1、第第4章章 传感器传感器检测技术检测技术机电一体化技术机电一体化技术4.5 检测信号处理技术检测信号处理技术4.5.0 知识回顾知识回顾1 1、虚短虚短2 2、虚断虚断3 3、差模输入与共模输入、差模输入与共模输入4 4、共模抑制比、共模抑制比Ad差模输入：差模输入：Ui1=-Ui2=UdAc共模输入：共模输入：Ui1=Ui2=Uc任意输入的信号任意输入的信号，都可分解，都可分解成差模分量和共模分量。成差模分量和共模分量。虚短：运放处于线性状态时，虚短：运放处于线性状态时，把两输入端视为等电位，即把两输入端视为等电位，即运放正输入端和负输入端的运放正输入端和负输入端的电压相等。电压相等。虚断：
2、运放处于线性状态时，虚断：运放处于线性状态时，把两输入端视为开路，即流把两输入端视为开路，即流入正负输入端的电流为零。入正负输入端的电流为零。4.5.1 信号放大信号放大1 1、基本运算放大电路基本运算放大电路反向放大电路反向放大电路同向放大电路同向放大电路4.5.1 信号放大信号放大2 2、高阻抗三运放放大电路高阻抗三运放放大电路 传感器输出的微弱信号传感器输出的微弱信号从两个运算放大器从两个运算放大器A1、A2同同相端对称输入，放大信号由相端对称输入，放大信号由A3输出端输出。输出端输出。优点：优点：（1）该电路具有高输入阻抗和共模抑制比，有利于发挥传感器的灵敏度，该电路具有高输入阻抗和共
3、模抑制比，有利于发挥传感器的灵敏度，减小信号损失，且失调漂移小；减小信号损失，且失调漂移小；（2）采用不对称输出，使于与后续电路连接；采用不对称输出，使于与后续电路连接；（3）电路増益由电阻电路増益由电阻RG调节。调节。4.5.1 信号放大信号放大3 3、专用仪器仪表运放芯片专用仪器仪表运放芯片 在实际传感检测电路中，通过采用专用的仪器仪表运放芯片，如在实际传感检测电路中，通过采用专用的仪器仪表运放芯片，如AD620AD620，以提高系统性能和稳定性，降低设计和生产成本。以提高系统性能和稳定性，降低设计和生产成本。（1）具有高精度具有高精度（2）低失调电压低失调电压（3）低失调漂移低失调漂移（
4、4）低功耗低功耗（5）增益可调增益可调4.5.2 调制与解调调制与解调1 1、幅值调制与解调、幅值调制与解调 幅值调制即调幅，幅值调制即调幅，用调制信号用调制信号(测量信号测量信号)控制高频载波信号控制高频载波信号(高频高频正弦波正弦波)的幅值，使载波的幅值，使载波信号的幅值随测量信号信号的幅值随测量信号的线性函数变化，称为的线性函数变化，称为线性调幅。线性调幅。4.5.2 调制与解调调制与解调2 2、频率调制与解调、频率调制与解调 频率调制即调频，频率调制即调频，是利用调制信号控制是利用调制信号控制载波信号的频率。在载波信号的频率。在频率调制过程中，载频率调制过程中，载波幅值保持不变，仅波幅
5、值保持不变，仅载波频率随调制信号载波频率随调制信号的幅值正比变化。的幅值正比变化。4.5.3 滤波滤波1 1、滤波滤波4.5.3 滤波滤波2 2、模拟滤波器模拟滤波器4.5.3 滤波滤波3 3、数字、数字滤波器滤波器（1）数字滤波器无需其他的硬件成本，可靠性高，不存在阻抗匹配问题；数字滤波器无需其他的硬件成本，可靠性高，不存在阻抗匹配问题；（2）可处理各种干扰信号，且可对极低频信号进行滤波处理；可处理各种干扰信号，且可对极低频信号进行滤波处理；（3）数字滤波使用软件算法实现，多输入通道可共用一个滤波程序，降低数字滤波使用软件算法实现，多输入通道可共用一个滤波程序，降低了系统开支；了系统开支；（
6、4）通过适当改变滤波程序即可改变其滤波特性。通过适当改变滤波程序即可改变其滤波特性。数字滤波器是通过软件程序对采样信号进行平滑加工，数字滤波器是通过软件程序对采样信号进行平滑加工，以减少干扰在有用信号中的比重，提高信号真实性。以减少干扰在有用信号中的比重，提高信号真实性。常用的数字滤波方法包括算术平均滤波法、中值滤波法、常用的数字滤波方法包括算术平均滤波法、中值滤波法、滑动平均滤波法、限幅滤波法等。滑动平均滤波法、限幅滤波法等。4.5.4 采样与保持采样与保持 模拟传感器的输出量必须经过模拟传感器的输出量必须经过A/D转换器转换成数字量转换器转换成数字量，方可送入计算方可送入计算机。当对模拟信
7、号进行机。当对模拟信号进行A/D转换时转换时，从启动转换到转换结東输出数子量从启动转换到转换结東输出数子量，需需要一定的要一定的转换转换时间。当输入信号频率较高时时间。当输入信号频率较高时，A/D转换无无法跟踪输入信号转换无无法跟踪输入信号的变化的变化，将造成很大的转换误差。为了防止误差产生将造成很大的转换误差。为了防止误差产生，需要在转换时间内需要在转换时间内保持模拟信号基本不变保持模拟信号基本不变，以保证以保证A/D转换精度转换精度，采样，采样保持署即为实现这种保持署即为实现这种功能的电路。功能的电路。1 1、模拟传感器与计算机接口模拟传感器与计算机接口4.5.4 采样与保持采样与保持（1）跟踪阶段：当模拟开关跟踪阶段：当模拟开关S闭合时，模拟信号加载在储能电容闭合时，模拟信号加载在储能电容C两端，使两端，使电容电压电容电压Uc随模拟信号变化而变化；随模拟信号变化而变化；（2）保持阶段：当保持阶段：当S断开时，电容断开时，电容C两端一直保持断开电压；两端一直保持断开电压；（3）采样瞬间：采样采样瞬间：采样-保持器是在保持器是在“保持保持”命令发出的瞬间进行采样，而在命令发出的瞬间进行采样，而在“跟踪跟踪”命令发出时，采样一保持器跟踪模拟输入量，为下次采样做准备。命令发出时，采样一保持器跟踪模拟输入量，为下次采样做准备。2 2、采样、采样保持器的工作原理保持器的工作原理
