1、1 第三章第三章 传感器传感器及其及其检测接口电路检测接口电路2引引 言言 传感器在机电一体化设备中是不可缺少的组成传感器在机电一体化设备中是不可缺少的组成部分。它是整个设备的感觉器官，监视监测着整个部分。它是整个设备的感觉器官，监视监测着整个生产过程，用以保持最佳工作状况。生产过程，用以保持最佳工作状况。闭环伺服系统闭环伺服系统中，传感器作为反馈元件，其精度直接影响到工作中，传感器作为反馈元件，其精度直接影响到工作机械的精度和稳定性，机械的精度和稳定性，因而要求传感器灵敏度高、因而要求传感器灵敏度高、动态特性好、特别要求其稳定可靠、抗干扰强，且动态特性好、特别要求其稳定可靠、抗干扰强，且适应
2、不同的环境。适应不同的环境。检测传感器种类很多，本章在介绍传感器相关检测传感器种类很多，本章在介绍传感器相关知识的基础上，重点介绍了知识的基础上，重点介绍了位移、速度、加速度以位移、速度、加速度以及位置及位置这四种类型的传感器及其后续处理接口电路。这四种类型的传感器及其后续处理接口电路。3 传感器传感器是借助于检测元件接收一种形式是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。它获取的信息，可以是各种物理息的装置。它获取的信息，可以是各种物理量、化学量和生物量，而且转换后的信息也量、化学量和生物量，而且转换后的信息也是有各种形式
3、。是有各种形式。其结构包括敏感元件、转换元件和基本其结构包括敏感元件、转换元件和基本转换电路。转换电路。4n（1）敏感元件）敏感元件:是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置,其输入、输出间具有确定的数学关系（最好为线性），如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。n（2）转换元件）转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电气参量（如电阻、电感、电容等）形式。n（3）基本转换电路）基本转换电路：将电气参量转换成便于测量的电量,如电压、电流、频率等。0输出C0传感器的组成传感器的组成5本章主要内容本章主要内容第一节第一节 传感器传感器第二节第二节 位移测量传感器位移测量传感器 第三节
4、第三节 速度、加速度传感器速度、加速度传感器 第四节第四节 位置传感器位置传感器第五节第五节 传感器前期信号处理传感器前期信号处理 第六节第六节 传感器接口技术传感器接口技术 第七节第七节 传感器非线性补偿处理传感器非线性补偿处理 第八节第八节 数字滤波数字滤波61.传感器的分类2.传感器的特性7常用传感器常用传感器89第三节第三节 速度、加速度传感器速度、加速度传感器 一、直流测速机一、直流测速机 直流测速机是一种测直流测速机是一种测速元件，实际上它就是一速元件，实际上它就是一台台微型的直流发电机微型的直流发电机。根。根据电机磁极激磁方式的不据电机磁极激磁方式的不同。直流测速机可分为同。直流
5、测速机可分为电电磁式磁式和和永磁式永磁式两种。以电两种。以电枢的结构不同来分，有枢的结构不同来分，有无无槽电枢、有槽电枢、空心槽电枢、有槽电枢、空心杯电枢和圆盘电枢杯电枢和圆盘电枢等。近等。近年来，又出现了年来，又出现了永磁式直永磁式直线测速机线测速机。常用的为永磁。常用的为永磁式测速机。式测速机。NSU电刷电刷换向片换向片10 图图3-143-14所示为永磁式所示为永磁式测速机原理电路图。恒测速机原理电路图。恒定磁通由定子产生，当定磁通由定子产生，当转子在磁场中旋转时，转子在磁场中旋转时，电枢绕组中即产生交变电枢绕组中即产生交变的电势，经换向器和电的电势，经换向器和电刷转换成刷转换成与转子速
6、度成与转子速度成正比的直流电势。正比的直流电势。11MU0RLI0图图3-14 3-14 永磁式测速机测量电路图永磁式测速机测量电路图 图图3-15 3-15 直流测速机直流测速机输出特性输出特性RL1Rl2RLRL1RL2理想值实测值RL直流测速机的输出特性曲线，如图直流测速机的输出特性曲线，如图3-15所示。从所示。从图中可以看出，当负载电阻图中可以看出，当负载电阻RL时，其输出电时，其输出电压压V。与转速。与转速n成正比。随着负载电阻成正比。随着负载电阻RL变小，其变小，其输出电压下降，而且输出电压与转速之间并不能输出电压下降，而且输出电压与转速之间并不能严格保持线性关系。由此可见，对于
7、要求精度比严格保持线性关系。由此可见，对于要求精度比较高的直流测速机，除采取其他措施外，负载电较高的直流测速机，除采取其他措施外，负载电阻阻RL应尽量大应尽量大。RL12n直流测速机的特点是输出为线性，斜率大、线性好，但由于直流测速机的特点是输出为线性，斜率大、线性好，但由于有电刷和换向器，构造和维护比较复杂，摩擦转矩较大。有电刷和换向器，构造和维护比较复杂，摩擦转矩较大。n直流测速机在机电控制系统中，主要用作测速和校正元件。直流测速机在机电控制系统中，主要用作测速和校正元件。在使用中，为了提高检测灵敏度，尽可能把它直接连接到电在使用中，为了提高检测灵敏度，尽可能把它直接连接到电机轴上。有的电
8、机本身就已安装了测速机。测速电机输出的机轴上。有的电机本身就已安装了测速机。测速电机输出的模拟电压直接送到速度换比较器中用于速度控制。模拟电压直接送到速度换比较器中用于速度控制。13n光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量时间时间t t内的脉冲数内的脉冲数N N，则可测
9、出转速为，则可测出转速为n式中式中Z Z圆盘上的缝隙数；圆盘上的缝隙数；nn n转速（转速（r/minr/min）；）；nt t测量时间（测量时间（S S）。）。60NnZtn利用两组缝隙间距利用两组缝隙间距W相同，位相同，位置相差（置相差（i/2+1/4）W（i为正为正整数）的指示缝隙和两个光电器整数）的指示缝隙和两个光电器件，则可辨别出圆盘的旋转方向。件，则可辨别出圆盘的旋转方向。二、光电式转速传感器二、光电式转速传感器14第四节第四节 位置传感器位置传感器 位置传感器位置传感器和和位移传感器位移传感器不一样，它所测量的不一样，它所测量的不是一段距离的变化量，而是通过检测，确定不是一段距离
10、的变化量，而是通过检测，确定是是否已到某一指定位置否已到某一指定位置。因此，其输出信号只需要。因此，其输出信号只需要产生能反映某种状态的开关量就可以了。产生能反映某种状态的开关量就可以了。位置传感器分位置传感器分接触式接触式和和接近式接近式两种。所谓两种。所谓接触接触式式传感器就是能获取两个物体是否已接触的信息传感器就是能获取两个物体是否已接触的信息的一种传感器；而的一种传感器；而接近式接近式传感器是用来判别在某传感器是用来判别在某一范围内是否有某一物体的一种传感器。一范围内是否有某一物体的一种传感器。15一、接触式位置传感器一、接触式位置传感器 这类传感器用微动开关之类的触点器件便可这类传感
11、器用微动开关之类的触点器件便可构成，它分以下两种。构成，它分以下两种。1 1由微动开关制成的位置传感器由微动开关制成的位置传感器 它用于检测物体位置它用于检测物体位置 ，有如图，有如图3-173-17所示的几所示的几种构造和分布形式。种构造和分布形式。图图3-17 3-17 微动开关制成的位置传感器微动开关制成的位置传感器2维1维162 2二维矩阵式配置的位置传感器二维矩阵式配置的位置传感器 如图如图3-183-18所示，它一般用于机器人手掌内侧。所示，它一般用于机器人手掌内侧。在手掌内侧常安装有多个二维触觉传感器，用以在手掌内侧常安装有多个二维触觉传感器，用以检测自身与某物体的接触位置，被握
12、物体的中心检测自身与某物体的接触位置，被握物体的中心位置和倾斜度，甚至还可识别物体的大小和形状位置和倾斜度，甚至还可识别物体的大小和形状。图图3-18 3-18 二维矩阵式配置的位置传感器二维矩阵式配置的位置传感器17二、接近式位置传感器二、接近式位置传感器 接近式位置传感器按其工作原理主要分：接近式位置传感器按其工作原理主要分：，基本工作原理可用图，基本工作原理可用图3-193-19表示出来。表示出来。图图3-19 3-19 接近式位置传感器工作原理接近式位置传感器工作原理181 1电磁式传感器电磁式传感器高高频频振振荡荡电电路路金金属属体体检检波波电电路路波波形形整整形形电电路路输输出出电
13、电路路高频振荡电路在检测部分有检测线圈，检测对象高频振荡电路在检测部分有检测线圈，检测对象为金属体。当开关接近金属体时，检测线圈的电为金属体。当开关接近金属体时，检测线圈的电感量发生变化，使振荡回路停振，检测出这一停感量发生变化，使振荡回路停振，检测出这一停振变化，产生输出信号。振变化，产生输出信号。192 2电容式传感器电容式传感器 电容式接近传感器是一个以电极为检测端的静电容式接近传感器是一个以电极为检测端的静电电容式接近开关，它由高频振荡电路、检波电路、电电容式接近开关，它由高频振荡电路、检波电路、放大电路、整形电路及输出电路组成。平时检测电放大电路、整形电路及输出电路组成。平时检测电极
14、与大地之间存在一定的电容量，它成为振荡电路极与大地之间存在一定的电容量，它成为振荡电路的一个组成部分。当被检测物体接近检测电极时，的一个组成部分。当被检测物体接近检测电极时，由于检测电极加有电压，检测物体就会受到静电感由于检测电极加有电压，检测物体就会受到静电感应而产生极化现象，被测物体越靠近检测电极，检应而产生极化现象，被测物体越靠近检测电极，检测电极上的电荷就越多，由于检测电极的静电电容测电极上的电荷就越多，由于检测电极的静电电容C=QC=Q/V V，所以电荷的增多，使电容，所以电荷的增多，使电容C C随之增大，随之增大，从而有使振荡电路的从而有使振荡电路的振荡减弱，甚至停止振荡减弱，甚至
15、停止振荡。振荡。振荡电路的振振荡电路的振荡与停振这两种状态荡与停振这两种状态被检测电路转换为开被检测电路转换为开关信号后向外输出关信号后向外输出。20高高频频振振荡荡电电路路金金属属体体检检波波电电路路波波形形整整形形电电路路输输出出电电路路电容式接近开关在检测部分采用导体电极，当电电容式接近开关在检测部分采用导体电极，当电极与被测物一接近，检测部分的导体电极与被测极与被测物一接近，检测部分的导体电极与被测对象之间产生静电电容变化。利用这一现象制成对象之间产生静电电容变化。利用这一现象制成电容式接近开关，检测出这一电容量的变化，产电容式接近开关，检测出这一电容量的变化，产生输出信号。生输出信号
16、。21电感/电容式位置传感器的特点n电感式只能检测电磁材料电磁材料，对非电磁材料无能为力；而电容材料几乎能检测所有的固体液体材料。检检测测物物体体高高频频震震荡荡电电路路检检波波电电路路整整形形电电路路输输出出电电路路电极板电极板(检测头检测头)高高频频振振荡荡电电路路金金属属体体检检波波电电路路波波形形整整形形电电路路输输出出电电路路电磁电磁式传式传感器感器电容电容式传式传感器感器22 3 3光电式传感器光电式传感器 这种传感器具有体积小、可靠性高、检这种传感器具有体积小、可靠性高、检测位置精度高、响应速度快、易与测位置精度高、响应速度快、易与TTLTTL及及CMOSCMOS电路兼容等优点，
17、它分透光型和反射型两种。电路兼容等优点，它分透光型和反射型两种。23n光电传感器工作原理光电传感器工作原理 n光电传感器是通过把光光强度的变化转换成电信号电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和发送器、接收器和检测电路检测电路。n n发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号24在透光型光电传感器中，在透光型光电传感器中，发光器件和受光器件相发光器件和受光器件相对放置，中间留有间隙。对放置，
18、中间留有间隙。当被测物体到达这一间当被测物体到达这一间隙时，发射光被遮住，隙时，发射光被遮住，从而接收器件（光敏元从而接收器件（光敏元件）便可检测出物体已件）便可检测出物体已经到达。这种传感器的经到达。这种传感器的接口电路如图接口电路如图3-21所所示。示。图图3-21 透光型透光型光电传感光电传感器接口电路器接口电路输出25 反射型光电传感器发出的光经被测物反射型光电传感器发出的光经被测物体反射后再落到检测器件上，由于是检测体反射后再落到检测器件上，由于是检测反射光，所以得到的输出电流反射光，所以得到的输出电流IeIe较小。另较小。另外，对于不同的物体表面，信噪比也不一外，对于不同的物体表面
19、，信噪比也不一样，因此，设定限幅电平就显得非常重要。样，因此，设定限幅电平就显得非常重要。3-22 3-22 反射型光电传感器的应用反射型光电传感器的应用电路结构一样，不电路结构一样，不同点同点R2比透光型比透光型要大要大26光光 电电 传传 感感 器器27光电开关的应用举例光电开关的应用举例1.材料边的控制材料边的控制 282 2 高度辨别高度辨别 293.3.不合格的检出不合格的检出 通过透光性304.4.仓库门警卫仓库门警卫 315.5.冲压床安全监视冲压床安全监视 327.7.物体倒置辨别物体倒置辨别(不同反光率不同反光率)338.8.自动注料（测距）自动注料（测距）3410.10.进
20、出检测进出检测 35 接近开关应用举例接近开关应用举例1.1.料位的控制料位的控制 362.2.物体的定位物体的定位376.6.行程限位行程限位 388.8.产品计数产品计数3910.10.采用电容式开关上下限控制采用电容式开关上下限控制40n按照输出信号的性质分类按照输出信号的性质分类；可分为开关型(二值型)、模拟型和数字型：传感器的分类传感器的分类 41（1）开关量（）开关量（0/1）：位置传感器）：位置传感器仓仓库库门门警警卫卫 这种“l”和“0”数字信号可直接传送到微机进行处理，使用方便42（2）模型性传感器，如电阻应变片）模型性传感器，如电阻应变片 43n(3)数字型传感器数字型传感
21、器n 数字型传感器有计数型和代码型两大类数字型传感器有计数型和代码型两大类。n其中计数型又称脉冲数字型计数型又称脉冲数字型,输出一般是正交脉冲信号输出一般是正交脉冲信号；传感器所发出的脉冲数与输入量成正比，加上计数器就可对输入量进行计数，如可用来检测通过输送带上的产品个数，也可用来检测执行机构的位移量。这时执行机构每移动一定距离或转动一定角度就会发生一个脉冲信号，例如增量式光电码盘和光栅位移增量式光电码盘和光栅位移传感器传感器。44光栅位移传感器和光电转速传感器光栅位移传感器和光电转速传感器主光栅主光栅增量式45n 代码型传感器又称编码器代码型传感器又称编码器，它输出的信号是数字代码，每一代码
22、相当于一个一定的输入量之值。n绝对值编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就可以去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了 46（4）集成式数字信号）集成式数字信号:模拟传感器模拟传感器+A/D转换器转换器放大及放大及AD转换转换数字信号智能压力网络智能压力网络传感器传感器47第五节第五节 模拟型传感器前期信号处理模拟型传感器前期信号处理 传感器输出的信号往往较弱，因此必须先将传感器输出的信号往往较弱，因此必须先将其放大。随着集成运算放大器性能的不断完善和其放大。随着集成运算放大器性能的不断完善和
23、价格的不断下降，传感器的信号放大采用价格的不断下降，传感器的信号放大采用集成运集成运算放大器算放大器的越来越多的越来越多。48一、运算放大器基本电路 理想运算放大器如图示 ：n输入端1是同相输入端，输入端2是反相输入端，3是输出端。在输入端口内，输入端1和输入端2之间存在的电阻称为输入电阻。n理想运算放大器有两个最重要的性质，即输入电输入电阻值无穷大和开环放大倍数无穷大阻值无穷大和开环放大倍数无穷大。49理想运算放大器的特性n因输入电阻值无穷大，所以经输入端1和输入端2的电流无穷小，进而输入端1和输入端2之间没有电压降。因此，对于理想运算放大器，有以下三个关系同时成立。n在输入一侧考虑电流关系
24、输入一侧考虑电流关系时，反相输入端与同相输入端之间是“虚断”的，图中用叉表示。进入或流出理想运算放大器两个输入端的电流总是为零。n在输入一侧考虑电压关系输入一侧考虑电压关系时，反相输入端与同相输入端之间是“虚通”的，图中用虚线表示。理想运算放大器的两个输入端之间电压总是为零。n在输出一侧输出一侧，输出电压Uo可以是电源电压范围内的任何有限值。50实际运算放大器的特性n理想运算放大器是实际运算放大器的模型。n实际的运算放大器具有很高的开环放大倍很高的开环放大倍数数（上千倍，但不是任意大），输入端口有很大的输入电阻大的输入电阻（兆欧以上，但不是无穷大）。51单端输入和双端输入n运算放大器的输入方式
25、有单端输入和双端输入两种。n在单端输入的情况下，总是一端接输入信号，而另一端接地（或通过电阻接地）。当信号从1端输入时，输出信号与输入信号同相，称同相输入；而当信号从2端输入时，输出信号与输入信号反相，称反相输入反相输入。n在双端输入（也称为差动输入）的情况下，输入信号U1和U2同时加在同相端1和反相端2上，它的输入是同相输入端电压与反相输入端电压之差。Ui=U1-U2n实际应用中，运算放大器很少开环使用，大都要加上某种反馈电路，构成一种输入-输出运算关系。52运算放大器的几种基本应用电路 n反相放大器n差动放大器 n电荷放大器 n电流-电压转换器 n比较器 n同相放大器 n电压-电流转换器
26、53反相放大器 n因为ia0，Ua0，a点是虚地点，而且i1=-i2 n这种情况下这个放大器成为理想电压源。如果阻抗Z1和Z2都是纯电阻，那么输出信号对于输入信号的相移为180 2oi1ZUUZ输入阻抗低54同相放大器n因为 于是aiUU=1ao12RUURR2oi1(1)RUUR55电压跟随器 n在这种情况下Uo=Ui，而放大倍数为1，即输出电压与输入电压幅值相等且极性相同，因此称之为电压跟随器。56差动放大器 n如果令R3=R1，R4=R2，则 242oibia13411RRRUUURRRR2oibia1RUUUR57电荷放大器q=DFyu58电流-电压转换器 n很多传感器以电流方式输出信
27、号，往往需转换成电压信号。图中所示的电流-电压转换器能够实现这种功能。由于运算放大器反相输入端的电流为零，有 is+ir=0Uo=-isR59电压-电流转换器 n有时反过来需要把电压信号转换成电流信号。如果负载置于运算放大器的反馈环路中，则负载电流为n在这种模式下工作时，必须精心选择有足够带负载能力的运算放大器。im1UiR60比较器 n图中的工作方式用于两个信号U1和U2的比较。因为放大器增益很高，输入信号之差只需0.1V就能使输出电压极性翻转。n实用中有专门设计的比较器集成电路芯片，具有快速响应能力且误差极小，无须再用通用运算放大器。61n二、测量放大器二、测量放大器同向放大器和跟随器：输
28、入阻抗高，能够把传感器的输出信号都提取出来差动放大器：共模抑制比高、抗干扰能力器 在许多检测技术应用场合，传感器输出的信号往往较弱，而且在许多检测技术应用场合，传感器输出的信号往往较弱，而且其中还包含工频、静电和电磁耦合等共模干扰，对这种信号的其中还包含工频、静电和电磁耦合等共模干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有放大就需要放大电路具有很高的很高的共模抑制比共模抑制比以及以及高增益高增益、低噪低噪声和高输入阻抗声和高输入阻抗。习惯上将具有这种特点的放大器称为。习惯上将具有这种特点的放大器称为测量放测量放大器或仪表放大器大器或仪表放大器。62112212121112122212()()oof
29、wffowfowUUUUUURRRRUUUURRUUUUR13331122121()1()oofffooffffoowUUUURRRRRUUURRRRRRUUUURRR23332offofUUURRRUURR12211fffoUwRRRUAUURR因此 63n这种电路，只要运放这种电路，只要运放A A1 1和和A A2 2性能对称（主要输入性能对称（主要输入阻抗和电压增益对称），其漂移将大大减小，具阻抗和电压增益对称），其漂移将大大减小，具有高输入阻抗，高共模抑制比，对微小的差模电有高输入阻抗，高共模抑制比，对微小的差模电压很敏感，并适用于测量远距离传输过来的信号，压很敏感，并适用于测量远距离
30、传输过来的信号，因而十分适宜于与微小信号输出的传感器配合使因而十分适宜于与微小信号输出的传感器配合使用。用。nRwRw是用来调整放大倍数的外接电阻，最好用是用来调整放大倍数的外接电阻，最好用多圈多圈电位器电位器。21121oUfffwUAUURRRRR64n 目前，还有许多高性能的专家测量芯片出现，目前，还有许多高性能的专家测量芯片出现，如如AD521/AD522AD521/AD522等也是一种运放，它比普通运放等也是一种运放，它比普通运放性能优良，体积小，结构简单，成本低。性能优良，体积小，结构简单，成本低。65三、程控增益放大器三、程控增益放大器 当模拟信号送到模数变换器时，为减当模拟信号
31、送到模数变换器时，为减少转换误差，少转换误差，一般希望送来的模拟信号一般希望送来的模拟信号在在A/DA/D转换器输入的允许范围内尽可能大，转换器输入的允许范围内尽可能大，然而，当被测参量变化范围较大时，经传然而，当被测参量变化范围较大时，经传感器转换后的模拟信号变化也较大，感器转换后的模拟信号变化也较大，A/DA/D转转换误差小。因此，如果单纯只使用一个放换误差小。因此，如果单纯只使用一个放大倍数的放大器，在进行小信号转换时，大倍数的放大器，在进行小信号转换时，就无法满足上述要求，将会引入较大的误就无法满足上述要求，将会引入较大的误差。差。根据测量范围选择放大倍数根据测量范围选择放大倍数0-5
32、KN0-5mv0-5v1024个数66 为解决这个问题，工程上常采用为解决这个问题，工程上常采用通过改通过改变放大器增益的方法变放大器增益的方法，来实现不同幅度信号，来实现不同幅度信号的放大，如万用表、示波器等许多测量仪器的放大，如万用表、示波器等许多测量仪器原量程变换等。原量程变换等。然而，在计算机自动测控系统中，往往然而，在计算机自动测控系统中，往往不希望、有时也不可能利用手动办法来实现不希望、有时也不可能利用手动办法来实现增益变换，增益变换，而希望利用计算机采用软件控制而希望利用计算机采用软件控制的办法来实现增益的自动变换，具有这种功的办法来实现增益的自动变换，具有这种功能的放大器就叫能
33、的放大器就叫程控增益放大器程控增益放大器。67图图3-263-26即为一利用改变反馈电阻的办法来实现量程即为一利用改变反馈电阻的办法来实现量程变换的可变换增益放大器电路。当开关变换的可变换增益放大器电路。当开关K K1 1闭合，而闭合，而其余两个开关断开时，其放大倍数为其余两个开关断开时，其放大倍数为 （3-363-36）而当而当K K2 2闭合，闭合，K K1 1和和K K3 3断开时，放大倍数为断开时，放大倍数为 （3-373-37）RRAvf1RRAvf268 选择不同的开关闭合，即可实现增益的变选择不同的开关闭合，即可实现增益的变换，如果利用软件对开关闭合进行选择，即可换，如果利用软件
34、对开关闭合进行选择，即可实现程控增益变换实现程控增益变换。图图3-26 3-26 程控增益放大器原理图程控增益放大器原理图模拟开关模拟开关8086121121oUfffwUAUURRRRR23469 利用程控增益放大器与利用程控增益放大器与A/DA/D转换器组合，转换器组合，配合一定的软件，很容易实现输出信号的配合一定的软件，很容易实现输出信号的增益控制或量程变换，间接的提高输入信增益控制或量程变换，间接的提高输入信号的号的分辨率和灵敏度分辨率和灵敏度；因此，程控增益放；因此，程控增益放大器目前有着极为广泛的应用大器目前有着极为广泛的应用AD521构构成的成的程控程控增益增益放大放大器器70n
35、 有些测量放大器，其电路中已将译有些测量放大器，其电路中已将译码电路和模拟开关结合在一起，有的甚码电路和模拟开关结合在一起，有的甚至将设定增益所需的电阻也集成于同一至将设定增益所需的电阻也集成于同一组件中，为计算机控制提供了极为便利组件中，为计算机控制提供了极为便利的条件。的条件。AD524AD524即是常用的一种集成可编即是常用的一种集成可编 n 程增益控制测量放大器。程增益控制测量放大器。AD52AD524 4原原理图理图71四、隔离放大器四、隔离放大器 在有强电或强电磁干扰的环境中，为了防止在有强电或强电磁干扰的环境中，为了防止电网电压等对测量回路的损坏，其信号电网电压等对测量回路的损坏
36、，其信号输入通道输入通道采用隔离技术，能完成这种任务，具有这种功能采用隔离技术，能完成这种任务，具有这种功能的放大称为的放大称为隔离放大器隔离放大器。一般来讲，一般来讲，隔离放大器隔离放大器是指对输入、输出和电是指对输入、输出和电源彼此隔离使之没有直源彼此隔离使之没有直接电路耦合的测量放大接电路耦合的测量放大器器，即信号没有公共的，即信号没有公共的接地端。由于隔离放大接地端。由于隔离放大器采用了器采用了浮离式设计浮离式设计，消除了输入、输出端之消除了输入、输出端之间的耦合，间的耦合，72目前，隔离放大器中采用的耦合主要有两种：目前，隔离放大器中采用的耦合主要有两种：变压器（电磁）变压器（电磁）
37、耦合和光电耦合耦合和光电耦合。利用变压器耦合实现载波调制，通常具有。利用变压器耦合实现载波调制，通常具有较高的线性度和隔离性能，但是较高的线性度和隔离性能，但是带宽一般在带宽一般在1KHz以下以下。利。利用光电耦合方式实现载波调制，可获得用光电耦合方式实现载波调制，可获得10KHz带宽带宽，但其，但其隔离性能不如变压器耦合。上述两种方法均需对差动输入级隔离性能不如变压器耦合。上述两种方法均需对差动输入级提供隔离电源，以便达到预定的隔离性能。提供隔离电源，以便达到预定的隔离性能。n数字电路中的光电隔离（开关装置）a)变压器耦合浮置电源输入调制放 大 器耦合变压器输出解调放 大 器输出输入b)光电
38、耦合浮置电源光电耦合器输 入放大器输 出放大器输出输入LEDV73 1 1保护系统元件不受高共模电压的损害，防保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。止高压对低压信号系统的损坏。2 2泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。须提供偏流返回通路。3 3共模抑制比高，能对直流和低频信号（电共模抑制比高，能对直流和低频信号（电压或电流）进行准确、安全的测量。压或电流）进行准确、安全的测量。因此具有以下特点：因此具有以下特点：74 补充：补充：正交脉冲信号正交脉冲信号型传感器的处理电路型传感器的处理电路同样有专门的细分、辨向、计数芯片+5v接接A/BA/B脉冲脉冲
