《传感器原理与检测技术钱显毅第十章节传感器检测电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器原理与检测技术钱显毅第十章节传感器检测电路（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 传感器检测电路 传感器的输出有各种形式，如热电偶、pH电极、光电二极管的输出为直流电流，差分变压器或电磁流量计的输出为交流电压，热敏电阻、应变计和半导体气体传感器的输出为电阻的变化，电感式位移传感器将位移转换为电感的变化，晶体厚度传感器则把频率的变化转换成振动频率的变化等。而且传感器输出的信号往往都很微弱并混杂了多种干扰和噪声。为了便于信号的显示、记录和分析处理，检测装置的输出信号须转化成足够大的电压、电流或数字量信号。信号变换就是通过对信号的转换、放大、解调、A/D转换以及干扰抑制等各种变换得到所希望的输出信号的处理过程，是在测量中使用的通用技术。信号变换电路的形式多种多样，本章仅对
2、基本的信号变换单元电路进行分析和介绍。,10.1电压和电流的放大电路,10.1.1信号源及其等效电路,(a)电压等效电路 (b)电流源等效电路 （c）存在共模电压时的电压源等效电路 图10-1传感器等效电路,10.1.2集成运算放大器,图10-2 集成运算放大器表示符号,运放工作在线性放大状态具有以下两个特点：,两输入端得电压非常接近，即UI1UI2但不是短路，故称为“虚短”。在工程中分析电路时，可以认为UI1=UI2。 流入两个输入端的电流通常可视为零，即i-0,i+0，但不是断开，故称为“虚断”。在工程中分析电路时，可以认为i1=i2=0。,10.1.3比例放大电路,(a)同相比例放大 (
3、b)反相比例放大 （c）电流电压变换放大（d）差分放大 图10-3比例放大电路,10.1.4仪用放大器,图10-4同相串联式测量放大器,图10-5同相并联式测量放大器,图10-6测量高共模抑制放大器,图10-7 三运放结构的测量放大器,图10-9测量放大器的分布参数影响,图10-10 测量放大器的驱动屏蔽技术,10.2测量电桥及其放大电路,10.2.1测量电桥 电桥电路具有灵敏度高、线性好、测量范围宽和容易实现温度补偿等优点，常用于阻抗发生变化的传感器。电桥按其激励电源的性质分为直流电桥和交流电桥两类，电阻应变式测力称重传感器大多采用直流电桥的形式，二电抗发生变化的传感器如电感式、差变压器式或
4、电容式传感器若采用电桥式测量电路则只能是交流激励。,图10-14交流电桥与传感器接法,10.2.2电桥放大器,图10-15电源浮置式电桥放大器,图10-16差分输入式电桥放大器,10.3低漂移直流放大器,在实际测量中，有很多被测量是变化时非常缓慢的、非周期性的近似直流信号。例如，热电偶测量温度时所产生的就是变化缓慢电压信号，地震仪中的拾震器接收到地球内层的某些参数也可能是变化非常缓慢的信号。压力传感器静态标定时，从压力传感器中残生的是近似直流信号。 通常这些被测信号是非常缓慢的，必须进行放大。然而直流放大器存在着这一难以克服的漂移现象。漂移现象是一种随机波动的缓慢信号，这些随机波动信号和有用的
5、被测信号混杂在一起时不仅限制了测量精度，而且也限制了被检测的最小电平。因此，为了检测微弱的缓慢信号，就必须设计一种高稳定性的低漂移直流放大器。,对晶体管而言，温度变化是造成零点漂移的重要因素（电源电压变化是次要因素），抑制温度漂移必须分析电子器件的性能，特别是晶体管的特性参数与温度变化的关系。,图10-21差动放大器,10.4高输入阻抗放大器,目前很多非电量的测量都是通过传感器将非电量变成电量，如用压电加速计测量加速度。根据压电传感器的等效电路可知，要进行高精度测量，必须要求与压电传感器相配套的放大器具有很高的输入阻抗。又如声压的测量，用电热传感器；光通量的测量用光敏二极管。他们也都要求测量电路具有很高的输入阻抗。本节主要介绍利用自举原理提高输入阻抗的几种设计方案，以及典型高输入阻抗放大器的分析计算，同时介绍高输入放大器的制作装配工艺。,1.复合跟随器,图10-23 复合跟随器,10.5低噪声放大电路,在高灵敏度及高精度的检测仪表中，传感器所接受的非电量被测信号往往使非常微弱的，其中某些信号还可能具有叫宽的频谱。因此，与这些传感器相连接的前置放大器不仅要求有高增益，更重要的是必须具有低噪声性能，即要求放大器输出端的噪声电压尽可能小，只有这样，才能检测微弱的信号。,
