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1、第四章 检测系统设计第一节第一节 概概 述述第二节第二节 模拟式传感器信号的检测模拟式传感器信号的检测第三节第三节 数字式传感器信号的检测数字式传感器信号的检测1a第一节第一节 概概 述述一、检测系统的功用及组成二、机电一体化对检测系统的基本要求三、检测系统设计的任务、方法和步骤2a一、检测系统的功用及组成一、检测系统的功用及组成检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成部分，用于实现计测功能。部分，用于实现计测功能。部分，用于实现计测功能。部分，用于实现计测功能。机电一体化产
2、品中，传感器用于检测外界环境机电一体化产品中，传感器用于检测外界环境机电一体化产品中，传感器用于检测外界环境机电一体化产品中，传感器用于检测外界环境及自身状态的各种物理量及其变化，并将这些及自身状态的各种物理量及其变化，并将这些及自身状态的各种物理量及其变化，并将这些及自身状态的各种物理量及其变化，并将这些信号转换成电信号，然后再通过相应的预处理信号转换成电信号，然后再通过相应的预处理信号转换成电信号，然后再通过相应的预处理信号转换成电信号，然后再通过相应的预处理( (变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路变换、
3、放大、调制与解调、滤波、运算等电路) )将有用将有用将有用将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。传感器及相应的信号检测与处理电路是机电一传感器及相应的信号检测与处理电路是机电一传感器及相应的信号检测与处理电路是机电一传感器及相应的信号检测与处理电路是机电一体化产品中的检测系统。体化产品中的检测系统。体化产品中的检测系统。体化产品中的检测系统。传感器及其检测系统不仅是机电一体化产品必传感器及其检测系统不仅是机电一体化产品必传感器及其检测系统不仅是机电一体化产品必
4、传感器及其检测系统不仅是机电一体化产品必不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结合的一个重要纽带。合的一个重要纽带。合的一个重要纽带。合的一个重要纽带。3a二、机电一体化对检测系统的基本要求二、机电一体化对检测系统的基本要求机电一体化对检测系统在性能方面的基本要求： 1.精度、灵敏度和分辨率高，线性、稳定精度、灵敏度和分辨率高，线性、稳定性和重复性好；性和重复性好； 2.抗干扰能力强，静、动态特性好。抗干扰能力强，静、动态特性好。 3.要求检测系统体积小、质量轻、价格便要求检
5、测系统体积小、质量轻、价格便宜、便于安装与维修、耐环境性能好等，宜、便于安装与维修、耐环境性能好等，并满足机电一体化设计的需要。并满足机电一体化设计的需要。4a三、检测系统设计的任务、方法和步骤三、检测系统设计的任务、方法和步骤检测系统设计的主要任务是：根据使用要求合理根据使用要求合理选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处理电路以构成检测系统，对检测系统进行分析与理电路以构成检测系统，对检测系统进行分析与调试，使之实现预期的计测功能。调试，使之实现预期的计测功能。检测系统设计的主要方法是实验分析法实验分析法，即理论即理论分析和计算与实验测试相结合的
6、方法。分析和计算与实验测试相结合的方法。由于检测传由于检测传由于检测传由于检测传感器物化性能的复现性和复制性，不能保证实际设计出的系感器物化性能的复现性和复制性，不能保证实际设计出的系感器物化性能的复现性和复制性，不能保证实际设计出的系感器物化性能的复现性和复制性，不能保证实际设计出的系统的性能与理论分析和计算结果的一致，且检测系统易受到统的性能与理论分析和计算结果的一致，且检测系统易受到统的性能与理论分析和计算结果的一致，且检测系统易受到统的性能与理论分析和计算结果的一致，且检测系统易受到多种干扰，它很难通过理论分析和计算而预先确定，必须通多种干扰，它很难通过理论分析和计算而预先确定，必须通
7、多种干扰，它很难通过理论分析和计算而预先确定，必须通多种干扰，它很难通过理论分析和计算而预先确定，必须通过实验测试为理论分析提供依据，并对所设计的检测系统进过实验测试为理论分析提供依据，并对所设计的检测系统进过实验测试为理论分析提供依据，并对所设计的检测系统进过实验测试为理论分析提供依据，并对所设计的检测系统进行修正，以满足其性能指标要求。行修正，以满足其性能指标要求。行修正，以满足其性能指标要求。行修正，以满足其性能指标要求。5a检测系统设计的步骤检测系统设计的步骤(1)设计任务分析(2)系统方案选择(3)系统构成框图设计(4)环节设计与制造(5)总装调试及实验分析(6)系统运行及考核 6a
8、第二节第二节 模拟式传感器信号的检测模拟式传感器信号的检测一、模拟信号检测系统的组成一、模拟信号检测系统的组成二、基本转换电路二、基本转换电路三、信号放大电路三、信号放大电路四、信号调制与解调电路四、信号调制与解调电路五、滤波器五、滤波器六、运算电路六、运算电路7a一、模拟信号检测系统的组成一、模拟信号检测系统的组成8a二、基本转换电路二、基本转换电路(一)分压电路(二)差动电路(三)非差动桥式电路(四)调频电路(五)脉冲调宽电路9a(一一)分压电路分压电路10a(二二)差动电路差动电路11a(三三)非差动桥式电路非差动桥式电路12a(四四)调频电路与脉冲调宽电路调频电路与脉冲调宽电路13a1
9、4a三、信号放大电路三、信号放大电路 (一)减小噪声和提高稳定性的方法(二)高输入阻抗放大器(三)高共模抑制比放大器(四)参量放大器(五)线性化放大器15a(一一)减小噪声的方法减小噪声的方法放大电路中常见的噪声有热噪声、散粒噪声放大电路中常见的噪声有热噪声、散粒噪声和低频噪声等，对于这些噪声必须采取措施和低频噪声等，对于这些噪声必须采取措施加以抑制，以免有用信号被淹没在噪声中加以抑制，以免有用信号被淹没在噪声中。常用的抑制放大器噪声的措施有：常用的抑制放大器噪声的措施有：常用的抑制放大器噪声的措施有：常用的抑制放大器噪声的措施有：压缩放大器压缩放大器压缩放大器压缩放大器带宽，滤除通带以外的各
10、种噪声信号。带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。减小信减小信减小信减小信号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻相等，以实现噪声阻抗匹配。相等，以实现噪声阻抗匹配。相等，以实现噪声阻抗匹配。相等，以实现噪声阻抗匹配。选用低噪声放大选用低噪声放大选用低噪声放大选用低噪声放大器件，以减少噪声的产生。器件，以减少噪声的产生。器件，以减少噪声的产生。器件，以减少噪声的产生。减小接线电缆电容减小接线电缆电容减小接
11、线电缆电容减小接线电缆电容的影响及各种干扰因素的影响。的影响及各种干扰因素的影响。的影响及各种干扰因素的影响。的影响及各种干扰因素的影响。 16a(一一) 提高稳定性的方法提高稳定性的方法 放大器的稳定性是指其在环境、输入放大器的稳定性是指其在环境、输入信号或电路中某些参数发生变化时能够信号或电路中某些参数发生变化时能够稳定工作的能力稳定工作的能力。提高放大器稳定性的措施有：提高放大器稳定性的措施有：提高放大器稳定性的措施有：提高放大器稳定性的措施有：采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负采用具有高稳定度的无源元件或引
12、入直流负反馈来稳定静态工作点。反馈来稳定静态工作点。反馈来稳定静态工作点。反馈来稳定静态工作点。采用集成运算放大采用集成运算放大采用集成运算放大采用集成运算放大器及深度负反馈来稳定放大倍数。器及深度负反馈来稳定放大倍数。器及深度负反馈来稳定放大倍数。器及深度负反馈来稳定放大倍数。采用电容采用电容采用电容采用电容和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其它寄生耦合所引起的自激振荡。它寄生耦合所引起的自激振荡。它寄生耦合所引起的自激振荡。它寄生耦合所引起的自激振荡。妥善接地与妥善接
13、地与妥善接地与妥善接地与屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影响。响。响。响。采取散热与均热措施，以保证温度稳定，采取散热与均热措施，以保证温度稳定，采取散热与均热措施，以保证温度稳定，采取散热与均热措施，以保证温度稳定，减小热漂移。减小热漂移。减小热漂移。减小热漂移。17a(二二)高输入阻抗放大器高输入阻抗放大器18a(三三)高共模抑制比放大器高共模抑制比放大器19a(四四)参量放大器参量放大器20a(五五)线性化放大器线性化放大器21a(五)线性化放大器与放大器增益切换
14、22a放大器增益切换23a四、信号调制与解调电路四、信号调制与解调电路信号调制的方法有幅值调制、信号调制的方法有幅值调制、相位调制、频率调制和脉宽调制等。相位调制、频率调制和脉宽调制等。(一一)幅值调制与解调幅值调制与解调(二二)相位调制与解调相位调制与解调(三三)频率调制与解调频率调制与解调24a(一一)幅值调制与解调幅值调制与解调25a126a 汽车及工程机械类其转速传感器的结构如图所示，励磁线圈汽车及工程机械类其转速传感器的结构如图所示，励磁线圈W1和输和输出线圈出线圈W2绕在铁芯绕在铁芯1上，十字轮上，十字轮2与被测轴相连，其转速与被测轴相连，其转速n(r/min)即为被即为被测轴转速
15、。十字轮由铁磁材料制成。测轴转速。十字轮由铁磁材料制成。 (2)给出输出信号给出输出信号e0的频率的频率f与被测轴转速与被测轴转速n的关系。的关系。 (3)当励磁线圈施加电压当励磁线圈施加电压ei分别是直流和交分别是直流和交流时，其输出信号流时，其输出信号e0的波形有何区别的波形有何区别?为什么为什么? (1)请说明该传感器在励磁线圈施加直流电压时的工作原理。请说明该传感器在励磁线圈施加直流电压时的工作原理。 解：解：(1)这是这是种电磁感应式转速传感器。当种电磁感应式转速传感器。当W1中通入直流电流中通入直流电流后，铁芯中产生方向后，铁芯中产生方向 固定的磁通固定的磁通；十字轮位置影响；十字
16、轮位置影响的大小。在的大小。在图示位置磁阻最小，十字轮转图示位置磁阻最小，十字轮转450时磁阻最大，因此时磁阻最大，因此就会发生变化，就会发生变化，W2中感应电动势也会发生变化。被测轴每转一周，输出信号中感应电动势也会发生变化。被测轴每转一周，输出信号e0会周会周期性变化四次，有四个峰值。期性变化四次，有四个峰值。 (2)输出电动势的频率输出电动势的频率f与被测轴转速的关系式为；与被测轴转速的关系式为； (3)W1通入交流电压时，通入交流电压时，e0变为调幅波，当十字轮如图所示位置时输变为调幅波，当十字轮如图所示位置时输出为波峰，当十字轮转出为波峰，当十字轮转450时输出为波谷；而时输出为波谷
17、；而W1通入直流电压时，通入直流电压时，e0近近似为正弦波。似为正弦波。 27a 如图所示的周期性方波信号，让它通过一如图所示的周期性方波信号，让它通过一理想带通滤波器，该滤波器的增益为理想带通滤波器，该滤波器的增益为0dB带带宽宽B=30Hz，中心频率，中心频率f0=20Hz，试求滤波器，试求滤波器输出波形的幅频谱。输出波形的幅频谱。(已知该周期方波的三角已知该周期方波的三角函数展开式为函数展开式为28a(二二)相位调制与解调相位调制与解调29a(三三)频率调制与解调频率调制与解调30a五、滤波器五、滤波器(一一)滤波器的功用、分类及基本滤波器的功用、分类及基本参数参数(二二)无源无源RC滤
18、波器滤波器(三三)有源有源RC滤波器滤波器31a (一)滤波器的功用、分类及基本参数滤波器是一种具有选频功能的装置，滤波器是一种具有选频功能的装置，其功用：其功用：滤除在信号放大和传输滤除在信号放大和传输出过程引入的噪声和干扰。出过程引入的噪声和干扰。滤除滤除在信号调制过程中的载波等无用信在信号调制过程中的载波等无用信号。号。将不同频率的有用信号分开。将不同频率的有用信号分开。对系统频率特性进行补偿对系统频率特性进行补偿。32a滤波器的分类33a (一一)滤波器的基本参数滤波器的基本参数描述滤波器的性能的基本参数：1截止频率2带宽b3品质因数Q4倍频程选择性34a(二二)无源无源RC滤波器滤波
19、器1.RC低低通滤波器通滤波器2.RC高高通滤波器通滤波器3.RC带带通滤波器通滤波器35a(三三)有源有源RC滤波器滤波器有源滤波器采用RC网络和运算放大器组成，其中运算放大器既可起到级间隔离作用，又可起到对信号的放大作用而RC网络则通常作为运算放大器的负反馈网络。1.有源低通滤波器 2.有源高通滤波器3.有源带通滤波器 4.有源带阻滤波器36a1.有源低通滤波器有源低通滤波器 一阶滤波器的倍频程选择性仅为4dB，因此其频率选择能力较差。为提高频率选择能力，并使通频带以外的频率成分尽快衰减，以提高滤波器的阶次。37a4-43a38a4-43b39a结论结论 从二阶滤波器的幅频和相频特性可知，
20、为了在低频区获得比较平坦的幅频特性，常取=0.707， 0=n，其倍频程选择性为7.4dB，显然高于一阶低通滤波器的倍频程选择性，因此二阶滤波器比一阶滤波器具有较强的频率选择特性。40a2.有源高通滤波器有源高通滤波器41a3.有源带通滤波器有源带通滤波器42a4.有源带阻滤波器有源带阻滤波器43a 同相端输入的二阶有源滤波器中，其电同相端输入的二阶有源滤波器中，其电路中都引入了正反馈，因此元件参数的变化路中都引入了正反馈，因此元件参数的变化容易引起滤波器性能的变化。这类滤波器对容易引起滤波器性能的变化。这类滤波器对运算放大器的要求不高，主要用于对品质因运算放大器的要求不高，主要用于对品质因数
21、要求不高的场合。在设计或选用这类滤波数要求不高的场合。在设计或选用这类滤波器时，运算放大器的增益不宜选得过大，以器时，运算放大器的增益不宜选得过大，以保证阻尼比为正值，使滤波器工作在稳定状保证阻尼比为正值，使滤波器工作在稳定状态。在其余的二阶有源滤波器中，不存在稳态。在其余的二阶有源滤波器中，不存在稳定性问题，且由于多路负反馈的作用，使元定性问题，且由于多路负反馈的作用，使元件参数变化对滤波器性能影响较小，故多用件参数变化对滤波器性能影响较小，故多用于对品质因数要求较高的场合。于对品质因数要求较高的场合。44a六、运算电路六、运算电路运算电路是能对信号运算处理的电运算电路是能对信号运算处理的电
22、路，根据信号形式的不同可分为模拟和数路，根据信号形式的不同可分为模拟和数宇运算电路两种。数字运算电路的优点比宇运算电路两种。数字运算电路的优点比较多，应用较广。但模拟运算电路具有直较多，应用较广。但模拟运算电路具有直接、简单、运算速度快等特点，一些较简接、简单、运算速度快等特点，一些较简单运算仍采用模拟运算电路来实现。单运算仍采用模拟运算电路来实现。(一一)线性加、减运算电路线性加、减运算电路(二二)积分与微分运算电路积分与微分运算电路(三三)参量控制式乘除运算电路参量控制式乘除运算电路(四四)峰值运算电路峰值运算电路45a(一一)线性加法运算电路线性加法运算电路46a(二二)减法与积分运算电
23、路减法与积分运算电路47a48a(三) 微分与参量控制式乘除运算电路49a(四四)峰值运算电路峰值运算电路50a第三节 数字式传感器信号的检测一、数字信号检测系统的组成二、多路信号采集细分与辨向三、电阻链移相细分与辨向四、锁相倍频细分与辨向五、脉冲填充细分与辨向51a一、数字信号检测系统的组成在机电一体化产品中许多复杂的信号处理都采在机电一体化产品中许多复杂的信号处理都采用微型机来完成，这样模拟信号往往需先经模用微型机来完成，这样模拟信号往往需先经模数转换后，再采入微型机进行处理，这将增数转换后，再采入微型机进行处理，这将增加系统的复杂性和成本，而且模拟信号的检测加系统的复杂性和成本，而且模拟
24、信号的检测精度较低，易受干扰影响，不便于远距离传输。精度较低，易受干扰影响，不便于远距离传输。数字式传感器可直接将被测量转换成数字信号数字式传感器可直接将被测量转换成数字信号输出，既可提高检测精度、分辨率及抗干扰能输出，既可提高检测精度、分辨率及抗干扰能力，又易于信号的运算处理、存储和远距离传力，又易于信号的运算处理、存储和远距离传输，因此，尽管目前数字式传感器品种还不很输，因此，尽管目前数字式传感器品种还不很多，但却得到了越来越多的应用。多，但却得到了越来越多的应用。 52a检测系统的典型组成检测系统的典型组成常见的数字式传感器有光栅、磁栅、容栅、感应同步器、常见的数字式传感器有光栅、磁栅、
25、容栅、感应同步器、常见的数字式传感器有光栅、磁栅、容栅、感应同步器、常见的数字式传感器有光栅、磁栅、容栅、感应同步器、光电编码器及激光干涉仪等，主要用于几何位置、速度光电编码器及激光干涉仪等，主要用于几何位置、速度光电编码器及激光干涉仪等，主要用于几何位置、速度光电编码器及激光干涉仪等，主要用于几何位置、速度等的测量。其输出的信号都是增量码形式的数字信号。等的测量。其输出的信号都是增量码形式的数字信号。等的测量。其输出的信号都是增量码形式的数字信号。等的测量。其输出的信号都是增量码形式的数字信号。所谓增量码信号是指信号变化的周期数与被测位移成正所谓增量码信号是指信号变化的周期数与被测位移成正所
26、谓增量码信号是指信号变化的周期数与被测位移成正所谓增量码信号是指信号变化的周期数与被测位移成正比的信号。比的信号。比的信号。比的信号。该数字信号检测系统的组成。该数字信号检测系统的组成。该数字信号检测系统的组成。该数字信号检测系统的组成。53a二、多路信号采集细分与辨向二、多路信号采集细分与辨向 光栅数字传感器通常由光光栅数字传感器通常由光 源、聚光镜、计量光栅、光电源、聚光镜、计量光栅、光电 器器件件及及测测量量电电路路等等部部分分组组成成。计计 量量光光栅栅由由标标尺尺光光栅栅(主主光光栅栅)和和指指示示光光栅栅组组成成，因因此此计计量量光光栅栅又又称称光光栅栅副副，它它决决定定了了整整个
27、个系系统统的的测测量量精精度度。一一般般主主光光栅栅和和指指示示光光栅栅的的刻刻线线密密度度相相同同，但但主主光光栅栅要要比比指指示示光光栅栅长长得得多多。测测量量时时主主光光栅栅与与被被测测对对象象连连在在一一起起，并并随随其其运运动动，指指示示光光栅栅固固定定不不动动，因因此此主主光光栅栅的的有有效效长长度度决定了传感器的测量范围。决定了传感器的测量范围。 54a二、多路信号采集细分与辨向二、多路信号采集细分与辨向莫尔条纹的移动与光栅的移动具有莫尔条纹的移动与光栅的移动具有对应关系对应关系莫尔条纹具有位移放大作用莫尔条纹具有位移放大作用莫尔条纹具有平均光栅误差的作用莫尔条纹具有平均光栅误差
28、的作用莫尔条纹的间距随着光栅刻线的交莫尔条纹的间距随着光栅刻线的交角而改变角而改变55a光电转换光电转换 主主光光栅栅和和指指示示光光栅栅的的相相对对位位移移产产生生了了莫莫尔尔条条纹纹，为为了了测测量量莫莫尔尔条条纹纹的的位位移移，必必须须通通过过光光电电器器件件( (如如硅硅光光电电池池等等) )将将光光信号转换成电信号。信号转换成电信号。 在光栅的适当位置放置光电器件，在光栅的适当位置放置光电器件，当两光栅作相对移动时，光电器件上的当两光栅作相对移动时，光电器件上的光强随莫尔条纹移动，光强变化为正弦光强随莫尔条纹移动，光强变化为正弦曲线。曲线。 56a 磁栅式位移传感器测量位移时，其输出
29、电动势为磁栅式位移传感器测量位移时，其输出电动势为EEmsin( t+ )，磁尺剩磁信号的波长，磁尺剩磁信号的波长=2.0mm，求：，求： (1)若若E=10sin(100t+0.96)V，此时所测得的位移量，此时所测得的位移量L? (2)在一个测量周期内此传感器所能测量的最大位移量在一个测量周期内此传感器所能测量的最大位移量Lmax。解解:(1)根据题意，输出电动势为：根据题意，输出电动势为：由已知条件知：由已知条件知：由上两式得：由上两式得： L为磁头相对于磁尺的位移，即为所测位移量。 (2)在一个测量周期内，所能测量的最大位移量对应的相位移为2，所以 57a辨向与细分电路辨向与细分电路
30、(1)(1)辨向电路辨向电路 无论测量直线位移还是测量角位移，都无论测量直线位移还是测量角位移，都必须能够根据传感器的输出信号判别移动的必须能够根据传感器的输出信号判别移动的方向，即判断是正向移动还是反向移动，是方向，即判断是正向移动还是反向移动，是顺时针旋转还是逆时针旋转。顺时针旋转还是逆时针旋转。 为了辨别方向，通常采用在相隔为了辨别方向，通常采用在相隔1/41/4莫莫尔条纹间距尔条纹间距B B的位置上安放两个光电器件，的位置上安放两个光电器件，获得相位差为获得相位差为90900 0的两个信号，然后送到辨向的两个信号，然后送到辨向电路进行处理。电路进行处理。 58a辨向电路辨向电路差动放大
31、电路差动放大电路: :去掉直流分量去掉直流分量整形整形: :使正弦波变为矩形波使正弦波变为矩形波微分微分: :在上升沿触发尖脉冲在上升沿触发尖脉冲反向反向: :在下降沿触发尖脉冲在下降沿触发尖脉冲信号信号2 2没有微分目的获得开门没有微分目的获得开门59a通过整形电路，将正弦信号转变成方波脉冲信号，则每经过一个周期输出一个方波脉冲，这样脉冲总数N就与光栅移动的栅距数柑对应，因此光栅的位移为:栅距等分n，则分辨率：小数部分为：60a1.差动放大器差动放大器 隔直隔直2.整形整形 产生矩形脉冲（开门电平）产生矩形脉冲（开门电平）3.微分微分 产生尖脉冲产生尖脉冲4.反向反向 实现高低电平的转换实现
32、高低电平的转换61a三、电阻链移相细分与辨向三、电阻链移相细分与辨向62a63a四、锁相倍频细分与辨向四、锁相倍频细分与辨向 如果被测信号的变化频率为如果被测信号的变化频率为fi，通过锁相倍通过锁相倍频电路使输出信号的频率为频电路使输出信号的频率为f0=n fi。如果对输出如果对输出信号进行计数，则输入信号每变化一个周期，在信号进行计数，则输入信号每变化一个周期，在输出信号可计输出信号可计n个数，从而实现个数，从而实现n细分。细分。64a1 耦合电容耦合电容C2的作用：一是隔掉的作用：一是隔掉uc1的直流分量；的直流分量；二是与电阻二是与电阻R2构成另一个积分电路，用以对输出构成另一个积分电路
33、，用以对输出信号信号Ud进行积分。其优点是进行积分。其优点是Ud可直接送到压控振可直接送到压控振荡器，而不必再另加起积分作用的滤波器。荡器，而不必再另加起积分作用的滤波器。65a266a367a468a五、脉冲填充细分与辨向五、脉冲填充细分与辨向69a第四节 检测信号的采集和预处理一、模拟量的转换输人方式一、模拟量的转换输人方式一、模拟量的转换输人方式一、模拟量的转换输人方式 二、模拟多路开关二、模拟多路开关二、模拟多路开关二、模拟多路开关三、信号采样与保持三、信号采样与保持三、信号采样与保持三、信号采样与保持 四、数字信号的预处理四、数字信号的预处理四、数字信号的预处理四、数字信号的预处理五
34、、传感器的非线性补偿五、传感器的非线性补偿五、传感器的非线性补偿五、传感器的非线性补偿 六、零位误差和增益误差的补偿六、零位误差和增益误差的补偿六、零位误差和增益误差的补偿六、零位误差和增益误差的补偿 控制和信息处理功能多数采用计算机来实现，检测信号也要被控制和信息处理功能多数采用计算机来实现，检测信号也要被控制和信息处理功能多数采用计算机来实现，检测信号也要被控制和信息处理功能多数采用计算机来实现，检测信号也要被采集到计算机中作进一步处理，以便获得所需的信息。信号的采集到计算机中作进一步处理，以便获得所需的信息。信号的采集到计算机中作进一步处理，以便获得所需的信息。信号的采集到计算机中作进一
35、步处理，以便获得所需的信息。信号的采集是按一定方式和通过适当的接口电路实现的。信号被采入采集是按一定方式和通过适当的接口电路实现的。信号被采入采集是按一定方式和通过适当的接口电路实现的。信号被采入采集是按一定方式和通过适当的接口电路实现的。信号被采入计算机后往往要先进行适当的预处理，其目的是去除混杂在有计算机后往往要先进行适当的预处理，其目的是去除混杂在有计算机后往往要先进行适当的预处理，其目的是去除混杂在有计算机后往往要先进行适当的预处理，其目的是去除混杂在有用信号中的各种干扰并对检测系统的非线性、零位误差和增益用信号中的各种干扰并对检测系统的非线性、零位误差和增益用信号中的各种干扰并对检测
36、系统的非线性、零位误差和增益用信号中的各种干扰并对检测系统的非线性、零位误差和增益误差等进行补偿和修正。这些将涉及接口电路的选择和设计方误差等进行补偿和修正。这些将涉及接口电路的选择和设计方误差等进行补偿和修正。这些将涉及接口电路的选择和设计方误差等进行补偿和修正。这些将涉及接口电路的选择和设计方法、模拟量的转换输入方式及检测信号的预处理方法等。法、模拟量的转换输入方式及检测信号的预处理方法等。法、模拟量的转换输入方式及检测信号的预处理方法等。法、模拟量的转换输入方式及检测信号的预处理方法等。70a一、模拟量的转换输人方式一、模拟量的转换输人方式模拟量转换输入的四种方式单路模数转换、多路模数转
37、换（同瞬时）、多路同时采样模数转换71a二、模拟多路开关二、模拟多路开关1.多路开关的作用多路开关的作用2.对多路开关的基本要求对多路开关的基本要求3.多路开关的的基本类型多路开关的的基本类型4.多路开关的工作方式多路开关的工作方式72a三、信号采样与保持三、信号采样与保持(一)信号采样(二) 采样保持73a(一一)信号采样信号采样74a(二二) 采样保持采样保持75a四、数字信号的预处理四、数字信号的预处理 检测信号被采入计算机后，尚需经过预处理才能交付应用程序使用。预处理的预处理的主要任务主要任务是去除混杂在有用信号中的各种干扰信号。干扰信号有周期性干扰和随机干扰信号有周期性干扰和随机性干
38、扰两类性干扰两类。典型的周期性干扰是50Hz的工频干扰，采用积分时间为20ms整数倍的双积分型AD转换器，可有效地消除其影响。对于随机性干扰，可采用数字滤波的方法予以削弱或消除。76a数字滤波数字滤波数字滤波实质上是一种程序滤波，与模拟滤波相比具有如下优点： 不需要额外的硬件设备，不存在阻抗匹配问题，可靠性高，稳定性好。 可以对频率很低或很高的信号实现滤波。 可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，灵活、方便、功能强。77a数字滤波常用方法数字滤波常用方法(一)中值滤波(二)算术平均滤波(三)滑动平均滤波(四)低通滤波78a五、传感器的非线性补偿许多实际传感器的传输特性是非线性的，许多
39、实际传感器的传输特性是非线性的，其直接影响信号的检测精度。其直接影响信号的检测精度。在机电一在机电一体化产品中，常采用软件方法对此非线体化产品中，常采用软件方法对此非线性传输特性进行补偿，以降低对传感器性传输特性进行补偿，以降低对传感器的要求。与硬件补偿方法相比，软件补的要求。与硬件补偿方法相比，软件补偿方法灵活，不需要额外的硬件投资，偿方法灵活，不需要额外的硬件投资，因而应用广泛。软件补偿方法很多，概因而应用广泛。软件补偿方法很多，概括起来有计算法和查表法两大类。括起来有计算法和查表法两大类。79a六、零位误差和增益误差的补偿六、零位误差和增益误差的补偿在检测系统中不可避免地存在在检测系统中
40、不可避免地存在温度漂移和时间漂移，并引起零位温度漂移和时间漂移，并引起零位误差和增益误差。当误差较大时，误差和增益误差。当误差较大时，常采用软件方法对其进行补偿。常采用软件方法对其进行补偿。(一一)零位误差补偿零位误差补偿(二二)增益误差补偿增益误差补偿80a(一一)零位误差补偿零位误差补偿 采用软件对零位误差进行补偿的方法又称数采用软件对零位误差进行补偿的方法又称数字调零，其原理字调零，其原理p.132图图479所示。模拟多路所示。模拟多路开关可在微型机控制下将任一路被测信号接通，开关可在微型机控制下将任一路被测信号接通，并经测量及放大电路和并经测量及放大电路和AD转换器后，将信转换器后，将
41、信号采入微型机。在测量时，先将多路开关接通号采入微型机。在测量时，先将多路开关接通某一被测信号，然后将其切换到零信号输入端，某一被测信号，然后将其切换到零信号输入端，由微型机先后对被测量和零信号进行采样。由微型机先后对被测量和零信号进行采样。 这种零位误差补偿方法简单、灵活，可把检这种零位误差补偿方法简单、灵活，可把检测系统的零点漂移一次性地全部补偿掉，既提测系统的零点漂移一次性地全部补偿掉，既提高了检测精度，又降低了对元器件的要求。高了检测精度，又降低了对元器件的要求。81a(二二)增益误差补偿增益误差补偿增益误差补偿又称校准，采用软件增益误差补偿又称校准，采用软件方法可实现全自动校准，其原理与方法可实现全自动校准，其原理与数字调零相似。在系统工作时，可数字调零相似。在系统工作时，可每隔一定时间自动校准一次。每隔一定时间自动校准一次。82a结束83a84a85a86a87a88a89a90a
