第14章 傳感器應(yīng)用技術(shù)

第14章傳感器應(yīng)用技術(shù)本章學(xué)習(xí)要求：1.了解選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的因素和步驟；

2.了解傳感器的供電電源；

3.掌握傳感器的屏蔽、接地、隔離、布線、滅弧等抗干擾技術(shù)。傳感器與測試技術(shù)14.1傳感器的選擇

14.1.1選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的因素（1）與測量條件有關(guān)的因素；（2）與傳感器性能有關(guān)的因素；（3）與使用環(huán)境有關(guān)的因素；（4）與購買和維護(hù)有關(guān)的因素。14.1.2選擇傳感器的一般步驟（1）借助于傳感器的分類表和被測量的性質(zhì)初步確定；（2）借助于常用傳感器的比較表、價(jià)格表和被測量的測量范圍、精度要求、環(huán)境要求等確定；（3）借助于傳感器的產(chǎn)品目錄、樣本、手冊等確定。第14章傳感器應(yīng)用技術(shù)14.2供電電源

14.2.1電池對于便攜式電子儀器必須采用電池供電，要求其功耗很小。電池有錳干電池、堿性電池、鋰電池和鎳鎘電池等。第14章傳感器應(yīng)用技術(shù)14.2.2穩(wěn)壓電源14.3抗干擾技術(shù)

14.3.1電磁干擾

抗電磁干擾技術(shù)又稱為“電磁兼容技術(shù)”。電磁兼容是指傳感器或測量裝置在其設(shè)備的預(yù)定場所投入實(shí)際運(yùn)行時(shí)，既不受周圍電磁環(huán)境的影響，又不影響周圍的環(huán)境，也不發(fā)生性能惡化和失誤工作，而能按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。形成電磁干擾的三個(gè)要素：向外發(fā)送干擾的源——噪聲源；傳播電磁干擾的途徑——耦合通道；承受電磁干擾的受體——受擾設(shè)備。

來自測控系統(tǒng)內(nèi)部的無用信號(hào)稱為噪聲，而把來自外部的無用信號(hào)稱為干擾。工程實(shí)踐中都稱為“干擾”。第14章傳感器應(yīng)用技術(shù)1.信噪比

通道中有用信號(hào)成分與噪聲信號(hào)成分之比稱為信噪比。設(shè)有用信號(hào)功率為PS，有用信號(hào)電壓為US，噪聲功率為PN，噪聲電壓為UN，則有常見噪聲源：各種放電現(xiàn)象的放電噪聲源、電氣設(shè)備噪聲源和固有噪聲源。如：自然界雷電、有觸點(diǎn)電器、放電管、工業(yè)用高頻設(shè)備、電力輸電線、機(jī)動(dòng)車、大功率發(fā)射裝置、超聲波設(shè)備等。14.3抗干擾技術(shù)2.噪聲的耦合方式

包括：靜電耦合、互感耦合、公共阻抗耦合和漏電流耦合等。減少寄生電容C和等效輸入阻抗Z2

減小電路的寄生互感M

減小公共阻抗Z1和等效輸入阻抗Z2

增大漏電阻R和減小等效輸入阻抗Z214.3抗干擾技術(shù)14.3.2屏蔽、接地、隔離、布線與滅弧技術(shù)

電磁屏蔽就是利用電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率高的材料制成封閉的低阻抗容器，將受擾電路置于該容器中，從而抑制該容器外的干擾與噪聲對容器內(nèi)電路的影響。或?qū)a(chǎn)生干擾與噪聲的電路置于該容器之中，從而減弱或消除其對外部電路的影響。

1.電磁屏蔽技術(shù)屏蔽與接地相結(jié)合14.3抗干擾技術(shù)2.雙絞線傳輸

抑制電磁感應(yīng)干擾采用雙絞線，一根做作屏蔽，另一根做信號(hào)傳輸線；抑制靜電感應(yīng)采用金屬網(wǎng)屏蔽線，金屬網(wǎng)做屏蔽層，芯線用于傳輸信號(hào)。外來磁場干擾引起的感應(yīng)電流方向相反而抵消14.3抗干擾技術(shù)3.接地技術(shù)

接地有兩種含義，一是連接到系統(tǒng)基準(zhǔn)地，二是連接到大地。從用途上分：一是抑制干擾接地，二是安全保護(hù)接地。（1）一點(diǎn)接地串聯(lián)式各接地點(diǎn)的電平有差異，會(huì)影響弱信號(hào)電路的正常工作。并聯(lián)式不會(huì)產(chǎn)生公共阻抗干擾，但接地線長而多，不經(jīng)濟(jì)。14.3抗干擾技術(shù)4.布線技術(shù)印刷電路板上的布線，盡量加粗電源線和地線，降低直流電阻；盡量避免互相平行的長信號(hào)線，防止寄生電容。電路板間配接扁平電纜時(shí)，其長度一般不應(yīng)超過傳輸信號(hào)波長的

1/3。

（2）多點(diǎn)接地方式多點(diǎn)接地降低地線長度，減小高頻時(shí)的接地阻抗。14.3抗干擾技術(shù)5.滅弧技術(shù)當(dāng)接通或斷開電動(dòng)機(jī)繞組、繼電器線圈、電磁閥線圈、空載變壓器等電感性負(fù)載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電弧或火花放電。為消除這種干擾，常采用滅弧元件。

RC回路泄放二極管

硅堆整流器

壓敏電阻

雪崩二極管

14.3抗干擾技術(shù)14.3.3電源干擾抑制技術(shù)

電網(wǎng)干擾的抑制采用交流電源濾波器。L1、L2為共模扼流圈，抑制低頻共模干擾；電容C1抑制差模干擾；電容C2、C3抑制高頻共模和差模干擾。

1.電網(wǎng)干擾抑制技術(shù)14.3抗干擾技術(shù)

2.直流電源干擾抑制技術(shù)直流電源干擾的抑制可采用直流電源濾波器。C1、C3、C5、C7為電解電容，用來濾除低頻干擾；C2、C4、C6、C8為陶瓷電容，用來濾除高頻干擾。14.3抗干擾技術(shù)14.3.4軟件抗干擾技術(shù)

在內(nèi)嵌微處理器的測控系統(tǒng)中，可采用硬件與軟件(數(shù)字濾波P252)相結(jié)合的抗干擾技術(shù)。

對于外部環(huán)境中偶然因素引起的突變性擾動(dòng)或內(nèi)部不穩(wěn)定引起誤碼等造成的尖脈沖干擾，常采用限幅濾波法和中值濾波法等。

對于小幅度高頻噪聲，如電子器件熱噪聲、量化噪聲等，常采用算術(shù)平均濾波法、滑動(dòng)平均濾波法、加權(quán)平均濾波法和復(fù)合濾波法。14.3抗干擾技術(shù)小結(jié)在研究傳感器的基本原理、基本特性、信號(hào)調(diào)理電路及應(yīng)用的同時(shí)，有必要探討傳感器的選