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1、,河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 电 气 工 程 系,第7章 传感器与微机的 接口技术,掌握传感器信号的预处理方法、信号放大电路、数字采集系统 掌握线性化方法、标度变换,第一讲 传感器信号的预处理方法,一、传感器与微机的接口 二、传感器信号的预处理,一、传感器与微机的接口,输入接口:介于传感器与计算机之间的部分。其作用是将传感器输出的模拟量转换成计算机所能接受的数字量，并按一定程序输入计算机。,传感器与计算机的接口电路组成：信号预处理电路、数据采集系统和计算机接口电路组成。如图7-1-1所示为传感器与计算机的接口框图。,图7-1-1 传感器与计算机的接口框图,预处理电路：将传感器输出的
2、非电压量转换成具有一定幅值的电压量；,数据采集系统：将模拟电压量转换成数字量；,计算机接口电路：把A/D转换后的数字信号送入计算机，并将计算机发出的控制信号送至输入接口的各功能部件。,二、传感器信号的预处理方法,1、传感器按输出的变化形式成分类,如图7-1-2所示为按输出形式分类。,图7-1-2 传感器按输出方式分类,2、传感器按输出的变化形式成分类,在将传感器输出信号转换成数字量之前需要进行某些预处理。该预处理和转换为数字量的工作内容，由传感器输出方式不同而各不相同。,1）开关量信号预处理的方法,被测对象输入给传感器的物理量高于“某一定值”时，输出ON(接通)状态，而低于该值时，就输出 OF
3、F(断开)状态。这里的“某一定值”称为值或门限电平。,如图7-1-3所示为这类开关传感器的理想特性。但这种特性并不实用，因为在传感器的输入信号中总要叠加一些噪声成分，这些噪声成分就会改变输出的状态。图7-1-4为开/关式传感器的实用特性。,图7-1-3 开/关传感器的理想特性 图7-1-4 实用特性,为了消除噪声及改善特性，常接入具有迟滞特性的电路，称为鉴别器，或称为脉冲整形电路，多使用施密特触发器。,2）模拟脉冲式传感器信号预处理, 脉冲峰值式传感器是在每次被测物理量入射到传感器上时(不论是随机的还是周期性的都一样)就产生脉冲形式的输出信号，该信号的峰值与入射到传感器的物理量的值成比例。有代
4、表性的用途是测量射线(带电粒子)能量的传感器。,出于该峰值信息是模拟量，所以必须转换成数字量后才能输入到计算机中。转换成数字量需要使用A/D转换器，这种转换需要一定的操作时间。在操作时间内如果A/D转换器的模拟输入发生了变化，就会使转换后的数字信息出现错误。因此，传感器与A/D转换器之间必须具有在操作时间内使峰值保持一定的功能。脉冲峰值保持电路就是为了实现这一功能而设置的。,脉冲宽度式传感器中，每当被测物理量入射到传感器时(不论是随机的还是周期性的)就产生一个脉冲状的输出信号，该脉冲信号的宽度与入射到传感器上的物理量的大小成比例。,脉冲间隔式传感器中每当被测物理量入射到传感器上时，就产生两种脉
5、冲信号，每种产生一个脉肿，二者产牛的时刻差(时间间隔)与入射到传感器的物理量大小成比例。,脉冲宽度式和脉冲间隔式传感器,其处理方法分为两种。一种方法是直接对时钟信号进行数字计数，使它转换成数字信息；另一种方法是将时间信息转换成峰值信息，再通过A/D转换器将峰值转换成数字信息。时间峰值转换器(Time to Amplitude Converter，简称TAC)在巾场上也以单片形式销售。,3）模拟连续式传感器信号预处理,图7-1-7 模拟连续输出预处理的一般体系,模拟连续式传感器随输入给传感器的被测物则量x的变化，传感器输出的电量s是连续变化的。这里的电量可以是电阻、电压、电流、电感或电容。,电阻
6、式传感器常用交、直流电桥将电阻变化转换为电压变化；通过A/D转换将电压值转换为数字量。,电感式和电容式传感器常用交流电桥或谐振电路进行预处理。交流电桥的输出为调幅信号，谐振电路的输出有调幅和调频两种，差动变压器的输出也是一个调幅信号，它们要经过检波或鉴频才能变成直流电压信号，再进行A/D转换。调频信号可以直接用数字频率计计数。,4）频率变化式传感器信号的预处理,模拟频率变化式传感器多用于多普勒效应测速计(如棒球的测速枪及交通速度管制的多普勒雷达等)中，由于输入到传感器的被测物理量值的大小不同，传感器产生的连续周期信号的频率将会模拟地变化。脉冲重复频率式传感器产生脉冲信号，在单位时间内所产生的脉
7、冲个数随着输入到传感器的被测物理量值的大小不同而变化。这种传感器多用于利用光的非接触式转速表等方面。这两种传感器所产生的信息基本上都是单位时间内波的数量(频率)或脉冲的个数。由于二者的内容是等价的，所以可以把它们当作频率来处理。,因此，如果将这些传感器都看作频率变化式传感器，则用数字频率计计数，即转换成数字信息；或者利用频率电压转换电路把频率转换成电压，再经A/D转换即成，如图7-1-8所示。,图7-1-8 频率变化式传感器信号的预处理,5）数字电量式传感器信号的预处理,数字脉冲式传感器是将传感器产生的脉冲信号直接作为输出信息。,图7-1-9 数字脉冲式传感器的预处理,数字编码式传感器的特点是传感器的输出本身就是数字代码形式，这种传感器简称为代码式化感器。代码式传感器多用于位置测量。,图7-1-10 数字编码式传感器的预处理,
