传感器原理孟立凡蓝金辉cgq16-17.ppt

第16章 测量信号的调理 　　　　　　　　　　　　 16.1概述 　　　　　　　　　　　　16.2调制与解调 　　　　　　　　　　　　16.3 滤波 　　　　　　　　　　　　16.4 模数转换技术 　　　　　　　　　　　　16.5 电压/电流/频率变换技术 　　　　　　　　　　　 16.6 电压和电流放大变换技术 　　　　　　　　　　　　16.7 信号调理中的干扰与补偿 　　　　　　　　　　　　　 16.1概述 　　　信号调理电路是测量系统的组成部分，它的输入是传感器的输出电信号，输出为适合于传输、显示、记录或者能更好地满足后续标准设备或装置要求的信号。例如传感器的输出电信号如果不在-10V——+10V范围内，那么在接入模-数变换器时，必须首先经过信号调理电路。信号调理电路通常具有放大、电平移动、阻抗匹配、滤波、调制、解调等功能。另外，从数据域的角度考虑，可以认为信号调理电路可以实现数据域之间的转换。 　　　 　　　传感器输出信号通常可以分为两类。一类为模拟量，例如压力、温度、加速度等的测量；另一类为数字量，例如用光电或电磁传感器测量转速等的测量。对模拟量信号进行调整匹配时，传感器的信号调理环节相对复杂一些，通常需要经过放大电路、调制与解调电路、滤波电路、采样保持电路、A/D及D/A转换电路等。而对数字量信号进行调整匹配时，通常只需使信号通过比较器电路及整形电路、控制计数器计数即可。 　　　测试系统的第二个环节为信号的调理，被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感，或电压、电流、电荷等电参量的变化，由于在测量过程中不可避免地遭受有各种内外干扰因素的影响，为了正确使用被测信号，并最后驱动显示记录和控制等仪器，或进一步将信号输入计算机进行数据处理，因此经传感后的信号尚需经过放大、变换、滤波、运算分析等一系列的加工处理，以抑制干扰噪声，提高信噪比，使之利于进一步的传输和在后续环节中的处理，信号的调理涉及的范围很广，本章将集中讨论一些常用的信号的调理环节，如电桥、调制与解调、信号的滤波、电压电流频率变换、A/D转换、 信号放大、干扰与抗干扰等方面的内容。 16.2调制与解调 　　　调制是指利用某种信号来控制或改变高频振荡信号的某个参数的过程，这些参数包括幅值、频率或相位。当被控制的量是高频振荡信号的幅值时，称为幅值调制或调幅，当被控制的量为高频振荡信号的频率时，称为频率调制或调频，而当被控制的量为高频振荡信号的相位时，则称为相位调制或调相。解调则是从已调制波信号中恢复出原有低频调制信号的过程。调制与解调是一对信号变换过程。 　　　控制高频振荡的低频信号称调制波，包括正余弦信号、一般周期信号、瞬态信号、随机信号等。载送低频信号的高频振荡信号称为载波，例如正弦信号、方波信号等。经过调制过程所得的高频振荡波称已调制波。根据被控制参数如幅值、频率的不同，则分别有调幅波、调频波等不同的称谓。从时域上讲，调制过程即是使载波的某一参量随调制波的变化而变化，而在频域上调制过程则是一个移频的过程。 16.3 滤波 滤波是选取信号中感兴趣的成分，抑制或衰减掉其它不需要的成分。能实施滤波功能的装置是滤波器。从信号的输入和输出角度，滤波可分为两类：对输入量滤波（简称输入滤波）和对输出量滤波（简称输出滤波）。从选频的方式，滤波可分为四类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器如图。 结合低通滤波器，下面介绍滤波器常用的一些技术指标的含义。 （1）建立时间：输出从零（图中a点）到稳定值A0 (b点)经过的时间。输入信号突变处必然包含有丰富的高频分量，低通滤波器阻挡住了高频分量。通带越宽，衰减的高频分量便越少，信号便有较多的分量更快通过，因此导致较短的建立时间；反之则长。一个低通滤波器的阶跃响应的建立时间Te和它的带宽B成反比，即BTe=常数。 （2）带宽：表示它的频率分辨能力，通带窄，则分辨力高。这一结论表明：滤波器的高分辨力与测量时快速响应是矛盾的。 对于带通滤波器，有下列一些常用的技术指标。 (1)截止频率：幅频特性值等于 所对应的频率点。 (2)带宽：上下两截止频率之间的频率范围，又称-3dB带宽。 (3)纹波幅度：通带中幅频特性值的起伏变化值，图中用d表示。 (4)品质因子：中心频率f0与带宽B之比，即 。 (5)倍频程选择性：上截止频率fc2与2fc2之间或下截止频率fc1与2fc1间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程的衰减量，以dB表示。 (6)滤波器因数：也称为矩形系数，滤波器幅频特性的-60dB带宽与-3dB带宽的比，即 ，对理想滤