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1、 传感器接口电路教案一、 传感检测系统的组成：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（模拟显示、数字显示、图象显示）等部分组成，分别完成信息的获取、转换（调理）、传输、分析处理、 显示记录。传感器处于被测对象与检测系统的界面位置，构成信号输入的主要窗口，为检测系统提供必须的原始信号。二、 电桥电桥是把电阻、电感、电容等元件参数转换成电压或电流的一种测量电路。1.特点：电路简单直接，精度和灵敏度较高，在检测系统应用较多。2.分类：按电桥不同的激励电源，可分为直流和交流电桥。直流电桥主要用于电阻式传感器，例如热敏电阻、电位器等。电桥线路是由联接成环形的四个电阻所组成
2、，如图示。 教 学 内 容 及 步 骤交流电桥主要用于测量电容式传感器和电感式传感器的电容和电感的变化。图示为交流电桥的一般形式，开路输出电压 下面给出一些交流电桥的具体电路按电桥的工作方式可分为平衡电桥（零测法）和不平衡电桥（偏差测量法）。按被测电阻（阻抗）的接入方式，可分为单臂电桥、差动电桥和全桥。教 学 内 容 及 步 骤一个桥臂电阻有变化，称为单臂电桥。例如桥臂1电阻有R1的变化，则电桥的输出电压为若取 R1=R2=R3=R4 则当 时，则 两个桥臂电阻有变化，称为双臂电桥。如桥臂电阻 R1和邻边桥臂电阻 R2都有电阻变化，即 R1变为R1+R1， R2变为 R2+R2，当 R1=R2
3、=R3=R4=R0，且时，四个桥臂电阻均有变化，称为四臂电桥，又叫全桥。假设R1 、R2 、R3 、R4 的变化量分别为R1 、R2 、R3 、R4 ，R1 = R2= R3= R4= R0，则其输出电压为可以看到：相邻边两桥臂电阻变化是各自引起的输出电压相减，相对边二桥臂电阻变化是各自引起的输出电压相加。3.电桥的工作特性：1）灵敏度是指单位输入量时输出变化量也就是电桥电压的相对变化量与电阻相对量之比。2）电桥的非线性误差：教 学 内 容 及 步 骤单臂电桥：f=1/2 灵敏度Kus=1/4差动电桥：f=0 灵敏度Kus=1/2有源电桥：f=0 灵敏度Kus=-1/24.电桥调零：通常采用串
4、联调零和并联调零。作用：当有信号输入（R0）时才有输出。输入信号前应先排除电桥本身不平衡引起的输出电压。三、 电压放大器（阻抗变换器）有反相放大器、同相放大器和差动放大器三种，下面给出一般电路形式。电荷放大器电路如图所示。输出电压表达式为：，A很大，所以上式可以简化为：五、滤波电路从工业现场测得的信号。经传输线送入检测仪表的测量电路或微机的接口电路，在获取信号或信号传输的过程中，很可能有干扰，为使信号在进入前减弱干扰，通常加入滤波器。另外为了获得某一段频率，也需要加入滤波器。滤波器是一种只允许某一频率信号通过或阻止某一频带信号通过的装置。教 学 内 容 及 步 骤方式有无源滤波、有源滤波、数字
5、滤波。1.有源滤波1）组成：运算放大器和RC网络组成2）优点：有源滤波不用电感线圈，故在体积、重量、价格、线性度等方面有明显优越性，便于集成化；由于运算放大器输入阻抗高，输出阻抗低，可以提供良好的隔离性能，并提供所需增益；可以使低频截止频率达到很低范围。2.无源滤波：若检测系统对滤波要求不高，可以采用无源滤波器，电路简单，缺点带负载能力差。3.数字滤波：能够用数学计算的方法增强信号、降低干扰、提取有用信息。优点：数字滤波利用程序来实现，不需要增加硬件、可靠性高稳定性好、灵活方便。限定组大偏差法，用于温度、压力等变化缓慢的量。算术平均法：K值的选取大小会影响到滤波效果。K值大，滤波效果好，但反映
6、速度慢，适合压力测量、流量测量。加权平均滤波法。六、模/数（A/D）转换1.模/数转换器的原理：被测物理量首先经过传感器变换成电信号、竟信号调理（调制解调或通过电桥参数转换、放大、滤波）电路后，由多路开关选择某一路的模拟信号送到采样保持器，再经过模/数转换器将模拟量转换成数字量送到计算机进行必要的运算和放大。2.逐次逼近型A/D转换教 学 内 容 及 步 骤3.双积分型A/D转换器双积分是一种常用的A/D转换技术，具有精度高，抗干扰能力强等优点。双积分型A/D转换是一种间接A/D转换技术。首先将模拟电压转换成积分时间，然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数，最后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成二进制或BCD码输出。因此，双积分型A/D转换器转换时间较长，一般要大于4050ms。原理示意图如下： 七、传感检测系统中微机接口的基本方式1.开关量接口方式：开关型传感器输出的是二值信号（逻辑1或0），通过三态缓冲器即可传输给计算机。2.数字量接口方式：数字型传感器输出数字（二进制代码、BCD代码、脉冲序列）可直接（或通过三态缓冲器）传给计算机。3.模拟量接口方式：计算机处理的数字信号，而传感检测的信号多为模拟信号，需要通过模拟/数字变换才能接受处理。教 学 内 容 及 步 骤作业内容作业批改记录时间系班级应交实交缺交作业学生姓名作业批改问题及分析教学札记
