1、2023-1-171第八章 传感检测系统的构成 通过本章的学习，了解传感检测系统通过本章的学习，了解传感检测系统的组成及检测系统的抗干扰问题；掌握的组成及检测系统的抗干扰问题；掌握电桥、调制与解调器、滤波器、电桥、调制与解调器、滤波器、A/D及及D/A转换器的工作原理及用途；了解传转换器的工作原理及用途；了解传感器与微机的连接通道。感器与微机的连接通道。2第一节第一节 传感检测系统的组成传感检测系统的组成 传感器传感器信息传输接信息传输接口口信息分析处信息分析处理理控制显示记控制显示记录录中间转换电中间转换电路路 被测对象被测对象 传感检测系统通常由传感器、中间转换（信号调理）传感检测系统通常
2、由传感器、中间转换（信号调理）电路、微机接口电路、分析处理及控制显示电路等部电路、微机接口电路、分析处理及控制显示电路等部分组成，分别完成信号的获取、转换（调理）、传输、分组成，分别完成信号的获取、转换（调理）、传输、分析处理、显示记录等功能。分析处理、显示记录等功能。微机、I/O接口、外设2023-1-173 第二节第二节 电桥电桥 电桥是把电阻、电感和电容等原件参电桥是把电阻、电感和电容等原件参数转换成电压或电流的一种测量电路。这数转换成电压或电流的一种测量电路。这种测量电路简单直接，而且精度和灵敏度种测量电路简单直接，而且精度和灵敏度都较高，在检测系统中应用较多。都较高，在检测系统中应用
3、较多。电桥的分类：电桥的分类：按采用的电源：直流、交流按采用的电源：直流、交流按工作方式：平衡、不平衡按工作方式：平衡、不平衡按被测电阻接入方式：单臂、差动按被测电阻接入方式：单臂、差动2023-1-174一、电桥工作原理一、电桥工作原理 1.直流电桥直流电桥433211RRRRRREUoR1R2R4R3ACBEDIoRLUo直流电桥 当当RL时，电桥输出电压为时，电桥输出电压为 第二节第二节 电桥电桥2023-1-175当电桥平衡时，当电桥平衡时，Uo=0，则有，则有 R1R4=R2R3或或 4321RRRR电桥平衡条件：电桥平衡条件：欲使电桥平衡，欲使电桥平衡，其相邻两臂电其相邻两臂电阻的
4、比值应相等，阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相或相对两臂电阻的乘积应相等。等。电桥平衡条件电桥平衡条件2023-1-176 引入原因：由于应变电桥输出电压很小，引入原因：由于应变电桥输出电压很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变电桥多采用交流电桥。漂，因此应变电桥多采用交流电桥。Z1UoU(a)Z2Z3Z4R1R2R4R3oUC1C2U(b)交流电桥输出交流电桥输出：2.交流电桥交流电桥2023-1-177电桥平衡条件电桥平衡条件：Uo=0，即，即 Z1Z4=Z2Z3 33224411ZZZZ有有:3241ZZZZ3241 交流
5、电桥的平衡条件必须同时满足阻抗的模交流电桥的平衡条件必须同时满足阻抗的模和幅角两个条件。和幅角两个条件。2023-1-1781.分类分类 按所用电源分：直流电桥、交流电桥按所用电源分：直流电桥、交流电桥 按电桥工作方式分：平衡电桥、不平衡电按电桥工作方式分：平衡电桥、不平衡电桥桥 按被测电阻的接入方式分：单臂电桥、差按被测电阻的接入方式分：单臂电桥、差动电桥动电桥 二、电桥的分类与应用二、电桥的分类与应用2023-1-179单、双差动电桥单、双差动电桥 R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4减小和消除非线性误差的方法减小和消
6、除非线性误差的方法2023-1-1710 2.电桥的应用电桥的应用 （1）平衡状态的应用平衡状态的应用基于零测法基于零测法适于测量静态值适于测量静态值 （2）不平衡状态的应用）不平衡状态的应用基于偏差测量法基于偏差测量法 可测量动态值与静态值可测量动态值与静态值 常态时电桥平衡，输出电压为零；常态时电桥平衡，输出电压为零；测量时，被测物理量引起桥路电阻变化，电测量时，被测物理量引起桥路电阻变化，电桥失去平衡，输出电压随被测物理量的变化而桥失去平衡，输出电压随被测物理量的变化而变化变化2023-1-1711 2023-1-1712 解解(1)根据电桥平衡原理有：根据电桥平衡原理有：RBR0=2R
7、0Rt RB=2Rt=4R0（1+0.01t）(2)当当t=20时，时，RB=4R0（1+0.01t）=48k 当当t=40时，时，RB=4R0（1+0.01t）=56k RB的变化范围为的变化范围为48k 56k2023-1-1713三、电桥的工作特性指标三、电桥的工作特性指标1.电桥的灵敏度电桥的灵敏度 当某一桥臂电阻变化当某一桥臂电阻变化R，其它桥，其它桥臂固定不变时，则电桥输出电压臂固定不变时，则电桥输出电压Uo有一变化量有一变化量U，电桥的灵敏度规定电桥的灵敏度规定为电压的相对变化量与电阻的相对为电压的相对变化量与电阻的相对变化量之比，变化量之比，即即:RRUUKus/02023-1
8、-1714 2.电桥的非线性误差电桥的非线性误差 电桥的电桥的非线性误差定义非线性误差定义为：为：式中，式中，U0为电桥的实际输出电压；为电桥的实际输出电压；U0S为电桥的线性化输出电压（理想输为电桥的线性化输出电压（理想输出电压）。出电压）。000UUUSf2023-1-1715 （1）单臂电桥分析单臂电桥分析 当桥臂电阻当桥臂电阻R1有一变化量有一变化量R1，其它桥臂，其它桥臂固定不变时，则电桥失去平衡，输出电压固定不变时，则电桥失去平衡，输出电压Uo为：为：341211113443211414332111111)(RRRRRRRRRRUsRRRRRRRUsRRRRRRRRUsUo2023
9、-1-1716 令令=R1/R1，当桥臂电阻，当桥臂电阻R1=R2，R3=R4时，时，上式为：上式为：忽略分母上的忽略分母上的/2，可得线性输出电压为：，可得线性输出电压为：UsUsRRRRUsUo)2/1(4)2(2221111UsUos42023-1-1717 则电桥的则电桥的非线性误差非线性误差为：为：显然，输入变化量越大，非线性误显然，输入变化量越大，非线性误差越大。差越大。单臂电桥的输出电压灵敏度为：单臂电桥的输出电压灵敏度为：21000UUUSf41/0UsURRUsUKusS2023-1-1718（2）差动半桥：在试件上安装两个工作应变片，一个）差动半桥：在试件上安装两个工作应变
10、片，一个受拉应变，一个受压应变，受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂。接入电桥相邻桥臂。该电该电桥输出电压为桥输出电压为 433221111RRRRRRRRRUsUo若若R1=R2，R1=R2，R3=R4，则得，则得 112RRUsUo显然：显然：Uo与与R1/R1成成线性线性关系，无非线性误差，关系，无非线性误差，电桥电压灵敏度是单臂工作时的两倍。电桥电压灵敏度是单臂工作时的两倍。0f21/0UsURRUsUKusS2023-1-1719单、双差动电桥单、双差动电桥 R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4减小和消除非线
11、性误差的方法减小和消除非线性误差的方法2023-1-1720(3)全桥差动全桥差动：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上。对桥臂上。R1=R2=R3=R4，且，且R1=R2=R3=R4，则，则 11RRUsUo 结论：全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且结论：全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的电压灵敏度为单片工作时的4倍。倍。1/0UsURRUsUKusS2023-1-1721R1R2R4R3ACR5DUoU(a)R1R2R4R3ACR
12、5UoU(b)BBR6R1R2R4R3ACUoU(c)BC1C2C3C4R1R2R4R3ACCUoU(d)BRD 四、电桥的调零四、电桥的调零 1.串联调零电路串联调零电路调零电位器阻值调零电位器阻值R5较小较小 2.并联调零电路并联调零电路R5较大较大串联调零示意图串联调零示意图2023-1-1722 设桥臂比设桥臂比n=R2/R1，由于，由于R1R1，分母中，分母中R1/R1可忽略，可忽略，并考虑到平衡条件并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3，则上式可写为则上式可写为 ERRnnUo112)1(电桥电压灵敏度定义为电桥电压灵敏度定义为 EnnRRUKoU211)1(2023-1-1723
13、分析：分析：电桥电压灵敏度正比于电桥电源电压，供电电电桥电压灵敏度正比于电桥电源电压，供电电压越高，电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受压越高，电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到桥路电阻（应变片）允许功耗的限制，所以要作适到桥路电阻（应变片）允许功耗的限制，所以要作适当选择；当选择；电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当的函数，恰当地选择桥臂比地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。度。？当E值确定后，n取何值时才能使KU最高？2023-1-1724第第三三节节 调制与解调调制与解调 通过传感器输出的电信号一般多
14、为微弱、通过传感器输出的电信号一般多为微弱、变化缓慢的非周期信号，需要进行放大和某些变化缓慢的非周期信号，需要进行放大和某些处理后才能送到显示仪及计算机等。对于微弱处理后才能送到显示仪及计算机等。对于微弱的、变换缓慢的、类似于直流的信号，若采用的、变换缓慢的、类似于直流的信号，若采用一般直流放大器进行放大，零点漂移会影响测一般直流放大器进行放大，零点漂移会影响测量精度。量精度。常用调制器将直流信号先变成某种频率的常用调制器将直流信号先变成某种频率的交流信号，经过变流放大后，在通过解调器，交流信号，经过变流放大后，在通过解调器，使交流信号重新恢复到原来的被测信号。使交流信号重新恢复到原来的被测信
15、号。2023-1-1725 滤波器滤波器:只允许某一频带的信号通过或只允许某一频带的信号通过或只阻止某一频带信号通过的装置。只阻止某一频带信号通过的装置。滤波方式滤波方式:无源滤波、有源滤波、数字无源滤波、有源滤波、数字滤波滤波 一、无源波滤器一、无源波滤器 无源滤波器无源滤波器电路简单电路简单，带负载能力差带负载能力差，用于对用于对滤波要求不高滤波要求不高的场合。的场合。第四节第四节 滤波器滤波器2023-1-1726输出电压为：输出电压为：1110CRjUCjRUCjjXRUjXIjXUiicicc)()(1111)(20RCarctgRCCRjUUjAi1.一阶一阶RC低通滤波器低通滤波
16、器2023-1-1727 幅频特性为：幅频特性为：=0时，时，A（）=1；=1/RC时，时，A（）=0.707；截止频率；截止频率 =时，时，A（）=02)(11)(RCA2023-1-1728 相频特性为：相频特性为：=0时，时，（）=0；=1/RC时，时，（）=-/4；=时，时，（）=-/2)()(RCarctg2023-1-1729滤波器仍为滤波器仍为RC串联电路，但从串联电路，但从电阻两端输出电压：电阻两端输出电压：CRjCRjURCjRURIUii110)(2/)(11)(20RCarctgRCRCCRjCRjUUjAi2.一阶一阶RC高通滤波器高通滤波器2023-1-17302)(
17、1)(RCRCA)(2/)(RCarctg2023-1-1731 3.带通滤波器带通滤波器用于通过某一频段的信号，用于通过某一频段的信号，而将此频段以外的信号加以抑制。而将此频段以外的信号加以抑制。对一对一RLC串联电路，当从电阻两端输出电串联电路，当从电阻两端输出电压时：压时：RCLjRURCjLjRURIUii)1(10RCLarctgCLRRUUjAi1)1()(2202023-1-1732 当当L=1/C时，幅值最大，对应的频率称为时，幅值最大，对应的频率称为 称为固有角频率（中心角频率）称为固有角频率（中心角频率）22)1()(CLRRALC10RCLarctg1)(2023-1-1
18、733 当输出电压下降到输入电压的当输出电压下降到输入电压的0.707倍时的截止角倍时的截止角频率分别为下限角频率频率分别为下限角频率1和上限角频率和上限角频率2，在，在1 Y，则本次采样值用上次采样值代替，则本次采样值用上次采样值代替，即为：即为：0.301若两次采样差值若两次采样差值 Y，则取本次采样值。，则取本次采样值。2.算术平均值法算术平均值法3.加权平均滤波法加权平均滤波法2023-1-1748将数字信号转换为模拟信号称数将数字信号转换为模拟信号称数-模转换模转换将模拟信号转换为数字信号称模将模拟信号转换为数字信号称模-数转换数转换传感器传感器A/DC数字计算机数字计算机D/AC模
19、拟控制模拟控制控制对象控制对象数字信号数字信号模拟信号模拟信号第五节 D/A和A/D转换2023-1-1749 2RRF+S0S1S2S3UR2R2R2RRRR2R数码寄存器数码寄存器基准电源基准电源T 形电阻网络形电阻网络 DAC 原理电路原理电路U0R2R11110000d0Q0Q1Q2Q3d1d2d3MSBLSB电子开关电子开关一、数/模转换原理2023-1-17502RRF+2R2R2RRRR2RIU0R2R+UR+RUR2+RUR22+RUR23+RUR24T 形电阻网络形电阻网络 DAC 原理电路分析原理电路分析时的等效电路：0,13210dddd2023-1-17512RRF+2
20、R2R2RRRR2RIU0R2R+UR+RUR2+RUR22+RUR23+RUR24T 形电阻网络形电阻网络 DAC 原理电路分析原理电路分析+RUR24U0=IRF设设 RF=3RRUIR324 RRUUFR3240 0402dUUR时的等效电路：0,13210dddd2023-1-17522RRF+2R2R2RRRR2RIU0R2R+URR+RUR2+RUR22+RUR23时的等效电路：0,13201dddd2023-1-17532RRF+2R2R2RRRR2RIU0R2R+URR+RUR2+RUR22+RUR23+RUR23U0=IRF设设 RF=3RRUIR323RRUUFR32301
21、302dUUR时的等效电路：0,13201dddd2023-1-1754 2RRF+S0S1S2S3UR2R2R2RRRR2R数码数码寄存器寄存器基准电源基准电源U0R2R11110000d0Q0Q1Q2Q3d1d2d3MSBLSB电子开关电子开关)2222(20011223340 ddddUUR1022niinRdU2023-1-1755 例例:已知四位已知四位T形网络数形网络数/模转换器的原理如前模转换器的原理如前图所示，图所示，RF=3R，UR=10V，试计算其最小输，试计算其最小输出电压。出电压。解：当解：当d0=1，d1=d2=d3=0时，输出电压最小时，输出电压最小VRRUUFR6
22、25.021023240402023-1-1756DAC 主要技术指标主要技术指标(1)分辨率分辨率 用输入的二进制数码的位数用输入的二进制数码的位数 n 来表示。来表示。位数越多，分辨率就越高。位数越多，分辨率就越高。(2)转换精度转换精度 表示实际输出的电压值与理想的输出表示实际输出的电压值与理想的输出 电压值之间的差别。电压值之间的差别。(3)建立时间建立时间 从数码输入到模拟电压稳定输出之间从数码输入到模拟电压稳定输出之间 的响应时间。的响应时间。KRR=UominUomax=12n12023-1-1757四、模/数转换原理 模拟量转换成数字量的常用方法是模拟量转换成数字量的常用方法是
23、逐次逼近逐次逼近法法。模模/数转换器的技术指标：数转换器的技术指标：1.分辨率分辨率 以输出二进制数的位数表示，位数越多，分以输出二进制数的位数表示，位数越多，分辨率越高。如模辨率越高。如模/数转换器的输出为十位，最大数转换器的输出为十位，最大输入信号为输入信号为2.5V，则，则转换器的输出能分辨出的转换器的输出能分辨出的输入的电压信号输入的电压信号为为2.5V*1/(210-1)=2.44mV。2023-1-17582.2.相对精度相对精度3.3.转换速度转换速度 完成一次转换所需的时间完成一次转换所需的时间。多数多数A/D转换转换器的转换时间在器的转换时间在(1050)S。%100*max
24、)(输入转换值理想特性值实际转换值2023-1-1759例：对于一个例：对于一个8位位D/A转换器，试问转换器，试问（1）若最若最小输出电压增量为小输出电压增量为0.01V，输入代码为，输入代码为10110010时，输出电压时，输出电压U0为多少伏？为多少伏？（2）计算该）计算该D/A转换器的分辩率。转换器的分辩率。解：当输入代码其余位为解：当输入代码其余位为0，d0由由0变为变为1时，时，有最小输出电压增量，即有最小输出电压增量，即该转换器的分辨率为：该转换器的分辨率为：VU78.1)2222(01.015704%39.00039.01256112182023-1-1760第六节第六节 传感
25、器与模传感器与模/数转换器的连接通道数转换器的连接通道自动检测系统框图：自动检测系统框图：2023-1-17611.信号放大处理信号放大处理信号放大处理电路信号放大处理电路，接在，接在A/DA/D转换器与传感器之间，转换器与传感器之间，用于解决以下存在问题：用于解决以下存在问题：nA/DA/D转换器与传感器二者电压不匹配。转换器与传感器二者电压不匹配。n如果是电流型输出传感器，要进行如果是电流型输出传感器，要进行变换与变换与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号。放大处理，将电流信号对应变换成电压信号。n传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的干扰，
26、通常采用干扰，通常采用RCRC低通滤波器，滤除叠加在传感器输低通滤波器，滤除叠加在传感器输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技术，出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技术，使得滤波特性更好。使得滤波特性更好。2023-1-17622.2.多路转换开关多路转换开关 一个数据采集系统（一个数据采集系统（A/DA/D转换）往往要采集转换）往往要采集多路模拟信号。多路模拟信号。通常只用一片通常只用一片A/DA/D转换芯片，轮流选择输入转换芯片，轮流选择输入信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的监测与控制。对系统的监测与控制。许多许多A/DA/
27、D转换芯片内部具备多路转换开关，转换芯片内部具备多路转换开关，一片一片A/DA/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号，如果号，如果A/DA/D转换芯片不具有多路转换功能，则转换芯片不具有多路转换功能，则在在A/DA/D转换之前外加模拟多路转换开关。转换之前外加模拟多路转换开关。2023-1-1763 多路转换开关工作原理多路转换开关工作原理 多路模拟开关电路由地址译码器和多路模拟开关电路由地址译码器和多路双向模拟开关组成。多路双向模拟开关组成。它可以通过它可以通过外部地址输入，经电路内部的地址译外部地址输入，经电路内部的地址译码器译码后，接与地址码相对应的其
28、码器译码后，接与地址码相对应的其中一个开关，以实现任一路信号的传中一个开关，以实现任一路信号的传送。送。2023-1-17643 3、采样保持器、采样保持器 在在A/DA/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信转换器进行采样期间，保持被转换输入信号不变的电路称为采样保持电路。号不变的电路称为采样保持电路。A/DA/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时间。时间。不同不同A/DA/D转换芯片，其转换时间各异，对于连续转换芯片，其转换时间各异，对于连续变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会引起转换误差。会
29、引起转换误差。缓慢变化的模拟信号，在缓慢变化的模拟信号，在A/DA/D转换系统中，可以转换系统中，可以不采用采样保持电路，不会影响不采用采样保持电路，不会影响A/DA/D转换的精度。转换的精度。2023-1-1765 采样采样/保持器的基本原理保持器的基本原理 采样保持器的作用是：采样保持器的作用是：在在采样状态下采样状态下，电路的，电路的输输出跟踪输入出跟踪输入模拟信号的模拟信号的变化变化，在保持状态下，电路在保持状态下，电路的输出保持的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号信号不变不变，直到进入下一次采样状态为止。，直到进入下一次采样状态为止。采样
30、开关被接通的时间称为采样时间，采样开关采样开关被接通的时间称为采样时间，采样开关断开的时间为保持时间，采样开关接通和断开的时断开的时间为保持时间，采样开关接通和断开的时间之和称为采样周期。间之和称为采样周期。采样定理：采样定理：f fs s2f2fH H式中式中,f,fs s采样频率采样频率;f fH H 采样信号频谱中的最高频率分量采样信号频谱中的最高频率分量2023-1-1766采样采样/保持示意图保持示意图2023-1-1767 第八节第八节 传感检测系统中的抗干扰问题传感检测系统中的抗干扰问题 一、干扰与噪声一、干扰与噪声 噪声：任何不希望有的信号，即在有用频带内的任噪声：任何不希望有
31、的信号，即在有用频带内的任何不希望出现的干扰。何不希望出现的干扰。干扰的来源：干扰的来源：系统系统内部内部干扰；系统干扰；系统外部外部的干扰的干扰 形成干扰的三个条件：干扰源、干扰的耦合通道形成干扰的三个条件：干扰源、干扰的耦合通道（耦合方式）、干扰的接收电路。（耦合方式）、干扰的接收电路。干扰的耦合方式包括电容性耦合（电路的寄生电干扰的耦合方式包括电容性耦合（电路的寄生电容）、互感性耦合、公共地线的耦合、漏电耦合、辐容）、互感性耦合、公共地线的耦合、漏电耦合、辐射电磁场耦合等。射电磁场耦合等。2023-1-1768 信噪比：信号通路中，有用信号功率信噪比：信号通路中，有用信号功率PS与与噪声
32、功率噪声功率PN N之比，通常用之比，通常用S/N表示，即表示，即 在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量结果的影响。噪声对测量结果的影响。若信号通路中有用信号功率为若信号通路中有用信号功率为PS=10mW，噪声功率噪声功率PN N=0.1mW，则信噪比为：，则信噪比为：NNUUslg10PPslg10S/N)(20001lg10PPslg10S/NNdB2023-1-1769二、抑制干扰的方法二、抑制干扰的方法 抑制干扰的方法主要是抑制干扰的方法主要是采取单点接地、采取单点接地、屏蔽、隔离和滤波屏蔽、隔离和滤波等。等。1.接地接地 测量系统中常见接
33、地系统测量系统中常见接地系统:安全地、信安全地、信号源地、数字信号地和模拟信号地、负号源地、数字信号地和模拟信号地、负载地。载地。2023-1-1770（1 1）安全地线）安全地线 电烙铁的外壳必须电烙铁的外壳必须良好地接大地，以保证良好地接大地，以保证人身安全以及焊接对象人身安全以及焊接对象不致被静电击穿。不致被静电击穿。2023-1-1771接大地与防静电的关系接大地与防静电的关系 人在工频电场中工作人在工频电场中工作时，身体可能感应出几十时，身体可能感应出几十伏以上的电压；当人在地伏以上的电压；当人在地板上行走时，也可能因摩板上行走时，也可能因摩擦而带上几百伏以上的静擦而带上几百伏以上的
34、静电。因此在焊接集成电路电。因此在焊接集成电路时，人体必须良好地接大时，人体必须良好地接大地，以保证集成电路的地，以保证集成电路的CMOS输入端不致被静电输入端不致被静电击穿。人体接地的方法击穿。人体接地的方法之之一是带上接地的一是带上接地的防静电手防静电手腕带。腕带。防静电手腕带防静电手腕带2023-1-1772（2 2）信号地线分类）信号地线分类 a.a.模拟信号地线模拟信号地线 模拟信号地线是模拟信号的零信号电位公共线。模模拟信号地线是模拟信号的零信号电位公共线。模拟信号多数较弱、易受干扰，易形成级间不希望的拟信号多数较弱、易受干扰，易形成级间不希望的反馈，所以模拟信号地线的横截面积应尽
35、量大些。反馈，所以模拟信号地线的横截面积应尽量大些。b.数字信号地线数字信号地线 数字信号地线是数字信号的零电平公共线。数字数字信号地线是数字信号的零电平公共线。数字信号处于脉冲工作状态，动态脉冲电流在接地阻抗信号处于脉冲工作状态，动态脉冲电流在接地阻抗上产生的压降往往成为微弱模拟信号的干扰源，为上产生的压降往往成为微弱模拟信号的干扰源，为避免数字信号对模拟信号的干扰，两者的地线应分避免数字信号对模拟信号的干扰，两者的地线应分别设置。别设置。2023-1-1773c.c.信号源地线信号源地线 传感器可看作是测量装置的信号源，传感器可看作是测量装置的信号源，多数情况下信号较微，通常传感器安装在多
36、数情况下信号较微，通常传感器安装在生产设备现场，而测量装置设在离现场一生产设备现场，而测量装置设在离现场一定距离的控制室内，从测量装置的角度看，定距离的控制室内，从测量装置的角度看，可以认为传感器的公共参考端就是信号源可以认为传感器的公共参考端就是信号源地线，它必须与测量装置进行正确的连接地线，它必须与测量装置进行正确的连接才能提高整个检测系统的抗干扰能力。才能提高整个检测系统的抗干扰能力。2023-1-1774d.d.负载地线负载地线 负载的电流一般都比前级信号电流大得负载的电流一般都比前级信号电流大得多，负载地线上的电流有可能干扰前级微弱多，负载地线上的电流有可能干扰前级微弱的信号，因此的
37、信号，因此负载地线必须与其他信号地线负载地线必须与其他信号地线分开分开。例如，若误将喇叭的负极（接地线）。例如，若误将喇叭的负极（接地线）与扩音机话筒的屏蔽线碰在一起，就相当于与扩音机话筒的屏蔽线碰在一起，就相当于负载地线与信号地线合并，可能引起啸叫。负载地线与信号地线合并，可能引起啸叫。又如当负载是继电器时，继电器触点闭合和又如当负载是继电器时，继电器触点闭合和断开的瞬间经常产生电火花，容易反馈到前断开的瞬间经常产生电火花，容易反馈到前级，造成干扰，因此应正确连接。级，造成干扰，因此应正确连接。2023-1-1775一点接地原则一点接地原则 为防止电路有公共阻抗而引起信号交叉耦为防止电路有公
38、共阻抗而引起信号交叉耦合合，对于模拟信号地线、数字信号地线、信对于模拟信号地线、数字信号地线、信号源地线、负载地线等几种地线应分别设置，号源地线、负载地线等几种地线应分别设置，各子系统建立单独接地点后，再将各自接地各子系统建立单独接地点后，再将各自接地点引至一点接地点引至一点接地。2023-1-17762 2、屏蔽技术、屏蔽技术 利用金属材料制成容利用金属材料制成容器，将需要防护的电路包器，将需要防护的电路包围在其中，可以防止电场围在其中，可以防止电场或磁场耦合干扰的方法称或磁场耦合干扰的方法称为屏蔽。为屏蔽。屏蔽可分为静电屏蔽可分为静电屏蔽、低频磁屏蔽和高频屏蔽、低频磁屏蔽和高频磁屏蔽磁屏蔽
39、(电磁屏蔽电磁屏蔽)等几种。等几种。根据不同的对象，使用不根据不同的对象，使用不同的屏蔽方式。同的屏蔽方式。未加屏蔽罩时，中频变未加屏蔽罩时，中频变压器线圈易受外界干扰。压器线圈易受外界干扰。加屏蔽罩后的中频变压器加屏蔽罩后的中频变压器2023-1-1777（1）静电屏蔽静电屏蔽 方法方法1:1:用铜或铝等导电性良好的金属制成封闭的金用铜或铝等导电性良好的金属制成封闭的金属罩，罩住带静电的物体属罩，罩住带静电的物体，并并将屏蔽罩接地将屏蔽罩接地，使罩外使罩外空间不存在静电场空间不存在静电场;方法二方法二:用屏蔽罩罩住测量电路用屏蔽罩罩住测量电路,保证罩内不存在静保证罩内不存在静电场。电场。应将
40、应将屏蔽导体连接到测量电路的接地点上屏蔽导体连接到测量电路的接地点上，若若测量系统无接地点测量系统无接地点，屏蔽导体应连接到屏蔽导体应连接到信号源的对地信号源的对地低阻抗端。低阻抗端。静电屏蔽的容器器壁上允许有较小的孔洞（作为静电屏蔽的容器器壁上允许有较小的孔洞（作为引线孔或调试孔）它对屏蔽的影响不大。引线孔或调试孔）它对屏蔽的影响不大。2023-1-1778各种静电屏蔽各种静电屏蔽 仪器设备的屏蔽仪器设备的屏蔽外壳必须接地外壳必须接地带孔屏蔽板带孔屏蔽板2023-1-1779各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续）自制的自制的屏蔽屏蔽罩罩通风屏蔽窗通风屏蔽窗2023-1-1780各种静电屏蔽（续
41、）各种静电屏蔽（续）开关电源采用带孔的屏开关电源采用带孔的屏蔽外壳，既可散热，又蔽外壳，既可散热，又可防止电磁干扰外泄可防止电磁干扰外泄2023-1-1781屏蔽线屏蔽线 三绞扭屏蔽线三绞扭屏蔽线铜芯铜芯4对双绞扭屏蔽线对双绞扭屏蔽线（屏蔽层接地）（屏蔽层接地）聚氟乙烯聚氟乙烯绝缘层绝缘层铜线编织网铜线编织网（接地）（接地）2023-1-1782（2）低频磁屏蔽低频磁屏蔽 低频磁屏蔽是用来隔离低频磁场和固定低频磁屏蔽是用来隔离低频磁场和固定磁场耦合干扰的有效措施。静电屏蔽线或静磁场耦合干扰的有效措施。静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。必须采电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。必须采用用
42、高导磁材料作屏蔽层高导磁材料作屏蔽层，以便让低频干扰磁，以便让低频干扰磁力线只从力线只从磁阻很小的磁屏蔽层磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使低上通过，使低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影响。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质扰的影响。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质蛇皮管或普通铁管内，同时达到静电屏蔽和蛇皮管或普通铁管内，同时达到静电屏蔽和低频屏蔽的目的。低频屏蔽的目的。2023-1-1783低频磁屏蔽举例低频磁屏蔽举例 多数仪器的外壳采用导磁多数仪器的外壳采用导磁材料（例如：材料（例如：铁质机壳铁质机壳）作屏）作屏蔽层，让低频干扰磁力线从磁蔽层，让低频干扰磁
43、力线从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使阻很小的磁屏蔽层上通过，使受外壳保护的内部电路免受低受外壳保护的内部电路免受低频磁场耦合干扰的影响。如果频磁场耦合干扰的影响。如果将将外壳接地外壳接地，则，则同时达到静电同时达到静电屏蔽和低频磁屏蔽屏蔽和低频磁屏蔽的目的。的目的。2023-1-1784（3）电磁屏蔽电磁屏蔽高频磁感应屏蔽高频磁感应屏蔽 电磁屏蔽是采用电磁屏蔽是采用导电良好的导电良好的金属材料做成屏蔽罩金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等、屏蔽盒等，将被保护的电路包围在其中。它将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰对象是高频（屏蔽的干扰对象是高频（40kHz以上）磁场。以上）磁场。干扰源产生的高频干扰源
44、产生的高频磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层时，就在其外表面感应出同频率时，就在其外表面感应出同频率的电涡流，从而消耗了高频干扰的电涡流，从而消耗了高频干扰源磁场的能量。其次，电涡流也源磁场的能量。其次，电涡流也将产生一个新的磁场，抵消了一将产生一个新的磁场，抵消了一部分干扰磁场的能量，从而使电部分干扰磁场的能量，从而使电磁屏蔽层内部的磁屏蔽层内部的电路免受高频干电路免受高频干扰磁场的影响。扰磁场的影响。镀镀铜铜电磁屏蔽盒电磁屏蔽盒可防护可防护1MHz1MHz的电的电磁波干扰磁波干扰2023-1-1785军用屏蔽帐篷军用屏蔽帐篷几种用导电纤维材导电纤维材料编织而成的军用料
45、编织而成的军用电磁屏蔽器材电磁屏蔽器材 军用军用 电子方舱电子方舱屏蔽通信车屏蔽通信车2023-1-1786防电磁波屏蔽围裙防电磁波屏蔽围裙几种用几种用导电纤维材料编织而成的导电纤维材料编织而成的电磁屏蔽服电磁屏蔽服辐射源辐射源防电磁波防电磁波屏蔽服装屏蔽服装防电磁波屏蔽防电磁波屏蔽围裙的使用围裙的使用2023-1-1787屏蔽室屏蔽室 导电导电PVC地板地板 用于防静电及用于防静电及 底部底部屏蔽屏蔽干扰信号无法穿透干扰信号无法穿透钢板屏蔽室钢板屏蔽室2023-1-1788 3.隔离隔离 （1 1）变压器隔离电路变压器隔离电路：实现电气隔：实现电气隔离，磁耦合离，磁耦合 （2 2）光电耦合电
46、路光电耦合电路：光耦合器内部：光耦合器内部是封装在一起的一个发光二极管和光是封装在一起的一个发光二极管和光敏三极管敏三极管(或光敏二极管或光敏二极管)2023-1-1789 4.滤波滤波 （1 1）电源滤波）电源滤波:交直流供电时交直流供电时,电源线会引入电源线会引入干扰干扰,采用采用无源滤波器无源滤波器可抑制干扰可抑制干扰.（2 2）退耦滤波器）退耦滤波器:一个直流电源对几个电路一个直流电源对几个电路同时供电时同时供电时,为避免电源内阻造成几个电路之间为避免电源内阻造成几个电路之间的干扰的干扰,在每个电路的在每个电路的直流电源进线与地之间加直流电源进线与地之间加装退耦滤波器装退耦滤波器 （3
47、 3）有源滤波）有源滤波:多用于滤波电路多用于滤波电路 （4 4）数字滤波）数字滤波:灵活方便灵活方便 2023-1-1790三、典型噪声干扰的抑制三、典型噪声干扰的抑制 1.1.设备启、停时的设备启、停时的电火花干扰电火花干扰 抑制干扰的方法：抑制干扰的方法：采用采用RCRC吸收电路吸收电路，将，将R R、C C串联后并接到串联后并接到继电器触点或电源开关两端继电器触点或电源开关两端 2.2.共模噪声共模噪声 抑制干扰的方法：抑制干扰的方法：采用差分放大器采用差分放大器 3.3.串扰串扰 相邻信号在导线上产生的噪声或一信号耦合到另一导线相邻信号在导线上产生的噪声或一信号耦合到另一导线 上所产
48、生的干扰为串扰上所产生的干扰为串扰.抑制干扰的方法：抑制干扰的方法：不同信号线分开走线，避免平行或靠近不同信号线分开走线，避免平行或靠近,且留有最大可能的空间隔离；走线尽量短且留有最大可能的空间隔离；走线尽量短;电源线和地线要粗电源线和地线要粗而短而短;对对ICIC芯片，未使用的输入端不能空着芯片，未使用的输入端不能空着;易受干扰的器件要易受干扰的器件要远离振荡器远离振荡器。2023-1-1791第九节第九节 传感检测系统中的微机接口传感检测系统中的微机接口 一、传感检测系统中微机接口的基本方式一、传感检测系统中微机接口的基本方式 1.1.开关量接口方式开关量接口方式 2.2.数字量接口方式数
49、字量接口方式 3.3.模拟量接口方式模拟量接口方式 二、二、ADCADC与与CPUCPU的时间协调的时间协调 ADCADC的时间常数比的时间常数比CPUCPU的指令周期长，的指令周期长，ADCADC的转换的转换与传送必须通过与传送必须通过CPUCPU进行控制，才能得到正确的结进行控制，才能得到正确的结果。果。控制方式有延时等待式、中断式和查询式。控制方式有延时等待式、中断式和查询式。2023-1-1792数据转换接口的数据转换接口的典型典型结构结构低电平多路信号调理单低电平多路信号调理单ADC系统系统 输入的低电平微弱信号经各通道独立的信号调理输入的低电平微弱信号经各通道独立的信号调理电路后，
50、以较高的电平送入多路转换开关，经过分时电路后，以较高的电平送入多路转换开关，经过分时与采样保持电路相连。误差小，性能好，最常用。与采样保持电路相连。误差小，性能好，最常用。2023-1-1793五、传感检测系统的显示器及其接口五、传感检测系统的显示器及其接口 传感检测系统使用的传感检测系统使用的显示器有显示器有LEDLED（发光二极管）（发光二极管）和和LCDLCD（液晶显示器）（液晶显示器）。1.LED1.LED显示器结构显示器结构 常用七段常用七段LEDLED，有，有共阴极共阴极（阴极共地）和（阴极共地）和共阳极共阳极（阳极共电源）两种。（阳极共电源）两种。LEDLED显示控制方法有显示控
