng)傳感器和入值不同，這些參數(shù)經(jīng)傳感器和A/D轉(zhuǎn)換后得到一系列數(shù)碼，這些數(shù)碼轉(zhuǎn)換后得到一系列數(shù)碼，這些數(shù)碼并不等于原來帶有量綱的參數(shù)值，僅對應(yīng)于參數(shù)大小，必須把它轉(zhuǎn)換并不等于原來帶有量綱的參數(shù)值，僅對應(yīng)于參數(shù)大小，必須把它轉(zhuǎn)換成帶量綱的數(shù)值后才能運算、顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換是成帶量綱的數(shù)值后才能運算、顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換是工程量變工程量變換換，又稱，又稱標(biāo)度變換標(biāo)度變換。有線性系統(tǒng)標(biāo)度變換和非線性參數(shù)標(biāo)度變換。有線性系統(tǒng)標(biāo)度變換和非線性參數(shù)標(biāo)度變換。 在非線性參數(shù)的標(biāo)度變換中，其變換式應(yīng)根據(jù)具體問題分析。首先在非線性參數(shù)的標(biāo)度變換中，其變換式

48、應(yīng)根據(jù)具體問題分析。首先求出其對應(yīng)的標(biāo)度變換公式，然后進行程序設(shè)計或在測量范圍內(nèi)實測一求出其對應(yīng)的標(biāo)度變換公式，然后進行程序設(shè)計或在測量范圍內(nèi)實測一些典型數(shù)據(jù)制作一張數(shù)據(jù)表，再用查表程序?qū)崿F(xiàn)標(biāo)度變換，對那些中間些典型數(shù)據(jù)制作一張數(shù)據(jù)表，再用查表程序?qū)崿F(xiàn)標(biāo)度變換，對那些中間數(shù)據(jù)可用插值法計算得到。數(shù)據(jù)可用插值法計算得到。 95標(biāo)度變換-線性系統(tǒng) （1）線性系統(tǒng)）線性系統(tǒng) 標(biāo)度變換公式標(biāo)度變換公式 ：0000)(NNNNAAAAmxmx式中：式中：A0測量范圍最小值；測量范圍最小值； Am測量范圍最大值；測量范圍最大值； NmAm所對應(yīng)的數(shù)字量；所對應(yīng)的數(shù)字量； N0A0所對應(yīng)的數(shù)字量；所對應(yīng)的數(shù)

49、字量； Nx被測量工所對應(yīng)的數(shù)字量。被測量工所對應(yīng)的數(shù)字量。 例：已知某熱處理爐溫度測量系統(tǒng)的量程為例：已知某熱處理爐溫度測量系統(tǒng)的量程為200800，在某一時刻計算，在某一時刻計算機采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量機采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量(8位位)為為0CDH，此時的溫度值是多少，此時的溫度值是多少? 解：已知解：已知A0=200， Am=800，Nx =0CDH=205，Nm=0FFH=255，此時溫度此時溫度Ax= Nx (Am-A0 )/ Nm + A0=205(800-200)/255+200 = 62896標(biāo)度變換-非線性參數(shù) （2）非線性參數(shù)的標(biāo)度變換非線性參數(shù)的標(biāo)度變換 被測量為

50、非線性刻度時，則其變換式應(yīng)根據(jù)具體問題分析，首先被測量為非線性刻度時，則其變換式應(yīng)根據(jù)具體問題分析，首先求出它所對應(yīng)的標(biāo)度變換公式，然后進行程序設(shè)計。求出它所對應(yīng)的標(biāo)度變換公式，然后進行程序設(shè)計。 實例：在流量測量中，其流量和壓差的公式為實例：在流量測量中，其流量和壓差的公式為 PKQ式中：式中： Q - 流量；流量； P - 節(jié)流裝置前后的差壓；節(jié)流裝置前后的差壓； K - 刻度系數(shù)，與流體的性質(zhì)及節(jié)流裝置的尺寸形狀有關(guān)?？潭认禂?shù)，與流體的性質(zhì)及節(jié)流裝置的尺寸形狀有關(guān)。 流體的流量與被測流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差的平方根成流體的流量與被測流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差的平方根成正比，于是

51、得到測量流量時的標(biāo)度變換式為正比，于是得到測量流量時的標(biāo)度變換式為0000)(QNNNNQQQmxmx97標(biāo)度變換-流量測量上式中，上式中，Qx：被測液體的流量值；：被測液體的流量值； Qm：流量儀表的上限值；：流量儀表的上限值； Q0：流量儀表的下限值；：流量儀表的下限值； Nx：差壓變送器所測得的差壓值：差壓變送器所測得的差壓值(數(shù)字量數(shù)字量)； Nm：差壓變送器上限所對應(yīng)的數(shù)字量；：差壓變送器上限所對應(yīng)的數(shù)字量； N0：差壓變送器下限所對應(yīng)的數(shù)字量。：差壓變送器下限所對應(yīng)的數(shù)字量。 對于流量儀表，一般下限皆為對于流量儀表，一般下限皆為0，即，即Q0=0，所以上式可簡化為，所以上式可簡化為

52、00NNNNQQmxmx98標(biāo)度變換-流量測量 若取流量表下限對應(yīng)的數(shù)字量若取流量表下限對應(yīng)的數(shù)字量N0=0，則上式可進一步簡化為，則上式可進一步簡化為mxmxNNQQ 前述三式即為不同初始條件下的流量標(biāo)度變換公式。前述三式即為不同初始條件下的流量標(biāo)度變換公式。 與線性刻度標(biāo)度變換公式一樣，由于與線性刻度標(biāo)度變換公式一樣，由于Qm，Q0，Nm，N0都是常數(shù)，都是常數(shù)，所以公式就可分別記作：所以公式就可分別記作：0010011,NNQQKQNNKQmmxx其中02022,NNQKNNKQmmxx其中mmxxNQKNKQ333,其中 上述三式即為各種不上述三式即為各種不同條件下的流量標(biāo)度變換同條件

53、下的流量標(biāo)度變換公式，同樣可以設(shè)計出流公式，同樣可以設(shè)計出流量標(biāo)度變換程序。量標(biāo)度變換程序。9910.3 檢測系統(tǒng)抗干擾設(shè)計1） 干擾的類型及產(chǎn)生干擾的類型及產(chǎn)生2） 常用的抑制干擾措施常用的抑制干擾措施3） 其他抑制干擾的措施其他抑制干擾的措施100 抗干擾技術(shù) 由于干擾的普遍存在，任何檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果總是達不到百分由于干擾的普遍存在，任何檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果總是達不到百分之百的準(zhǔn)確，嚴重的干擾甚至?xí)箼z測系統(tǒng)不能正常工作。因此，在之百的準(zhǔn)確，嚴重的干擾甚至?xí)箼z測系統(tǒng)不能正常工作。因此，在設(shè)計、制造和使用檢測系統(tǒng)的過程中，都不能回避干擾的影響，尤其設(shè)計、制造和使用檢測系統(tǒng)的過程中，都不能回

54、避干擾的影響，尤其是高精度的檢測系統(tǒng)，必須花很大的精力和成本去抑制干擾。是高精度的檢測系統(tǒng)，必須花很大的精力和成本去抑制干擾。 測量中測量中, ,來自測量系統(tǒng)內(nèi)部和外部、影響測量裝置或傳輸環(huán)節(jié)正來自測量系統(tǒng)內(nèi)部和外部、影響測量裝置或傳輸環(huán)節(jié)正常工作和測試結(jié)果的常工作和測試結(jié)果的各種因素的總和各種因素的總和，稱為，稱為干擾干擾( (噪聲噪聲) )。消除或削弱。消除或削弱各種干擾影響的全部技術(shù)措施總稱為抗干擾技術(shù)或稱為防護各種干擾影響的全部技術(shù)措施總稱為抗干擾技術(shù)或稱為防護。 形成形成干擾干擾有有三個要素三個要素: 干擾源、干擾通道和受感系統(tǒng)干擾源、干擾通道和受感系統(tǒng)。101干擾的類型根據(jù)干擾產(chǎn)生

55、的原因，干擾通?？煞譃橐韵聨追N類型。根據(jù)干擾產(chǎn)生的原因，干擾通?？煞譃橐韵聨追N類型。（1）電和磁干擾）電和磁干擾 電和磁的干擾對于傳感器或各種檢測儀表來說是最為普遍和影電和磁的干擾對于傳感器或各種檢測儀表來說是最為普遍和影響最嚴重的干擾，必須認真對待這種干擾。響最嚴重的干擾，必須認真對待這種干擾。 （2）機械干擾）機械干擾 對于機械干擾主要是采取減振措施來解決，例如采用彈簧減振、對于機械干擾主要是采取減振措施來解決，例如采用彈簧減振、減振軟墊及隔板等措施。減振軟墊及隔板等措施。 （3）熱干擾）熱干擾 對于熱干擾，工程上通常采取熱屏蔽、恒溫法、對稱平衡結(jié)構(gòu)對于熱干擾，工程上通常采取熱屏蔽、恒溫法

56、、對稱平衡結(jié)構(gòu)和溫度補償元件等方法進行抑制。和溫度補償元件等方法進行抑制。 102（4） 光干擾光干擾 對于具有光敏作用的元件，要注意光的屏蔽問題對于具有光敏作用的元件，要注意光的屏蔽問題。 （5） 濕度干擾濕度干擾 通常采取的措施是避免將檢測裝置放置在潮濕處，儀器裝置定時通電加熱去潮，電子器件和印刷電路浸漆或用環(huán)氧樹脂封灌等。 （6） 化學(xué)干擾化學(xué)干擾 必須根據(jù)使用環(huán)境對儀器設(shè)備采取必要的防腐措施，將關(guān)鍵的必須根據(jù)使用環(huán)境對儀器設(shè)備采取必要的防腐措施，將關(guān)鍵的 元器件密封并保持儀器設(shè)備清潔。元器件密封并保持儀器設(shè)備清潔。 （7） 射線輻射干擾射線輻射干擾 干擾的類型103干擾的來源（1） 自

57、然干擾自然干擾 由大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁輻由大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁輻射干擾統(tǒng)稱為自然干擾，如雷電、大氣低層電場的變化，電離層變射干擾統(tǒng)稱為自然干擾，如雷電、大氣低層電場的變化，電離層變化，太陽黑子的電磁輻射等。化，太陽黑子的電磁輻射等。（2） 電氣設(shè)備干擾電氣設(shè)備干擾 電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾包括放電干擾、工頻干擾、開關(guān)干擾及電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾包括放電干擾、工頻干擾、開關(guān)干擾及射頻干擾等。射頻干擾等。 （3） 內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾 設(shè)備內(nèi)部由于設(shè)計不良或某些器件工作會形成干擾。內(nèi)部干擾設(shè)備內(nèi)部由于設(shè)計不良或某些器件工作會形成干擾。內(nèi)部干擾有長期

58、干擾和瞬時干擾之分。熱電動勢、熱噪聲、信號耦合、工頻有長期干擾和瞬時干擾之分。熱電動勢、熱噪聲、信號耦合、工頻紋波等造成的干擾屬于長期干擾，而轉(zhuǎn)接過程、微音干擾、壓電效紋波等造成的干擾屬于長期干擾，而轉(zhuǎn)接過程、微音干擾、壓電效應(yīng)等干擾屬于瞬時干擾。應(yīng)等干擾屬于瞬時干擾。 104電子測量裝置的兩種干擾類型根據(jù)干擾進入測量電路的方式不同，干擾可分為串模干擾與共模干擾。根據(jù)干擾進入測量電路的方式不同，干擾可分為串模干擾與共模干擾。（1） 串模干擾串模干擾 串模干擾：干擾電壓與有效信號串聯(lián)疊加后作用到系統(tǒng)上。串模干擾：干擾電壓與有效信號串聯(lián)疊加后作用到系統(tǒng)上。 常見串?dāng)_：外部交變磁場對傳感器的一端進行

59、電磁耦合；外部高常見串?dāng)_：外部交變磁場對傳感器的一端進行電磁耦合；外部高壓交變電磁場對傳感器的一端進行漏電流耦合。壓交變電磁場對傳感器的一端進行漏電流耦合。（2） 共模干擾共模干擾 共模干擾：相對于公共的電位基準(zhǔn)點共模干擾：相對于公共的電位基準(zhǔn)點( (通常為接地點通常為接地點) )，在信號接，在信號接收器的兩個端子上同時出現(xiàn)的干擾。收器的兩個端子上同時出現(xiàn)的干擾。 它不直接影響結(jié)果，但是，當(dāng)信號接收器的輸入電路不對稱時，它不直接影響結(jié)果，但是，當(dāng)信號接收器的輸入電路不對稱時，它會轉(zhuǎn)為串模干擾，對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。它會轉(zhuǎn)為串模干擾，對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。105常用的抑制干擾措施 為保證檢測系統(tǒng)正常

60、工作，必須削弱和防止干擾影響，例如消為保證檢測系統(tǒng)正常工作，必須削弱和防止干擾影響，例如消除或抑制干擾源、破壞干擾途徑以及削弱被擾對象除或抑制干擾源、破壞干擾途徑以及削弱被擾對象( (接收電路接收電路) )對干對干擾的敏感性。通過采取各種抗干擾措施，使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠工作，擾的敏感性。通過采取各種抗干擾措施，使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠工作，從而提高檢測精度。從而提高檢測精度。 （1 1）屏蔽技術(shù)）屏蔽技術(shù) 利用銅或鋁等低電阻值材料制成容器，將需要防護的部分包起來利用銅或鋁等低電阻值材料制成容器，將需要防護的部分包起來或者利用導(dǎo)磁性良好的鐵磁材料制成的容器將需要防護的部分包起來，或者利用導(dǎo)磁性良好的鐵磁材料