项目七 传感器的信号处理（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

项目七 传感器的信号处理　 目标要求:　 1、 掌握输出信号的干扰及控制技术 2、传感器输出信号处理电路 3、了解传感器输出信号的特点 1 1、传感器信号输出的特点 一个非电量检测装置（或系统）中，必须具有对电信号进行转换和处理的电路。----微弱信号放大、滤波、零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正、量程切换等信号处理功能。信号处理电路的重点为微弱信号放大及线性化处理。 2 2、传感器输出信号处理电路 1、信号放大器 同相放大器——输入阻抗极高，常用作信号变换电路的前置输入部分 反相放大器——有很小的输出阻抗电路 2、集成运算放大器 （1） 对差模信号的开环放大倍数为无穷大； （2） 共模抑制比无穷大； （3） 输入阻抗无穷大。 3、运放阻抗匹配器 传感器输出阻抗比较高，为防止信号的衰减，常采用高输入阻抗、低输出阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入到测量系统的前置电路，常见的阻抗匹配器有半导体阻抗匹配器、场效应晶体管阻抗匹配器及运算放大器阻抗匹配器。 4、电桥电路 由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。 输出信号的干扰及控制技术 1、屏蔽技术 （1）静电屏蔽 在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点等电位。静电屏蔽就是利用了与大地相连接的导电性良好的金属容器，使其内部的电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。 （2）电磁屏蔽 电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰电磁场在屏蔽体，内产生涡流，再利用涡流消耗高频干扰磁场的能量，从而削弱高频电磁场的影响。 若将电磁屏蔽层接地，则同时兼有静电屏蔽的作用。也就是说，用导电良好的金属材料做成的接地电磁屏蔽层，同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽两种作用， （3）低频磁屏蔽 在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线限制在磁阻很小的磁屏蔽体内部，防止其干扰作用。 通常采用坡莫合金之类的对低频磁通有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度，以减少磁阻。 7 接地技术 （1)保护接地线，出于安全防护的目的将检测装置的外壳屏蔽层接地用的地线。 （2)信号地线，它只是检测装置的输入与输出的零信号电位公共线，除特别情况之外，一般与真正大地是隔绝的。信号地线分为两种：模拟信号地线及数字信号地线，因前者信号较弱，故对地线要求较高，而后者则要求可低些。 （3)信号源地线，它是传感器本身的信号电位基准公共线。 （4)交流电源地线。 8 应变式传感器日常常见应用 10 应变式传感器 应变式传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到 0.01—0.1%。 特点: 结构简单、精度高、测量范围广、体积小、特性好。 是目前测量力、力矩、压力、加速度等物理量应用最广泛的传感器之一。 11 电阻应变片工作原理是基于金属导体的电阻-应变效应. 电阻应变式传感器工作原理：是基于金属导体的电阻-应变效应. 电阻-应变效应：金属丝的电阻值随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化。 一、电阻应变效应 一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为： 式中: ρ——电阻丝的电阻率; L——电阻丝的长度; A——电阻丝的截面积; 当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长Δl，横截面积相应减小ΔS，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ 式中dL/L是长度相对变化量, 用应变 表示 引起电阻的相对变化量为： 全式微分，电阻值相对变化为 基本原理 轴向x 径向y 15 dS/S——圆形电阻丝的截面积相对变化量，则： 材料力学：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长， 沿径向缩短， 轴向应变和径向应变的关系可表示为 ： μ为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。 通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量。 即： 大量实验证明, 在电阻丝拉伸极限内, 电阻的相对变化与应变成正比, 即K为常数。 通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量将应力转换为应变进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 基本原理 19 电阻应变片是一种能将被测试件上的应变变化转换成电阻变化的敏感元件。 分类：金属电阻应变片和半导