传感器信号处理电路..69页PPT

湿度传感器
湿度传感器能够监测室内湿度变化，与加湿器、除湿器等设备配合，保持室内湿度在适宜 范围内，避免潮湿或干燥对家居环境和人体健康的影响。
光照传感器
光照传感器能够感知室内光线强弱，与照明设备联动，实现室内光线的自动调节。同时， 还可用于窗帘、百叶窗等设备的自动控制，提高室内采光效果。
未来发展趋势预测
传感器应用领域
医疗领域
用于监测人体生理参数，如体 温、血压、心率等，以及医疗 设备中的控制和检测。
智能家居
用于实现家庭环境的智能化控 制，如温度控制、照明控制等。
工业自动化
用于检测和控制生产过程中的 各种参数，如温度、压力、流 量等。
环保领域
用于监测大气、水质等环境参 数，为环境保护提供数据支持。
传感器与通信接口的电路 设计
介绍传感器与通信接口之间的 电路设计，包括信号调制、解 调、编码、解码等。
接口电路设计的实例分析
通过具体案例，分析接口电路 设计的实现过程及效果。
06 传感器在物联网和智能家 居中应用展望
物联网中传感器作用及发展趋势
物联网中传感器的作用
物联网中的传感器是实现万物互联的基础， 它们能够感知和测量各种物理量，如温度、 湿度、压力、光照等，并将这些数据转换为 可处理和传输的数字信号，为物联网应用提 供实时、准确的数据支持。
新型传感器的研发
针对特定应用场景和需求，未来将研发更多新型传感器。例如，柔性传感器、生物传感器、化学传感器 等，它们将具有更高的灵敏度、选择性和稳定性，为物联网和智能家居等领域的发展提供有力支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
牌和型号。
注意传感器的尺寸、重量、 安装方式等是否符合应用场

传感器接口电路与信号处理课件 (一)传感器接口电路与信号处理是电子工程领域的一个重要分支，具有广泛的应用价值。

为了更好地开展这方面的工作，学习相关的课程显得尤为重要。

本文将从以下几个方面介绍传感器接口电路与信号处理课程的相关知识。

一、什么是传感器接口电路和信号处理？传感器接口电路是为了将传感器的输出信号转换为数字量而设计的电路。

信号处理是将已经转换为数字量的信号通过滤波、放大、调理等方式得到我们所需要的结果。

因此，传感器接口电路和信号处理在实际应用中有着不可替代的作用。

二、为什么需要学习传感器接口电路和信号处理？学习传感器接口电路和信号处理是为了更好地理解传感器的工作原理和输出信号类型。

同时，这也是为进一步深入学习数字信号处理、嵌入式系统等领域打下坚实的基础。

三、传感器接口电路和信号处理的基本知识传感器接口电路的设计通常需要考虑以下几个因素：1、信号变换电路。

将传感器的模拟信号转换为数字量需要采用合适的变换电路，例如运算放大器、差分放大器、ADC等。

2、信号滤波电路。

对于传感器输出信号中的噪声和干扰需要进行滤波处理。

常见的滤波器包括低通、高通、带通、带阻等。

3、信号放大电路。

对于传感器输出电压信号过小需要进行放大处理，以达到适当的量程范围。

信号处理的主要内容包括以下几个方面：1、数字滤波。

数字滤波可以通过FIR、IIR等算法实现，能够对信号进行复杂的滤波处理。

2、信号放大。

信号放大可以采用运算放大器等电路实现，可以对信号进行微小的放大操作。

3、信号采样。

数字信号是通过将模拟信号进行采样得到的，采样的频率和采样精度会影响到数字信号的质量和准确度。

四、如何进行传感器接口电路和信号处理的设计？进行传感器接口电路和信号处理的设计时需要考虑以下几个步骤：1、确定传感器的工作原理和输出电压范围。

2、设计适当的变换电路，将模拟信号转换为数字量。

3、设计滤波电路、放大电路等，对数字信号进行处理和优化。

4、采用单片机等系统，对数字信号进行处理和控制。

uO

ui
(
Z1
Z3 Z
3


Z4 ) Z2 Z4
ui
Z2Z3 Z1Z4 (Z1 Z3 )(Z 2 Z 4 )
1)交流电桥的平衡条件。交流电桥的平衡条件分析与直流电桥平 衡条件分析相似，可以知道其平衡条件为:
Z2Z3=Z1Z4
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7.1 电桥电路
2)交流电桥的不平衡状态。交流电桥的不平衡状态与直流电桥
电桥的灵敏度是指电桥的输出电压与被测电阻的变化 率之间的比值。用公式表示为:
Kn

UO R1

R1 4R0
U
i
R1

1 4Ui
R0
R0
上一页下一页 返回
7.1 电桥电路
②双臂电桥就是电桥中两相邻桥臂为传感器，其余为固定值。 如图7-1所示为R1，R2传感器，并且满足条件R1=R2=R3=R4 =R0，同时△R1=-△R2=△R0 ，则该电桥的输出为
直流电桥的基本形式如图7-1所示。图中R1，R2，R3，R4 为电桥的桥臂电阻，RL为其负载。当RL趋于无穷时，电桥的 输出电压UO用公式表示为:
UO
Ui
( R3 R1 R3

R4 ) R2 R4
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7.1 电桥电路
1)直流电桥的平衡条件。当电桥平衡时， UO =0，可以得到电桥 平衡的条件，即: R1R2=R3R4
第7章 传感器接口电路与信号 处理
7.1 电桥电路 7. 2 放大电路 7. 3 噪声干扰的抑制 7. 4 调制与解调电路 7.5 D/A、A/D转换电路及接口
第7章 传感器接口电路与信号 处理

ΔR
R0
U
i
5
R1±ΔR
R2 -+ΔR
Ui
RW1
R5
Uo
R4
R3
R1±ΔR
R2 -+ΔR
Ui
RW1
R5
UoR4 -+Fra bibliotekRR3 ±ΔR
平衡电桥
设被测量等于零时，电桥处于 平衡状态，此时指示仪表G及可 调电位器H指零
当某一桥臂随被测量变化时， 电桥失去平衡。调节电位器H， 改变电阻R5触点位置，可使电 桥重新平衡，电表G指针回零。
第九章 信号处理方法
电桥 调制与解调 滤波器 信号的显示和记录 抗干扰技术
1
思考一
你知道前面学过的电阻应变式、电容式以及电 感式传感器都常采用了什么测量电路吗？
2
直流电桥
电桥输出电压为
Uo
(
R1 R1
R3 R2
)(
R2 R3
R4 R4
)
U
i
电阻应变式传感器通常
采用直流电桥测量，按
幅值调制器实质上是一个乘法器。 霍尔元件是一种乘法器，差动变压器和交流电
桥在本质上也是一个乘法器，若以高频振荡电 源供给电桥，则输出为调幅波。
11
调幅
12
相敏检波
原 理 及 波 形
13
思考三
你还记得在压电式传感器测振动的实验中在双 踪示波器上观察到的波形吗？你在实验报告上 画出的两个波形有怎样的区别呢？是什么装置 让波形变化了呢？
（AM）、调频（FM）和调相（PM）。使载 波的幅值、频率或者相位随调制信号而变化的 过程分别称调幅、调频或调相。 广播、电视系统都是采用调幅或者调频进行调 制，传输到各地，再经解调后重放。

（4）传感器的动态范围很宽。
（5）传感器的输出与输入之间的关系有时不是线性关系。
（6）传感器的输出量会受温度的影响。
.
9
第一节 传感器信号的预处理
三、传感器信号的预处理方法 1、传感器信号的预处理的主要目的
传感器信号的预处理的主要目的是根据传感器输 出信号的特点，采取不同的信号处理方法来抑制干扰 信号，并对检测系统的非线性、零位误差和增益误差 等进行补偿和修改，从而提高检测系统的测量精度和 线性度。
传感器的信号预处理后，使其成为可供测量、控 制及便于向微型计算机输入的信号形式。
.
10
第一节 传感器信号的预处理
2、常用传感器信号预处理方法 （1）抗变换电路
在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低阻抗，以便于检 测电路准确地拾取传感器的输出信号。 （2）放大电路
将传感器输出微弱信号放大。 （3）电流电压转换电路
将传感器的电流输出转换成电压值。 （4）频率电压转换电路
把传感器输出的频率信号转换为电流或电压值。 （5）电桥电路
把传感器的电阻、电感和电容值转换为电流或电压值。
.
11
第一节 传感器信号的预处理
（6）电荷放大器 将电场型传感器输出产生的电荷量转换为电压值。
（7）交-直流转换电路 在传感器为交流输出的情况下，转换为直流输出。
4
第一节 传感器信号的预处理
（1）信号调理电路
传感器输出的模拟信号往往因其幅值较小，可能 含有不需要的高频分量或其阻抗不能与后续电路匹配 等原因，不能直接送给A/D转换器转换成数字量，需要 对这个信号进行必要的处理，这些处理电路就叫信号 调理电路。信号调理电路是各种电路的综合名称，如 放大器、滤波器和线性修正电路等。

软件设计
数据采集与处理
编写程序实现数据的实时采集、 存储和处理，利用算法对信号进 行去噪、补偿和特征提取等操作。
通信接口
实现与上位机或其他设备的通信接 口，以便将调理后的传感器信号传 输到外部设备进行进一步处理或显 示。
嵌入式系统开发
针对具体硬件平台，进行嵌入式系 统开发，包括驱动程序编写、系统 配置和优化等。
用于各种科研实验中的信号 采集、传输和处理，如生物
医学实验、物理实验等。
02 传感器信号调理电路的工 作原理
信号采集
传感器将物理量（如温度、压力、位移等）转换 为电信号。
不同类型的传感器对应不同的物理量，如热敏电 阻对应温度，差分变压器对应位移等。
采集的信号通常比较微弱，需要进一步处理才能 使用。
和陷波滤波器等。
滤波器的选择需要根据实际需求进行，不同的滤波器对不同频
03
率的噪声和干扰有不同的抑制效果。
信号转换
01
02
03
转换器将调理后的电信 号转换为数字信号或模 拟信号，以便于计算机
处理或传输。
转换器有多种类型，如 模数转换器和数模转换
器等。
转换器的选择需要根据 实际需求进行，不同的 转换器适用于不同的应
组合型
由以上几种类型的电路组合而 成，具有多种功能，能够满足
复杂的应用需求。
应用领域与场景
医疗电子
用于医疗设备的信号采 集、传输和处理，如心 电监护仪、血压计等。
环境监测
用于各种环境参数的测 量和监测，如温度、湿
度、压力等。
工业控制
用于工业生产过程中的各 种参数测量和控制，如流
量、液位、压力等。
科研实验
用场景。

第四节 滤波电路
作用：
滤除各种外接干扰所引起的噪声以及多余的不需要的信 号，提高信噪比(S/N)。
分类：
无源滤波器、有源滤波器 模拟滤波器、数字滤波器 低通、高通、带通、带阻、全通
理想滤波器
Uo
Uo
Ui
低通
Ui
Uo
Uo
Ui
带通
Ui
高通
带阻
一、低通滤波器
• 无源低通滤波器
R
Ui
C
Uo
G(s)
积分器CINT
Cos
+5V
Iin
+
VIN
R1N
比较器
8 8
Δ Δ
+
+
单稳
-0.6V S1
频率输出
1mA±10％ -Vs
（a） V/F 转换方框图
• 结论：
当输入电阻 Rin、定时电容 Cos 一定时，输 出频率 Fo 正比于输入电压 Vin，而与积分电容 Cint 无关，它只决定积分器输出锯齿波的高度。
第十一章 传感器信号处理电路
传感器信号处理电路的基本要求 传感器的匹配 信号放大电路 信号变换电路 信号滤波电路 传感器电路的噪声与抑制
第一节 传感器信号处理电路概述
基本要求：
信号的选取与抗干扰能力
①要求电路本身是低噪声的； ②采用恰当的屏蔽、隔离，合理的布线与接地； ③被测信号的调制和解调。
稳定性
R RR1
i
R R1
I I I ( )U 1
R f 1R f 2 R1R2
i
i1 o2
R1
R1R2 R
i
第二节 信号放大电路
一、电压放大器电路

多传感器数据融合
在复杂系统中，多传感器数据融合是一种常见的技术，它能够将多个传感器采集的数据进行综合分析和处理，以提高数据的准确性和可靠性。多传感器数据融合的方法包括加权平均、卡尔曼滤波、贝叶斯估计和神经网络等。
加权平均
加权平均是一种简单而常用的多传感器数据融合方法。它根据各个传感器的不确定性或可信度对数据进行加权平均，以得到更准确的融合结果。
总结词
流量传感器在流量检测和控制、水表、气表等领域有广泛应用。
详细描述
流量传感器能够将流量变化转化为电信号，常用于流量检测、控制和计量系统。在水表和气表中，流量传感器用于测量水的流量或气的流量，为水费和气费的计量提供数据支持。在工业生产中，流量传感器用于监测和控制各种设备的流体流量，保证生产过程的稳定性和效率。此外，流量传感器还广泛应用于环保监测、能源管理等领域。
总结词
不同的传感器工作原理不同，但它们通常基于一些基本效应。例如，热电阻传感器利用导体电阻随温度变化的特性来测量温度；压力传感器利用压电效应或应变效应来测量压力；光电传感器利用光电效应来测量光强等。
详细描述
总结词
传感器性能参数是评估传感器性能的重要指标，包括灵敏度、线性范围、分辨率、精度等。这些参数决定了传感器的测量准确性、稳定性和可靠性。
信号处理技术
03
放大传感器输出的微弱信号，使其能够被后续电路处理。常用的放大器类型包括电压放大器、电流放大器和功率放大器。
通过使用滤波器滤除信号中的噪声和干扰，提高信号的信噪比。常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和陷波滤波器。
滤波技术
信号放大
将低频信号调制到高频载波上，以便于传输和测量。常见的调制方式包括调频（FM）、调相（PM）和调幅（AM）。

U o
所以：
U i I o 2 U o1R ( R f 1 R f 2 R1 R2 R
1 R1
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
1 R )U i
Ri
)U i
R R1 R R1
I i I i1 I o 2 (
R f 1 R f 2 R1 R2 R1 R2 R
解：根据虚地原理
I i1
Ui R1

Rf 1 R1
Uo Rf 1
输入阻抗：
U0
U o1
U i
R f 1 R f 2 R1 R2
Ri
U i
U o1 o Ii2 U R2 Rf 2
Rf 2 R2
Ui IiLeabharlann 11 R1

R f 1R f 2 R1R2 R1R2 R
2. 直流电桥 四个桥臂由电阻R1、R2、R3 a 和R4组成。
R1 I1 I2 R4
b
R2 c Uo R3 d Ui
直流电桥
R1
R3
V
R4 R2
R1R3 R2 R4 Ui 电桥的输出： U o ( R1 R2 )(R3 R4 )
平衡的条件： 温敏电阻 R1 R3
平衡条件
R 1·R 3= R 2·R 4
（2）描述电路各部分作用。
+12V
R6
100M R3 10K C 10uF
热电偶
+
+
AD707
+12V
R2 RP1 1K 20 R5 91 R1 232K RP2 20K
LM35D
R4 24.3K

既精密又准确的性能称为精确度，简称精度。
2.灵敏度和线性度
灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出改
变量与引起此变化的输入改变量之比。常用Sn表
示灵敏度，其表达式为
Sn dy/dx
线性度
传感器的校准曲线与选定的拟合直线的偏离程度称 为传感器的线性度，又称非线性误差。
eL ymax / yFS 100% (2.5)
输入量动态量，—周—期静变态化特、性瞬 态变化或随机变化的量
— —动态特性
ห้องสมุดไป่ตู้
传感器的输出-输入特性是与其内部结构参数有关的外部特性。
一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和动态特性才能完成信号 无失真的转换。
传感器的静态特性
传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的 输出输入关系。
只考虑传感器的静态特性时, 输入量与输出量之间的关系式中不含有时间 变量。
测量电路(measuring circuit)： 将转换元件输出的电信 号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线 性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电 路实现显示、记录、处理及控制等功能。
2．传感器的分类
（1）按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及热 电式传感器等。
应）信息转换为电信号的部分
传感器的组成和分类
基本部分
弱
被测量
敏感元件
信
号
输出
转换元件
信号调节与转换电路
辅助电源 图1.2 传感器的组成
传感器的组成
敏感元件(sensing element)： 直接感受被测量的变化 ，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件， 它是传感器的核心。

测量放大器也叫仪表放大器、数据放大器
它对微小差模电压很敏感，适用于测量远 距离的小信号，适合与微小信号输出的传 感器配合使用。
2 测量放大器的电路原理
测量放大器构成
由两级放大器构成： Ui1
+
U3 R3 U5
R5
A1
-
1. 两个同相放大
R1
-
A3
UO
器A1、A2输
IG
RG
R2
+
入阻抗高。
2. 普通差动放大
+
U3 U 4 RG R1 R2
-
R4
R6
Ui1 Ui2
RG
A2
Ui2
+
U4
U0 U3 R5 R3
U5 U3
R3
U5
R6 R4 R6
U4
测量放大器原理电路
U0
U
4
R4
R6
R6
1
R5 R3
U3
R5 R3
2 测量放大器的电路原理
测量放大器的增益
K U0 U i1 U i2
Ui1
失调电压：当运放两输入为零时，输出端存在的 电压。
输入失调电压：运放输出端电压为零时，两个输 入端之间所加的补偿电压。
输入偏置电流：当运放的输出直流电压为零时， 其两输入端的偏置电流平均值。
输入失调电流：当运放的输出直流电压为零时， 其两输入端偏置电流的差值。
……
1 概述
运算放大器类型
通用型运算放大器：
反向输入
-
输出
同向输入
+
运算放大器
μA709很快地被随后而来的新产品μ A741取代， 741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使 用。741运算放大器成了微电子工业发展历史 上一个独一无二的象征，历经了数十年的演 进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商 至今仍然在生产741。

精品课件
25
训练内容3：电压跟随器的测试
输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V， uip-p = 0.5V；
双踪观察输入输出波形；
连续改变uip-p ，双踪观察输入输出波形。
2020/11/3
精品课件
26
IC间距与DIP封装
IC间距：1IC = 0.1inch = 100mil = 2.54mm
位置、转速、温度、液位、压力等信息； 对传感器的要求：线性度好、无滞环误差、特
性稳定、测量范围宽、响应迅速。
2020/11/3
精品课件
3
信号调理电路
问题：
传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信 号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和 控制。
解决：电压放大、整形、电流－电压转换、频率 －电压转换等；
+
R3
-10V
Vo
虚短 V a V 3
反向输入支路
Vi -Va Va -Vo
R1
R2
虚断
2020/11/3
ia i3 0
同向输入支路 Va V3 0
精品课件
Vo
-
R2 R1
Vi
18
运放应用：同相比例放大器
i R2 100kW
R1 10kW -
ui
+
R3 10kW
+10V -10V
原理图中常用的 简化画法
2020/11/3
精品课件
30
运算放大器
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+-0.3
Vi
线性放大区
V+
+

❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
传感器的信号处理 - 副本
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
谢谢你的阅读