傳感器與檢測(cè)技術(shù)第8章(8)

1、1第八章第八章 傳感檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成傳感檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成v第一節(jié)第一節(jié) 傳感檢測(cè)系統(tǒng)的組成傳感檢測(cè)系統(tǒng)的組成v第二節(jié)第二節(jié) 電橋電橋v第三節(jié)第三節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)v第四節(jié)第四節(jié) 濾波器濾波器v第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)數(shù)/模和模模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換v第六節(jié)第六節(jié) 傳感器與模傳感器與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的連接通道數(shù)轉(zhuǎn)換器的連接通道v第七節(jié)第七節(jié) 傳感檢測(cè)信號(hào)的細(xì)分與辨向原理傳感檢測(cè)信號(hào)的細(xì)分與辨向原理v第八節(jié)第八節(jié) 傳感檢測(cè)系統(tǒng)中的抗干擾問(wèn)題傳感檢測(cè)系統(tǒng)中的抗干擾問(wèn)題v第九節(jié)第九節(jié) 傳感檢測(cè)系統(tǒng)中的微機(jī)接口傳感檢測(cè)系統(tǒng)中的微機(jī)接口v第十節(jié)第十節(jié) 傳感器信號(hào)的溫度補(bǔ)償及線性化的計(jì)算機(jī)傳感器信號(hào)的溫度補(bǔ)償及線性化的

2、計(jì)算機(jī)處理處理2一、干擾與噪聲一、干擾與噪聲v噪聲定義為：任何不希望有的信號(hào)；廣義地噪聲定義為：任何不希望有的信號(hào)；廣義地說(shuō)是在一有用頻帶內(nèi)的任何不希望有的干擾。說(shuō)是在一有用頻帶內(nèi)的任何不希望有的干擾。v按照干擾的來(lái)源可以分為兩類，一類是按照干擾的來(lái)源可以分為兩類，一類是系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)部的干擾內(nèi)部的干擾，另一類是來(lái)自，另一類是來(lái)自系統(tǒng)外部的干擾系統(tǒng)外部的干擾。3一、干擾與噪聲一、干擾與噪聲v系統(tǒng)內(nèi)部干擾系統(tǒng)內(nèi)部干擾:v信號(hào)通過(guò)公共電源、地線和傳輸線的阻抗相信號(hào)通過(guò)公共電源、地線和傳輸線的阻抗相互耦合形成的干擾；互耦合形成的干擾；v元件之間、導(dǎo)線之間通過(guò)寄生電容或互感耦元件之間、導(dǎo)線之間通過(guò)寄生電容

3、或互感耦合造成的干擾；合造成的干擾；v大功率和高壓元件產(chǎn)生的電場(chǎng)；大功率和高壓元件產(chǎn)生的電場(chǎng)；v電子開(kāi)關(guān)元件的電壓或電流急劇變化而產(chǎn)生電子開(kāi)關(guān)元件的電壓或電流急劇變化而產(chǎn)生的干擾源；工作電源，交叉走線等。的干擾源；工作電源，交叉走線等。4一、干擾與噪聲一、干擾與噪聲v外部干擾的因素有：外部干擾的因素有：v外部高壓電源因絕緣不良形成的漏電；廣播外部高壓電源因絕緣不良形成的漏電；廣播電視、高頻感應(yīng)加熱等；空間電磁波的輻射；電視、高頻感應(yīng)加熱等；空間電磁波的輻射；周圍機(jī)械振動(dòng)和沖擊的影響等。噪聲源的種周圍機(jī)械振動(dòng)和沖擊的影響等。噪聲源的種類也很多，如電源噪聲，放電噪聲，電氣設(shè)類也很多，如電源噪聲，放

4、電噪聲，電氣設(shè)備噪聲，固有噪聲，熱噪聲等。備噪聲，固有噪聲，熱噪聲等。5一、干擾與噪聲一、干擾與噪聲v信噪比：是指信號(hào)通路中有用信號(hào)功率信噪比：是指信號(hào)通路中有用信號(hào)功率PS與與噪聲功率噪聲功率PN之比，通常用之比，通常用S/N表示，即表示，即10lgSNPSNP6一、干擾與噪聲一、干擾與噪聲v形成干擾的三個(gè)條件是：形成干擾的三個(gè)條件是：v干擾源干擾源v干擾的耦合通道干擾的耦合通道v干擾的接收電路干擾的接收電路7二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法v抑制干擾的方法主要是采?。阂种聘蓴_的方法主要是采取：v單點(diǎn)接地單點(diǎn)接地v屏蔽隔離屏蔽隔離v濾波濾波8二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法1.接地接

5、地v在測(cè)量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地、信在測(cè)量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地、信號(hào)源地、數(shù)字信號(hào)地和模擬信號(hào)地。號(hào)源地、數(shù)字信號(hào)地和模擬信號(hào)地。9二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法1.接地接地v安全地安全地v在強(qiáng)電應(yīng)用中，由于設(shè)備工作在高電壓、大在強(qiáng)電應(yīng)用中，由于設(shè)備工作在高電壓、大功率情況下，容易危及人身及設(shè)備的安全，功率情況下，容易危及人身及設(shè)備的安全，因此要將電網(wǎng)的零線與各種電氣設(shè)備的外殼因此要將電網(wǎng)的零線與各種電氣設(shè)備的外殼連接在一起，并直接與大地連接，保證機(jī)殼連接在一起，并直接與大地連接，保證機(jī)殼與大地等電位，從而確保人身及設(shè)備的安全，與大地等電位，從而確保人身及設(shè)備的安全，這種地

6、稱為安全地。這種地稱為安全地。10二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法1.接地接地v為了防止電路有公共阻抗而引起信號(hào)交叉耦為了防止電路有公共阻抗而引起信號(hào)交叉耦合，采用單點(diǎn)接地。先將各個(gè)子系統(tǒng)建立一合，采用單點(diǎn)接地。先將各個(gè)子系統(tǒng)建立一個(gè)單獨(dú)接地點(diǎn)，然后系統(tǒng)再在一點(diǎn)上接地。個(gè)單獨(dú)接地點(diǎn)，然后系統(tǒng)再在一點(diǎn)上接地。11二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法2.屏蔽屏蔽v防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)干擾的有效方法是屏蔽，不防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)干擾的有效方法是屏蔽，不同場(chǎng)合采用的屏蔽體也不同。同場(chǎng)合采用的屏蔽體也不同。12二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法2.屏蔽屏蔽v(1)靜電屏蔽靜電屏蔽v靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)稱為靜電場(chǎng)

7、。靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)稱為靜電場(chǎng)。v靜電屏蔽的方法有兩種：靜電屏蔽的方法有兩種：v一是用金屬屏蔽罩罩住帶靜電的物體，并將屏一是用金屬屏蔽罩罩住帶靜電的物體，并將屏蔽罩接地，使罩外空間不存在靜電場(chǎng)；蔽罩接地，使罩外空間不存在靜電場(chǎng)；v二是用屏蔽罩罩住測(cè)量電路，保證罩內(nèi)不存在二是用屏蔽罩罩住測(cè)量電路，保證罩內(nèi)不存在靜電場(chǎng)。靜電場(chǎng)。13二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法2.屏蔽屏蔽v(2)低頻磁感應(yīng)屏蔽低頻磁感應(yīng)屏蔽v低頻磁感應(yīng)屏蔽的原理是使絕大部分磁通量低頻磁感應(yīng)屏蔽的原理是使絕大部分磁通量經(jīng)屏蔽體通過(guò)，所以要選用導(dǎo)磁性能好的材經(jīng)屏蔽體通過(guò)，所以要選用導(dǎo)磁性能好的材料做屏蔽罩。一般選用鐵磁性材料，

8、在要求料做屏蔽罩。一般選用鐵磁性材料，在要求高的場(chǎng)合，可采用雙層屏蔽的方法。高的場(chǎng)合，可采用雙層屏蔽的方法。14二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法2.屏蔽屏蔽v(3)高頻磁感應(yīng)屏蔽高頻磁感應(yīng)屏蔽v對(duì)高頻磁場(chǎng)的屏蔽也就是對(duì)輻射電磁場(chǎng)的屏對(duì)高頻磁場(chǎng)的屏蔽也就是對(duì)輻射電磁場(chǎng)的屏蔽，通常采用金屬屏蔽罩。電磁場(chǎng)在金屬內(nèi)蔽，通常采用金屬屏蔽罩。電磁場(chǎng)在金屬內(nèi)傳播時(shí)，會(huì)在金屬內(nèi)感生電流，繼而產(chǎn)生熱傳播時(shí)，會(huì)在金屬內(nèi)感生電流，繼而產(chǎn)生熱效應(yīng)，即電磁場(chǎng)能量的一部分被金屬吸收而效應(yīng)，即電磁場(chǎng)能量的一部分被金屬吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，這就是由吸收損耗而導(dǎo)致的屏轉(zhuǎn)化為熱能，這就是由吸收損耗而導(dǎo)致的屏蔽效果。蔽效果。15二

9、、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法3.隔離隔離v當(dāng)信號(hào)電路在兩端接地時(shí)，很容易形成環(huán)路當(dāng)信號(hào)電路在兩端接地時(shí)，很容易形成環(huán)路電流，引起噪聲干擾，這時(shí)采用隔離的方法電流，引起噪聲干擾，這時(shí)采用隔離的方法v隔離一般是切斷兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)之間電的直隔離一般是切斷兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)之間電的直接聯(lián)系，而改用其它物理量接聯(lián)系，而改用其它物理量(如光、超聲波、如光、超聲波、電磁力等電磁力等)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的聯(lián)系。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的聯(lián)系。16二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法3.隔離隔離v(1)變壓器隔離電路變壓器隔離電路v采用變壓器采用變壓器T將電路將電路1與電路與電路2實(shí)現(xiàn)電氣隔離，而電實(shí)現(xiàn)電氣隔離，而電路路1輸出

10、的有用信號(hào)靠輸出的有用信號(hào)靠磁通耦合磁通耦合傳給電路傳給電路2，兩個(gè)，兩個(gè)電路的接地之間不會(huì)產(chǎn)生共模噪聲電路的接地之間不會(huì)產(chǎn)生共模噪聲17二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法3.隔離隔離v(2)光電耦合電路光電耦合電路v這種光電耦合的方式將兩個(gè)電路完全隔開(kāi)，這種光電耦合的方式將兩個(gè)電路完全隔開(kāi)，故可以完全克服兩電路間的地線干擾，該電故可以完全克服兩電路間的地線干擾，該電路既可采用相同參考點(diǎn)的電源也可采用不同路既可采用相同參考點(diǎn)的電源也可采用不同參考點(diǎn)的電源。參考點(diǎn)的電源。18二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法4.濾波濾波v采用濾波器可以抑制電源噪聲及耦合到電路采用濾波器可以抑制電源噪聲及耦合

11、到電路中的噪聲。中的噪聲。19二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法4.濾波濾波v(1)電源濾波電源濾波v通過(guò)選用不同的電感值和電容值，可以濾去低頻通過(guò)選用不同的電感值和電容值，可以濾去低頻干擾電壓信號(hào)和高頻干擾電壓信號(hào)。干擾電壓信號(hào)和高頻干擾電壓信號(hào)。20二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法4.濾波濾波v(2)退耦濾波器退耦濾波器v當(dāng)一個(gè)直流電源對(duì)幾個(gè)電路同時(shí)供電時(shí)，為當(dāng)一個(gè)直流電源對(duì)幾個(gè)電路同時(shí)供電時(shí)，為了避免通過(guò)電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間互相了避免通過(guò)電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間互相干擾，則在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線與地之干擾，則在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線與地之間加裝退耦濾波器。間加裝退耦濾波器。2

12、1二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法4.濾波濾波v(3)有源濾波有源濾波v由由RC和運(yùn)算放大器構(gòu)成和運(yùn)算放大器構(gòu)成v有源濾波利用了有源器件不斷補(bǔ)充由電阻反有源濾波利用了有源器件不斷補(bǔ)充由電阻反造成的損耗，故能耗極低，既改善了電路的造成的損耗，故能耗極低，既改善了電路的選擇性，又具有將信號(hào)放大的功能，有源濾選擇性，又具有將信號(hào)放大的功能，有源濾波多用在選出有用的頻率信號(hào)，抑制雜散的波多用在選出有用的頻率信號(hào)，抑制雜散的無(wú)用頻率信號(hào)的濾波電路中。無(wú)用頻率信號(hào)的濾波電路中。22二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法4.濾波濾波v(4)數(shù)字濾波數(shù)字濾波v這種濾波方式可以根據(jù)不同的信號(hào)，而用不這種濾波方

13、式可以根據(jù)不同的信號(hào)，而用不同的濾波方法，因此具有靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)。同的濾波方法，因此具有靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)。23三、典型噪聲干擾的抑制三、典型噪聲干擾的抑制1.設(shè)備啟、停時(shí)產(chǎn)生的電火花干擾設(shè)備啟、停時(shí)產(chǎn)生的電火花干擾v由于繼電器觸點(diǎn)的開(kāi)閉及電源開(kāi)關(guān)通斷瞬間，由于繼電器觸點(diǎn)的開(kāi)閉及電源開(kāi)關(guān)通斷瞬間，均會(huì)引起感性負(fù)載電壓和電流的跳變而產(chǎn)生均會(huì)引起感性負(fù)載電壓和電流的跳變而產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象?；鸹ǚ烹姮F(xiàn)象。v電火花是一個(gè)發(fā)射高頻噪聲的干擾源，這種電火花是一個(gè)發(fā)射高頻噪聲的干擾源，這種瞬間干擾將通過(guò)高頻輻射、導(dǎo)線傳遞及分布瞬間干擾將通過(guò)高頻輻射、導(dǎo)線傳遞及分布電容等途徑竄入整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。電容等途徑竄入整

14、個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。24三、典型噪聲干擾的抑制三、典型噪聲干擾的抑制1.設(shè)備啟、停時(shí)產(chǎn)生的電火花干擾設(shè)備啟、停時(shí)產(chǎn)生的電火花干擾v消除這種干擾的方法通常是采用消除這種干擾的方法通常是采用RC吸收電吸收電路，即將電阻路，即將電阻R和電容和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器觸點(diǎn)或電源開(kāi)關(guān)兩端。電器觸點(diǎn)或電源開(kāi)關(guān)兩端。25三、典型噪聲干擾的抑制三、典型噪聲干擾的抑制2.共模噪聲共模噪聲v噪聲電壓或電流同時(shí)加到兩信號(hào)上所產(chǎn)生的噪聲電壓或電流同時(shí)加到兩信號(hào)上所產(chǎn)生的噪聲稱噪聲稱共模噪聲共模噪聲。v抑制這種干擾可采用差分放大器，因?yàn)椴罘忠种七@種干擾可采用差分放大器，因?yàn)椴罘址糯笃鲙缀鯇?duì)共模噪聲沒(méi)有放大作用。差分放大器幾乎對(duì)共模噪聲沒(méi)有放大作用。差分放大器的輸入阻抗越高，抑制作用越強(qiáng)。放大器的輸入阻抗越高，抑制作用越強(qiáng)。26三、典型噪聲干擾的抑制三、典型噪聲干擾的抑制3.串?dāng)_串?dāng)_v相鄰