傳感器與檢測技術(shù)第6章-現(xiàn)代檢測技術(shù)課件

1、第6章 現(xiàn)代檢測技術(shù)現(xiàn)代檢測技術(shù)定義是:指采用先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、建模與推理等技術(shù)實現(xiàn)用常規(guī)儀表、方法和手段無法直接獲取的對待測參數(shù)的檢測。特點(diǎn)：從待測參數(shù)的性質(zhì)看，主要用于非常見的參數(shù)的測量。 從應(yīng)用的領(lǐng)域（對象）看，主要用于復(fù)雜設(shè)備（對象）、復(fù)雜過程的影響性能質(zhì)量等方面的綜合性參數(shù)的測量，如高速運(yùn)動機(jī)械的故障分析、油品質(zhì)量的檢測等。從使用的技術(shù)或方法看，主要利用了新型的傳感技術(shù)或傳感器。 Contents傳感器的補(bǔ)償與標(biāo)定6.1檢測信號的調(diào)理電路6.2抗干擾技術(shù)6.3傳感檢測新技術(shù)6.4圖6.1 實際傳感器的幾種典型輸入輸出特性曲線6.1傳感器的補(bǔ)償與標(biāo)定6.1.1 傳感器的補(bǔ)償

2、傳感器使用中的一個問題就是線性化及其補(bǔ)償。線性化及補(bǔ)償就是在使用傳感器進(jìn)行實際測量時, 對傳感器的輸入-輸出特性進(jìn)行補(bǔ)償，也稱線性化處理。 典型的輸入-輸出特性曲線圖6.1為幾種典型的輸入-輸出特性曲線6.1.1 傳感器的補(bǔ)償電橋電路傳感器的補(bǔ)償圖6.3使用了反饋式線性補(bǔ)償方法，可從圖6.2a可知電橋輸入電壓為：圖6.2 電橋電路a）電橋有一個橋臂電路 b）電橋有兩個橋臂電路圖6.3 利用反饋技術(shù)影響傳感器電橋輸入電壓的原理電路圖(6-1) 式中，X為傳感器電阻的變化量。放大器的輸出電壓為： (6-2) (6-6)再由 得：則 可消除非線性誤差。6.1.2 傳感器的標(biāo)定6.1.2 傳感器的標(biāo)定

3、傳感器的標(biāo)定，是指在明確輸入和輸出關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)器對傳感器進(jìn)行刻度。如溫度傳感器的標(biāo)定。 晶體管溫度傳感器的輸出具有好的線性關(guān)系，原則上只要做兩點(diǎn)定標(biāo)即可。晶體管溫度傳感器具有非線性，要進(jìn)行線性化補(bǔ)償。經(jīng)常選用的定標(biāo)溫度有水冰點(diǎn)0（273。15K）、沸點(diǎn)100（373。15K）和室溫（300K）。 6.2 檢測信號的調(diào)理電路6.2.1 測量電橋按照電橋所采用的電源不同可分為：直流電橋和交流電橋 按照輸出測量方式不同可分為：不平衡電橋和平衡電橋 6.2.1 測量電橋直流電橋（1）電橋的工作原理圖6.4是直流電橋的基本形式。 、 、 、 稱為橋臂電阻， 為供橋直流電壓源。當(dāng)電橋輸

4、出端 、 接入輸入阻抗較大的儀表或放大器時，可視為開路，此時橋路電流：a、b之間與a、d之間的電位差：輸出電壓： 圖6.4 直流電橋 (6-7) (6-8) (6-9) (6-10) (6-11) 6.2.1 測量電橋滿足 直流電橋的平衡。當(dāng)橋臂電阻 （如電阻應(yīng)變片）產(chǎn)生 變化時，輸出電壓：當(dāng) 時稱為全等臂電橋。此時式（6-13）可寫成：一般情況下 ，忽略分母中的 項，則： (6-12)(6-13)(6-14)(6-15)6.2.1 測量電橋 電橋在初始時處于平衡狀態(tài)，當(dāng)各橋臂電阻發(fā)生不同程度的微小變化時，電橋失去平衡，此時輸出電壓：為電橋輸出電壓與各橋臂電阻變化量的一般關(guān)系式。由于 ，忽略分

5、母中的 項和分子中的 高次項，對于最常用的全等臂電橋，可寫為： (6-16)(6-17)6.2.1 測量電橋（2）直流電橋主要的特點(diǎn)：所需的高穩(wěn)定度直流電源較易獲得；電橋輸出是直流量，可以用直流儀表測量，精度較高；對傳感器至測量儀表的連接導(dǎo)線要求較低；電橋的預(yù)調(diào)平衡電路簡單，僅需對純電阻加以調(diào)整即可。 但直流放大器比較復(fù)雜，易受零漂和接地電位的影響。（3）電橋的連接方式電橋分為單臂電橋、差動半橋和差動全橋三種連接方式，如圖6-5所示。6.2.1 測量電橋圖6.5 直流電橋的連接方式a) 單臂電橋 b) 差動電橋 c) 差動全橋6.2.1 測量電橋單臂電橋：如圖6.5a所示，當(dāng) 時，電橋輸出電壓

6、：差動半橋：如圖6.5b所示，當(dāng) 、 且 ， 電橋輸出電壓：差動全橋：如圖6.5c所示 當(dāng) 、 、 、 ， 且 ， 電橋輸出電壓：定義電橋的靈敏度為電橋的輸出電壓與電橋一個橋臂的電阻變化率之比值，即(6-18)(6-19)(6-20)(6-21)圖6.7 電橋連接方式圖6.6 用補(bǔ)償塊實現(xiàn)溫度補(bǔ)償a) 試件 b) 補(bǔ)償塊6.2.1 測量電橋（4）電橋的加減特性與應(yīng)用 例6-1 橋路溫度補(bǔ)償。圖6.6采用兩片相同的應(yīng)變片 和 。 貼在試件的測點(diǎn)上和補(bǔ)償塊上。 和 處于相同溫度場中，并按圖6.7接入電橋的相鄰臂上。當(dāng)試件受力且環(huán)境溫度變化 時，應(yīng)變片 的電阻變化率： 6.2.1 測量電橋 應(yīng)變片

7、(為溫度補(bǔ)償片)只有受溫度變化引起的電阻變化率 因為 由式(6-17)可知 結(jié)果消除了溫度的影響，減少了測量誤差。這種橋路補(bǔ)償法在常溫測量中經(jīng)常采用。例6-2 利用加減特性提高半橋測量的靈敏度。測量如圖6.8所示的純彎試件時，應(yīng)變片 和 分別貼于試件上下兩表面，并按圖6.7所示電橋接線。彎矩 作用下： 和 由溫度引起的電阻變化率相同 由式(6-17)可得圖6.8 半橋測量6.2.1 測量電橋6.2.1 測量電橋 例6-3 圖6.9a對例6-2改進(jìn)，應(yīng)變片和貼在上表面，和貼在對稱于中性層的下表面，并按圖6.9b組成全等臂電橋。 試件受彎矩作用并考慮環(huán)境溫度變化，則各橋臂的電阻變化率 代入式(6-

8、17)得 不僅實現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，而且電橋 的輸出為單臂電橋測量時的4倍，大 大提高了測量的靈敏度。圖6.9 全橋測量a) 應(yīng)變片粘貼位置 b) 電橋連接方式6.2.1 測量電橋2. 交流電橋 交流電橋電路如圖6.10所示，其激勵電壓采用交流方式。橋臂的阻抗、電流和電壓都用復(fù)數(shù)表示，則交流電橋平衡時必須滿足復(fù)阻抗中包含有幅度及相位信息: 得: 則: 式(6-24)表明，交流電橋平衡必須滿足兩個條件：相對兩臂阻抗之模的乘積應(yīng)相等，并且它們的阻抗角之和也必須相等，前者稱為交流電橋模的平衡條件，后者稱為相位平衡條件。 圖6.10 交流電橋(6-22)(6-23)(6-24)圖6.11 電容電橋6.2.1

9、 測量電橋圖6.11是一種常用電容電橋， 、 是電容介質(zhì)的等效電阻，由式(6-24)得電橋平衡條件為： (6-25)(6-26)圖6-12是一種常用電感電橋， 、 為電感線圈的等效電阻，由式(6-24)可得平衡條件為： 圖6.12 電感電橋(6-27)(6-28)6.2.1 測量電橋圖6.13 電阻交流電橋的分布電容 對于純電阻交流電橋，即使各橋臂均為電阻，但由于導(dǎo)線間存在分布電容，相當(dāng)于每個橋臂上都并聯(lián)了一個電容（如圖6.13），因此，除了電阻平衡外，還須考慮電容平衡。圖6.14是一種用于動態(tài)應(yīng)變儀中的具有電阻和電容預(yù)調(diào)平衡的純電阻電橋。圖6.14 具有電阻電容平衡的交流電阻電橋6.2.1

10、測量電橋3. 感應(yīng)耦合臂電橋 帶感應(yīng)耦合臂的電橋是將感應(yīng)耦合的兩個繞組作為橋臂而組成電橋，一般有圖6-15中a、b兩種形式。圖6.15 帶感應(yīng)耦合臂的電橋a) 變壓器電橋 b) 差動變壓器式電橋6.2.2 檢測信號的放大與變換6.2.2 檢測信號的放大與變換比例放大器 反相比例放大器電路如圖6.16a所示。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概念，反相放大器的放大倍數(shù)為 當(dāng) 為反相跟隨器。 反相比例放大器存在的問題是輸入電阻較低， ，通常只有幾千歐。采用圖6.16b的電路，即同相比例放大器，可以得到較高的輸入電阻。其放大倍數(shù)為 圖6.16 運(yùn)算放大器a) 反相比例放大器 b) 同相比例放大器(6-29)(

11、6-30)6.2.2 檢測信號的放大與變換儀表放大器儀表放大器，又稱測量放大器，則是專對于輸出阻抗大、共模電壓高的輸入信號而設(shè)計的高輸入阻抗和共模抑制比的差動放大器。典型的三運(yùn)放儀表放大器電路如圖6.17所示。圖6.17 典型的三運(yùn)放儀表放大器電路 根據(jù)運(yùn)算放大器的特點(diǎn)和基本分析方法，在圖6.17中，有若 、 、 則 是用于調(diào)節(jié)放大器放大倍數(shù)的外接電阻。 6.2.2 檢測信號的放大與變換(6-31)(6-32)(6-33)(6-34)6.2.2 檢測信號的放大與變換電壓電流變換器 1. 010mA電壓/電流變換電路電壓/電流變換電路的作用是將電壓信號變換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號。變換電路如圖6.18所

12、示。若運(yùn)算放大器的開環(huán)增益和輸入阻抗足夠大，則會有因此輸出電流Ic與負(fù)載電阻無關(guān)。圖6.18 010mA電壓/電流轉(zhuǎn)換電路 (6-35)圖6.19 4mA20mA電壓/電流變換電路特性 圖6.20 4mA20mA電壓/電流變換電路 6.2.2 檢測信號的放大與變換4mA20mA電壓/電流變換電路6.2.3 信號的調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制是指利用被測緩變信號來控制或改變高頻振蕩波的某個參數(shù)（幅值、頻率或相位），使其按被測信號的規(guī)律變化，以利于信號的放大與傳輸。 若控制量是高頻振蕩波的幅值，則稱為調(diào)幅（AM）；若控制量是高頻振蕩波的頻率或相位，則稱為調(diào)頻（FM）或調(diào)相（PM）。 一般把控制高頻振蕩波的緩變

13、信號稱為調(diào)制波；載送緩變信號的高頻振蕩波稱為載波；經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩波稱為已調(diào)波，根據(jù)調(diào)制原理不同，分別稱為調(diào)幅波、調(diào)頻波，如圖6.21所示。 解調(diào)則是對已調(diào)波進(jìn)行鑒別以恢復(fù)緩變的測量信號（調(diào)制波）。 圖6.21 載波、調(diào)制波及已調(diào)波 6.2.3 信號的調(diào)制與解調(diào)6.2.3 信號的調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅及其解調(diào)原理 從調(diào)幅原理(圖6.22)看，載波頻率 必須高于原信號中的最高頻率 才能使已調(diào)波仍保持原信號的頻譜，不致混疊。欲減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬（ ）相對中心頻率（載波頻率 ）應(yīng)越小越好。工程應(yīng)用中，載波頻率至少應(yīng)數(shù)倍甚至數(shù)十倍于被測信號的最高頻率。但是載波頻率的提高也受到放大電路截止

14、頻率的限制。圖6.22 調(diào)幅過程a) 時域 b) 頻域6.2.3 信號的調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的解調(diào)如圖6.23所示，將調(diào)制波再次與原載波信號相乘，用低通濾波器濾去高頻成分，就可以復(fù)現(xiàn)原信號的頻譜。從時域看：圖6.23 同步解調(diào)(6-39)6.2.3 信號的調(diào)制與解調(diào)(2) 包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波在時域內(nèi)的流程如圖6.24所示。若把調(diào)制信號 進(jìn)行偏置，疊加一直流分量 ，使偏置后的信號 都具有正電壓，然后再與高頻載波相乘得到調(diào)幅波 ，其包絡(luò)線具有調(diào)制波的形狀。調(diào)幅波經(jīng)過包絡(luò)檢波（整流、濾波）就可以恢復(fù)偏置后的信號 ，最后再將所加直流分量去掉，就可以恢復(fù)原調(diào)制信號 。圖6.24 包絡(luò)檢波解調(diào)6.2.3 信號

15、的調(diào)制與解調(diào)(3) 相敏檢波 相敏檢波是為了從調(diào)制后的電信號中辨識原信號的極性變化。 相敏檢波常用的有半波相敏檢波和全波相敏檢波。圖6.25所示為一開關(guān)式全波相敏檢波電路。圖6.25 全撥開關(guān)式相敏檢波a) 電路圖 b) 波形圖6.2.3 信號的調(diào)制與解調(diào) 圖6.26為動態(tài)電阻應(yīng)變儀，是電橋調(diào)幅與相敏檢波的典型實例。圖6.26 動態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖6.2.3 信號的調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻及其解調(diào) 定義：調(diào)頻是利用信號電壓的幅值控制一個振蕩器的振蕩頻率，而輸出是等幅波。 調(diào)頻常用的方案是基于壓控振蕩器（VCO）原理。圖6.27是一種簡單的壓控振蕩器原理圖。 圖6.27 采用乘法器的壓控振蕩器6.2.3

16、信號的調(diào)制與解調(diào) 圖6.28為另一種簡單的鑒頻電路，即變壓器耦合的諧振回路鑒頻，把頻率變化轉(zhuǎn)換為電壓幅值的變化。該變換通常分兩步完成：第一步先將等幅的調(diào)頻波轉(zhuǎn)換為幅值隨頻率變化的調(diào)頻調(diào)幅波；第二步檢測幅值的變化，得到原調(diào)制信號。 圖6.28 利用諧振振幅進(jìn)行鑒頻a) 鑒頻器 b) 頻率電壓特性曲線6.2.4 信號的濾波6.2.4 信號的濾波1.概述 一般將濾波器分4類，即低通、高通、帶通和帶阻濾波器。圖6.29為4種濾波器的幅頻特性。 是通帶截止頻率。 圖6.29 四類濾波器的幅頻特性a) 低通濾波器 b) 高通濾波器 c) 帶通濾波器 d) 帶阻濾波器6.2.4 信號的濾波2. 理想濾波器

17、圖6.30為理想低通濾波器的幅頻及相頻特性曲線，其頻率特性為理想低通濾波器的相頻特性的直線斜率 。無相位滯后， ，則若如圖6.30b所示平移了 。圖6.30 理想低通濾波器a) 理想低通濾波器的幅、相頻特性 b) 理想低通濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)(6-46)(6-47)(6-48)6.2.4 信號的濾波若濾波器的輸入為單位階躍信號則濾波器的輸出 是脈沖響應(yīng)函數(shù) 和輸入 的卷積，即 曲線如圖6.31所示。(6-49)(6-50)圖6.31 理想低通濾波器對單位階躍的響應(yīng)a) 無相移滯后 b) 有相角滯后6.2.4 信號的濾波3.實際濾波器實際濾波的基本參數(shù)圖6.32表示理想帶通（虛線）與實際帶通（粗

18、實線）濾波器的幅頻特性。 1) 波紋幅度 ：實際濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性不像理想濾波器那樣平直，可能呈波紋變化，其波動的幅度稱為波紋幅度。一般要求：圖6.32 理想帶通與實際帶通濾波器的幅頻特性(6-53) 2) 截止頻率：為保證通帶內(nèi)的信號幅值不會產(chǎn)生較明顯的衰減，一般規(guī)定幅頻特性值等于 時所對應(yīng)的頻率 、 稱為濾波器的上、下截止頻率?；邓p量不會超過-3dB。6.2.4 信號的濾波 3) 帶寬 和品質(zhì)因數(shù) ：上下截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬 ，或-3dB帶寬，單位為Hz。帶寬決定著濾波器分離信號中相鄰頻率成分的能力頻率分辨力。 濾波器的品質(zhì)因數(shù) 是中心頻率 和帶寬 的比值。中心

19、頻率的定義是上下截止頻率的幾何平均值，即 品質(zhì)因數(shù) 也用來衡量濾波器分離相鄰頻率成分的能力。 值越大，濾波器的分辨力越高。(6-54)(6-55)6.2.4 信號的濾波4) 倍頻程選擇性：所謂倍頻程選擇性，是指在上截止頻率 與 之間，或者在下截止頻率 與 之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一倍頻程的衰減量，以dB表示，即 (6-56)(6-57)倍頻程選擇性倍頻程選擇性或5) 濾波器因數(shù)(或矩形系數(shù)) ：濾波器選擇性的另一種表示方法是用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬與-3 dB帶寬的比值，即理想濾波器 ，常用濾波器的 。(6-58)6.2.4 信號的濾波(2) RC濾波器：在測試系統(tǒng)中，常用濾波

20、器。其電路簡單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻特性。根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)，可分為無源濾波器和有源濾波器兩類。 1) RC無源濾波器 一階RC低通濾波器 ：低通濾波器的典型電路及其幅頻、相頻特性如圖6.33所示，這是一個典型的一階系統(tǒng)。輸入和輸出電壓分別為 和 ，電路時間常數(shù) 。其頻率特性和幅頻特性分別為圖6.33 一階低通濾波器及其幅頻、相頻特性(6-59)(6-60)6.2.4 信號的濾波分析系統(tǒng)可知：，則當(dāng)，則即當(dāng)，則(6-61)(6-62)b. 一階RC高通濾波器 ：高通濾波器的典型電路及其幅頻、相頻特性如圖6.34所示。(6-63)(6-64)圖6.34 一階高通濾波器及其幅頻、相頻特性

21、當(dāng)6.2.4 信號的濾波由圖6.34可見：2) RC有源濾波器：把無源濾波器串聯(lián)，也可以提高階次，但受級間耦合的影響，效果是互相削弱的，且信號的幅值也逐級減弱。為了克服這些缺點(diǎn)，常采用有源濾波器。，則幅頻特性接近于1，相移處于零。當(dāng)，則，即濾波器的-3dB截止頻率為，則RC高通濾波器的輸出與輸入的微分成正比， 起著微分器的作用。(6-65)當(dāng)當(dāng)6.2.4 信號的濾波RC有源低通濾波器 ：圖6.35 a是將簡單一階低通濾波網(wǎng)絡(luò)接到運(yùn)算放大器的輸入端，運(yùn)算放大器起隔離負(fù)載影響、提高增益和提高帶負(fù)載能力的作用。其截止頻率 ，放大倍數(shù) 。圖6.35b則把高通網(wǎng)絡(luò)作為運(yùn)算放大器的負(fù)反饋，獲得低通濾波器，

22、其截止頻率為 ，直流放大倍數(shù) 。圖6.35 一階有源低通濾波器a) 濾波網(wǎng)絡(luò)接至放大器的輸入端 b) 濾波網(wǎng)絡(luò)作負(fù)反饋 圖6.36是二階低通濾波器。圖6.36 b由于有多路負(fù)反饋，比圖6.36 a濾波器的特性更好。圖6.36 二階有源低通濾波器a) 兩個一階低通的簡單組合 b) 采用多路負(fù)反饋 RC有源帶通濾波器 ：圖6.37a的帶通濾波器中的運(yùn)算放大器只起級間隔離和提高帶負(fù)載能力的作用。這種濾波器的 值很低。圖6.37b是常用的多路負(fù)反饋二階帶通濾波器。適當(dāng)調(diào)整電路中元件的參數(shù)，可獲得較大的 值。 6.2.4 信號的濾波圖6.37 有源帶通濾波器a) 低、高通網(wǎng)絡(luò)簡單組合 b) 采用多路負(fù)反

23、饋 (3) 恒帶寬濾波器：在所有頻段都具有同樣良好的頻率分辨力。圖6.38中濾波器的特性都畫成理想的，且可見由于恒帶寬濾波器的帶寬為一定值，因此在高頻段的頻率分辨力可以達(dá)到很高。圖6.38 理想恒帶寬比和恒帶寬濾波器的特性對照a) 低、高通網(wǎng)絡(luò)簡單組合 b) 采用多路負(fù)反饋 6.2.4 信號的濾波(4) 數(shù)字濾波器：數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有精度高（與系統(tǒng)的字長有關(guān)）、穩(wěn)定性好（僅有0、1兩種電平狀態(tài)）、靈活性強(qiáng)和可預(yù)見性、不要求阻抗匹配以及可實現(xiàn)模擬濾波器無法實現(xiàn)的特殊濾波功能等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字濾波器總體上可分為兩大類：1) 經(jīng)典濾波器，即一般的濾波器，特點(diǎn)是如果輸入信號中有用的頻率成分和希望

24、濾除的頻率成分各占不同的頻帶，則通過一個選頻合適的濾波器即可達(dá)到濾波目的。2) 現(xiàn)代濾波器，當(dāng)噪聲與有用信號的頻帶重疊時，使用經(jīng)典濾波器不可能達(dá)到有效抑制噪聲的目的時采用的，如維納濾波器、卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器等。這些濾波器從傳統(tǒng)的概念出發(fā)，對要提取的有用信號從時域上進(jìn)行統(tǒng)計，在統(tǒng)計指標(biāo)最優(yōu)的意義下，估計出最優(yōu)逼近的有用信號，衰減噪聲。6.3 抗干擾技術(shù)6.3.1 干擾類型1. 機(jī)械干擾 是由于機(jī)械的振動或沖擊，使傳感器系統(tǒng)的敏感和轉(zhuǎn)換元件發(fā)生振動、變形，使連接導(dǎo)線發(fā)生位移等，這些都將影響傳感器電路的正常工作。2. 熱干擾 設(shè)備和元器件在工作時產(chǎn)生的熱量所引起的溫度波動以及環(huán)境溫度變化等會

25、引起傳感器電路的元器件參數(shù)發(fā)生變化，從而影響傳感器電路的正常工作。3. 光干擾 半導(dǎo)體元器件在光線的作用下會激發(fā)出電子空穴對，使半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生電勢或引起電阻值的變化，從而影響傳感器電路的正常工作。 4. 溫度的干擾 環(huán)境濕度的增大會使絕緣電阻下降、漏電流增加，這樣電路的參數(shù)就會發(fā)生變化，從而影響了傳感器電路的正常工作。5. 塵埃干擾 環(huán)境灰塵的加重，也會造成漏電流增加，電路的參數(shù)發(fā)生改變，同樣影響傳感器電路的正常工作。6.3.1 干擾類型6. 化學(xué)干擾 化學(xué)物品中的酸、堿及腐蝕性氣體等通過腐蝕作用損壞元器件，造成傳感器電路不能正常工作。7. 射線輻射干擾 射線會使氣體電離、半導(dǎo)體激發(fā)出電子空

26、穴時，金屬逸出電子等，從而使傳感器系統(tǒng)的正常工作受到影響。8. 電和磁的干擾 電和磁可以通過路和場兩個路徑對傳感器系統(tǒng)形成干擾，這種干擾是最普遍和嚴(yán)重的干擾。 電磁干擾的具體分類如下：從噪聲產(chǎn)生的來源分類1) 固有噪聲源人為噪聲源自然噪聲源和放電噪聲6.3.1 干擾類型從干擾的表現(xiàn)形式分類1) 規(guī)則干擾 2) 不規(guī)則干擾 3) 隨機(jī)干擾 從干擾出現(xiàn)的區(qū)域分類內(nèi)部干擾 外部干擾從干擾對電路作用的形式分類 差模干擾共模干擾6.3.2 抑制干擾的基本方法6.3.2 抑制干擾的基本方法屏蔽技術(shù) 人們將防止靜電的或電磁的相互感應(yīng)所采用的各項的措施稱為“屏蔽”。 屏蔽的目的 為了割斷“場”的耦合，也就是說

27、，屏蔽主要是抑止各種場的干擾。 屏蔽分類： 靜電屏蔽電磁屏蔽低頻磁屏蔽驅(qū)動屏蔽如圖6.39所示驅(qū)動屏蔽就是用被屏蔽導(dǎo)體的電位，通過電壓跟隨器來驅(qū)動屏蔽層導(dǎo)體的電位，其原理。圖6.39 驅(qū)動屏蔽6.3.2 抑制干擾的基本方法接地技術(shù)接地將電網(wǎng)的零線和各種電器設(shè)備的外殼通過接地導(dǎo)線與大地相連，使之與地等電位，以保證人身和設(shè)備的安全。 保護(hù)接地線信號接地線可分為：1) 模擬信號地，是模擬信號的零信號電位公共線；2) 數(shù)字信號地，是數(shù)字信號的零電平的公共線。為了避免這兩類的信號地之間的相互干擾，二者一定分開設(shè)置。信號源地線負(fù)載地線6.3.2 抑制干擾的基本方法浮置 屏蔽接地的目的不讓干擾電流經(jīng)信號線，

28、而是讓干擾電流流經(jīng)屏蔽層到大地。浮置與屏蔽接地的作用相反，加大了系統(tǒng)的信號放大器公共線與大地（或外殼）之間的阻抗，因此浮置能大大減小共模干擾電流。如圖6.40所示為浮置的橋式傳感器測量系統(tǒng)。圖6.40 浮置的橋式傳感器測量系統(tǒng)6.3.2 抑制干擾的基本方法濾波器 濾波器是抑止噪聲干擾的最有效的手段之一，特別是對抑制導(dǎo)線傳導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合到電路中的噪聲干擾，它是一種被廣泛采用的技術(shù)手段。 (1) 交流電流進(jìn)線的對稱濾波器 圖6.41 對抑止中波段的高頻噪聲干擾很有效。圖6.41 高頻干擾電壓對稱濾波器a) 線間電壓濾波器 b) 線間電壓和對地電壓濾波器 c) 簡化的線間電壓和對地電壓濾波器6.3.2

29、 抑制干擾的基本方法 圖6.42對抑止因電源波形失真而含有較多高頻諧波的干擾很有效的。 (2) 直流電源輸出的濾波器，如圖6.43所示。(3) 去耦濾波器為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個電路之間互相干擾，如圖6.44所示。 圖6.42 低頻干擾電壓濾波器圖6.43 高、低頻干擾電壓濾波器圖6.44 電源去耦濾波器6.3.2 抑制干擾的基本方法光電耦合光電耦合器對切斷地環(huán)路電流干擾是十分有效的。其原理如圖6.45所示。圖6.45 用于斷開地環(huán)路的光電耦合器圖6.46 虛擬儀器(VI)的構(gòu)造金字塔 6.4 傳感檢測新技術(shù)6.4.1 虛擬儀器技術(shù) 定義：虛擬儀器(Virtual Instrument，VI)是一種按儀器要求構(gòu)造的計算機(jī)數(shù)采和信號處理系統(tǒng)，是在計算機(jī)及附件的硬件平臺上，以數(shù)據(jù)采集、信號處理、測控、分析與顯示功能等軟件為核心，加以必要的AD、DA等數(shù)采、數(shù)控卡、信號調(diào)理等電子部件所實現(xiàn)