传感器与检测技术第3版谢志萍.ppt

第6章 传感器与检测系统的信号处理技术,电子工业出版社,6.1 电桥电路,6.1.1 直流电桥,6.1 电桥电路,6.1 电桥电路,1单臂工作电桥,6.1 电桥电路,2等臂双臂工作电桥,6.1 电桥电路,3等臂全桥工作电桥,根据电桥的加减速特性可知，组成等臂全桥测量电路，灵敏度最高，输出电压最大。直流电桥后续的放大电路可采用差动输入的运算放大器，对精度要求高的可选用测量放大器，具体可参照节。,6.1 电桥电路,例6.1 采用阻值350、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为350的固定电阻组成电桥供桥电压为8V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变为1000时，试求单臂工作电桥、双臂工作电桥及全桥工作时的输出电压。,6.1 电桥电路,6.1.2 交流电桥,1交流电桥的平衡条件,6.1 电桥电路,2电阻交流电桥,6.1 电桥电路,3电感电桥,6.1 电桥电路,4电容电桥,6.1 电桥电路,5变压器电桥电路,6.2 信号的放大与隔离,6.2.1 运算放大器,1反相放大器,2同相放大器,6.2 信号的放大与隔离,6.2.2 测量放大器,1测量放大器的结构与特性,6.2 信号的放大与隔离,2测量放大器集成电路,6.2 信号的放大与隔离,3测量放大器的使用,（1）差动输入端的连接。,6.2 信号的放大与隔离,（2）护卫（Guard）端的连接。,当测量放大器通过电缆与信号源连接时，电缆的屏蔽层应连接测量放大器的护卫端。如果电缆的屏蔽层不接护卫端而接地，如图,6.2 信号的放大与隔离,（3）R端、S端的连接。测量放大器通常设有R端和S端，如图,6.2 信号的放大与隔离,AD612与测量电桥连接如图,6.2 信号的放大与隔离,6.2.3 程控测量放大器PGA,1浮点放大器型,6.2 信号的放大与隔离,2增益电阻切换型,这种放大器是采用可编程控制的多路开关来切换放大器中决定增益的电阻，以此改变放大器的增益。,6.2 信号的放大与隔离,6.2.4 隔离放大器,在自动检测系统中，人们希望在输入通道中把工业现场传感器输出的模拟信号与检测系统的后续电路隔离开来，即无电的联系，这样可以避免工业现场送出的模拟信号带来的共模电压及各种干扰对系统的影响。解决模拟信号的隔离问题要比解决数字信号的隔离问题困难得多。目前，对于模拟信号的隔离广泛采用隔离放大器。,6.2 信号的放大与隔离,1AD277型双隔离式放大器,6.2 信号的放大与隔离,AD277构成的同相比例放大器,6.2 信号的放大与隔离,2AD210型三隔离式放大器,6.3 信号的变换,6.3.1 电压与电流转换,1电压转换为电流（V/I转换器）,若要求Vimax30mV，可在14、15脚间跨接以下电阻：,若要求30mVVimax60mV，可在15、16脚间跨接以下电阻：,6.2 信号的放大与隔离,下图是微机皮带秤的信号变送与转换电路图，图中左下角R01R04为电阻应变式称重传感器连接成的电桥，电桥电源电压U24由基准电压源和辅助放大器提供，U24为：,6.2 信号的放大与隔离,2电流转换为电压（I/V转换器）,当变送器的输出信号为电流信号时，要转化成电压信号，需经I/V转换。最简单的I/V转换可以利用一个500的精密电阻，将010mA的电流信号转换为05V的电压信号。,6.2 信号的放大与隔离,6.3.2 电压与频率的相互转换,LM31系列用做V/F转换时的简化功能框图如图,6.2 信号的放大与隔离,当开关K断开后，CL通过RL放电，使VC下降。当放电过程持续T1时间，VC下降到小于Vi时，输入比较器再次启动单脉冲定时器又产生一个宽tos的脉冲，开关K再次闭合，CL再次充电，如此循环，3脚输入脉宽为tos，周期为T的方波。频率fout的大小为：,6.2 信号的放大与隔离,LM331用作V/F转换,6.2 信号的放大与隔离,所示是由LM331构成的F/V转换电路，输入频率fIN脉冲的每个下降沿引起输入比较器触发单脉冲定时电路，产生一个固定宽度为tos的脉冲，在tos期间，电流源Is在RL上产生电压，在无CL情况下，RL输出电压的幅度为IRL，宽度为tos，周期为T的方波，CL滤去此方波的高频分量，保留其直流分量即方波的平均值输送出来，输出电压为：,