信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成

13.1信號調(diào)理傳感器輸出電信號普通都比較微弱，功率較小。信號調(diào)理電路會將傳感器輸出轉(zhuǎn)換為電流、電壓和頻率等便于測量電信號，輸出功率最少要到達(dá)mV級。慣用信號調(diào)理電路有電橋電路、放大電路、調(diào)制與解調(diào)電路和濾波電路等。信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第1頁13.1.1電橋電橋作用是將傳感器輸出電阻、電容和電感等電參量改變轉(zhuǎn)換成為電壓或電流信號，在信號調(diào)理電路中應(yīng)用較為廣泛。電橋電路按照激勵電源類型能夠分為直流電橋和交流電橋兩種。1.直流電橋信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第2頁（1）工作原理直流電橋基本電路圖如圖13－1所表示，由四個橋臂電阻、、、和一個供橋電源組成，激勵源為直流電源，為負(fù)載電路內(nèi)阻（即后續(xù)電路電阻）。BD兩點(diǎn)之間電壓：（2）和差特征假如四個橋臂阻值相等，即，且都有改變量。因?yàn)?，忽略掉高階無窮小量，則式13-1化簡為：信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第3頁（3）基本類型①半橋單臂②半橋雙臂③全橋信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第4頁2.交流電橋（1）工作原理信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第5頁（2）基本類型交流電橋能夠依據(jù)與直流電橋類似基本分類方式分為單臂交流電橋、半橋交流電橋和全橋交流電橋。

1）單臂交流電橋輸出電壓為：

2)半橋交流電橋輸出電壓為：3)全橋交流電橋輸出電壓為：信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第6頁3.電容電橋和電感電橋信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第7頁13.1.2放大1.基本應(yīng)用電路

（1）反相放大器（2）同相放大器信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第8頁（3）差動放大器信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第9頁（4）交流放大器信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第10頁2.測量放大器信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第11頁3.增益調(diào)控測量放大器

信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第12頁4.隔離放大器信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第13頁13.2信號顯示和統(tǒng)計(jì)依據(jù)輸入信號類型，信號顯示與統(tǒng)計(jì)裝置能夠分為模擬信號顯示統(tǒng)計(jì)裝置和數(shù)字信號顯示統(tǒng)計(jì)裝置。模擬信號顯示統(tǒng)計(jì)就是直接用指示儀表和統(tǒng)計(jì)儀表讀取或統(tǒng)計(jì)模擬電信號。數(shù)字信號顯示統(tǒng)計(jì)就是將模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，得到與其相對應(yīng)數(shù)字量，再送入數(shù)字顯示和統(tǒng)計(jì)裝置。信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第14頁13.2.1模擬信號顯示統(tǒng)計(jì)裝置1.動圈式指示機(jī)構(gòu)當(dāng)被測電流通入可動線圈4時(shí)，通電線圈因?yàn)橹糜诖艌鲋校詴艿诫姶帕ψ饔?，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，帶動指針6旋轉(zhuǎn)；伴隨偏轉(zhuǎn)角增大，游絲5產(chǎn)生一個逐步增大反作用力矩，當(dāng)反作用力矩與轉(zhuǎn)動力矩相等時(shí)，指針就停頓在平衡位置。此時(shí)，線圈偏轉(zhuǎn)角與流過線圈電流大小成正比。

信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第15頁2.筆錄儀

當(dāng)線圈通有被統(tǒng)計(jì)電流信號后，因受到電磁力矩作用而使線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，統(tǒng)計(jì)筆移動一個距離。游絲產(chǎn)生與轉(zhuǎn)角成正比彈性恢復(fù)力矩，與作為轉(zhuǎn)動力矩電磁力矩相平衡，所以統(tǒng)計(jì)筆移動距離與出入電流大小成正比。統(tǒng)計(jì)紙作均勻走紙運(yùn)動時(shí)，統(tǒng)計(jì)筆在統(tǒng)計(jì)紙上就繪出轉(zhuǎn)換成電流信號波形。

信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第16頁3.光線示波器信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第17頁4.自動平衡電壓統(tǒng)計(jì)儀信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第18頁13.2.2數(shù)字式顯示統(tǒng)計(jì)裝置1.LED信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第19頁2.磁盤磁盤基本存放原理是由寫入電路經(jīng)過磁頭將經(jīng)過編碼后“0”和“1”脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榇呕娏?，使軟盤上生成對應(yīng)磁元，這么就能夠?qū)⑿畔⒔y(tǒng)計(jì)在軟盤上了。讀出數(shù)據(jù)時(shí)候，軟盤上磁元在磁頭上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，再經(jīng)讀寫電路還原出“0”和“1”數(shù)字信息，送到計(jì)算機(jī)中。

信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第20頁13.3常見干擾及其抑制13.3.1干擾起源依據(jù)干擾源不一樣，干擾能夠分為內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾是指設(shè)備內(nèi)部帶電微粒無規(guī)則運(yùn)動產(chǎn)生噪聲，包含熱噪聲、散粒噪聲、低頻噪聲和接觸噪聲等。內(nèi)部干擾抑制主要靠改進(jìn)工藝和元器件質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)。外部干擾是指系統(tǒng)外部因?yàn)槿藶榛颦h(huán)境干擾引發(fā)干擾，分為人為干擾和環(huán)境干擾。起源于自然界，比如天空雷電、宇宙輻射、太陽黑子活動干擾稱為環(huán)境干擾。環(huán)境干擾對光播、通信和導(dǎo)航等電子設(shè)備影響較大，而對普通工業(yè)電子設(shè)備（檢測）儀表影響不大。起源于系統(tǒng)外部其它電氣設(shè)備所產(chǎn)生電火花、機(jī)械干擾、熱干擾、化學(xué)干擾或各種電操作干擾，稱為人為干擾（或工業(yè)干擾）。人為干擾主要是放電噪聲干擾和電氣設(shè)備干擾。信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第21頁1.放電噪聲干擾2.電氣設(shè)備干擾13.3.2干擾傳輸路徑1.靜電感應(yīng)干擾2.電磁感應(yīng)干擾3.附加熱電勢和化學(xué)電勢4.振動5.輻射電磁耦合干擾6.電源線干擾7.公共阻抗干擾8.泄漏電阻干擾信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第22頁13.3.3干擾作用方式1.串模干擾信號的調(diào)理和檢測系統(tǒng)的集成第23頁2.共模干擾共模干擾指干擾信號使兩個輸入端電位相對于某一公共端一起漲落3.軟件干擾在計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)中，軟件干擾主要表達(dá)在數(shù)據(jù)采集和處理過程中，主要是因?yàn)橛?jì)算機(jī)處理器是高速數(shù)字器件，所長它運(yùn)算器、控制器及控制存放器易受電磁干擾，出現(xiàn)程序計(jì)數(shù)器PC值改變、數(shù)據(jù)采集誤差增大、控制狀態(tài)失靈、RAM數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生改變以及系統(tǒng)出現(xiàn)“死