光电门传感器实验ppt课件

o
T
热敏电阻R-T关系示意图
霍尔元件
(1)材料：半导体 如砷化铟
(2)工作原理图
(3)霍尔电压:
UH
k IB d
FI
N
M
E
B UH
霍尔元件工作原理图
一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的 变化就与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。 霍尔元件能够把_磁__感___应__强__度_这个磁学量转换为___电__这压个 电学量。
第6章 第1节 传感器
传感器及其工作原理
SENSOR AND ITS WORKING PRINCIPLE
主讲老师：XX 人教版 物理（高中）
某某高中
高二年级 选修3-2
某某高中
课堂引入：
自动门为什么可以自动开关? 它的工作原理是怎样的呢？
高二年级 选修3-2探来自一、什么是传感器如图所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关， 但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡就熄灭。 问：请大家推测，盒子里有什么样的装置才能出现这样的现象呢？
电压 电流 电阻 电容
物理信息 化学信息 生物信息
非电学量 的变化
转化 反映
电学量 的变化
传感器的工作原理
电
信
敏感元件
号
转换电路
传感器
各种传感器
探究二、常用敏感元件
1.光敏电阻
将光敏电阻和多用表的欧姆挡相连，随着光照不同，欧姆表示数有何变化？
根据演示实验思考以下问题：
（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？ （2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？ （3）光敏电阻能够将什么量转换为什么量？ （4）如图所示，随着光照强度的增加，多用表的指针将如何偏转？

3 实验(shíyàn):传感器的应用
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-1-
第一页，共二十三页。
一、实验目的
1.了解光控开关和温度报警器的工作原理。
2.练习用传感器制作自动控制设备。
二、实验原理
1.光控开关电路分析(fēnxī) (1)电路如图所示
(2)斯密特触发器 实质是一个具有(jùyǒu)特殊功能的非门,当A端电势高于1.6 V时,Y端会输出 0.2152/9V/20的21低电势,当A端电势低于0.8 V时,Y端会输出3.4 V的高电势。
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第八页，共二十三页。
一、实验原理的分析 【例题1】 如图所示,低压(dīyā)控制电路操纵路灯工作的电路,试分析其工 作原理。
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第九页，共二十三页。
答案:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输 出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增 大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳 到低电平,有电流通过(tōngguò)线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自 动开启;天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一 定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A不再有电流,电磁继电器自动 切断工作电路的电源,路灯熄灭。
警声 C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
D.当12/9增/20大21R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
答案:BC
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12 34 5
3.(多选)(自动控制电路的分析与设计)如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由 程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电, 使铁芯2运动(yùndòng),从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法中正确的是

图如图5所示将多用电表的选择开关置于欧姆挡再将多用电表的两支表笔与阻负温度系数的热敏电阻rt的两端相连这时表针指在某一刻度观察下述操作过程中指针的偏转情况
基础再现·深度思考
实验十一
现·深度思考
实验目的
实验过程
本
究·突破考点 课
栏
练·能C力达re标at目 开 关ed
with
A实sp验os原e.S理lEidveaslufaotrio.NnEoTnl3y注..5意C事lie项nt
5.2.0.0.
③接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的
亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记
录；
④用手掌(或黑纸)遮住光，观察光敏电阻的阻值又是多少，
并记录．
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基础再现·深度思考
实验十一
现·深度思考
(2)数据处理
本 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的
栏
练·能C力达re标at目 开 关ed
多用电表置于“×E1v00a”lu挡a；tion only. wi②th先A测s出po在s室e内.S自li然de光s的fo照r射.N下E光T敏电3.5 Client Profile
阻的C阻op值y，rig并h记t录2数00据4；-2011 Aspose Pty图L4td.
5.2.0.0.
阻作C为op传y感ri器gh，t借2助00电4磁-2开0关1，1 可A以sp实o现se路灯Pt自y动L在td白. 天关
闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图 11 所示.1、2 两接
线柱之间是励磁线圈，3、4 两接线柱分别与弹簧片和触点连
接．当励磁线圈中电流大于 50 mA 时，电磁铁吸合铁片，弹
栏

半导体中，由于空穴和电子的扩散，在PN结处形成势垒，从 而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN结上加有正向电压时，势 垒降低，电子由N区注入到P区，空穴则由P区注入到N区，称为少 数载流子注入。所注入到P区里的电子和P区里的空穴复合，注入 到N区里的空穴和N区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子 形式放出能量，因而有发光现象。
入射光的频谱成分 不变时，产生的光电子
与光强成正比。
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第一节 光电效应
(1)外光电效应
由能量守恒定律有：
Eh 12mv02 A
爱因斯坦光 电效应方程
A — 电子的逸出功；
1 2
m
v
2 0
一个电子逸出的动能（能量）；
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个 电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超 过部分的能-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（3）光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
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第二节 光电器件
（3）光敏电阻
光敏电阻光照特性 • 无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值；
• 有光照时，电阻值随光强增加而降低； • 光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。
U RI光 强
入射光的频谱成分不变时，产生的光电子与光强成正比。
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第二节 光电器件
（1）光电管
真空光电管的伏安特性
充气光电管的伏安特性
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第二节 光电器件
（1）光电管
主要用于：分光光度计、 光电比色计等分析仪器和各种自动装置。

A (3)下列不必要的一项实验要求是________ 。 (请填写选项
前对应的字母) A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B．应使 A 位置与光电门间的距离适当大些 C．应将气垫导轨调节水平 D．应使细线与气垫导轨平行
实验原理的创新 利用力传感器测出细线拉力，消除了因 m ≪M 得不到满足带来的实验误差。
N
11
[典例 3]
(2016· 江阴模拟)如图实313 所示是某同学探究加
速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电 门 B。 滑块上固定一遮光条， 滑块用细线绕过气垫导轨左端的定 滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从 A 处由静止释放。
实验器材的创新 (1) 利用光电门测滑块上的遮光条通过光 电门的时间。 (2)利用气垫导轨代替长木板。 (3)利用力传感器测绳中拉力大小。
[题组突破] 5． (2016· 吉林一中一模)“用 DIS 研究加速度与力的关系”的实验装 置如图实315(a)所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小 车的拉力 F。通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的 加速度 a 和所受拉力 F 的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的 两种情况下分别做了实验，得到了两条 aF 图线。如图(b)所示。
第一章 运动的描述
1.4 运动快慢与方向的描述—速度
光电门传感器的原理及使用
教材P15发展空间
工作原理
在 t 时间内的平均速度即为某
x 在公式 v 中，当t t
0 时，
时刻(或某位置)的瞬时速度.(极限思想)
如图1-3-11所示， A为发光管，B为接收管，被测物体与遮光 板相连，一旦光线被遮光板挡住，遮挡的 时间间隔能被光电门测出来。根据遮光板 的宽度d和测得的遮光时间△t，就可以求 出极短时间内的平均速度，这个平均速度 可以认为就是所测得物体运动到光电门位 置的瞬时速度。

硅 锗
波长( X100 nm)
4 8 10 12 14 16 18 20 22
硅和锗光敏二极管(晶体)管的光谱特性曲线
相对灵敏度％
频率特性
100 80 60 40 20 (H) 0 100 500 1000 5000 10000
硅光敏晶体管频率响应曲线
光敏管的频率响应是指用具 有一定频率的调制光照射时， 光敏管输出的光电流(或负载 上的电压）随频率的变化关 系。 光敏管的频率响应与本身的 物理结构、工作状态、负载 以及入射光波长等因素有关。 对于锗管，入射光的调制频 率要求在5kHz以下，硅管的 频率响应要比锗管好.
反向偏置提高速度(减小结电容)
1000
100
pF
10
1 03
50 sq mm
10 sq mm 5 sq mm 1 sq mm
6 9 12 15 18 21 24 27 30
Bias Voltage
bias voltage 偏置电压
sq mm=平方毫米
反偏时的光照特性
-I(uA)
-U(伏特)
50 40 30 20 10 0
暗电流的温度特性
1000
Dark Current vs Temperature
100
Relative Dark Current 10
1
Temperature,Deg C Exponential increases in the thermally excited electron-hole pairs resulting in increasing dark current. This leakage doubles for each 8 to 10 deg C temperature increase.

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规律方法
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规律鸟瞰 题型一：实验电路故障分析 题型二：光控开关的应用
考点热度 ★★ ★★
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规律一 实验电路故障分析
(多选)在制作光控电路实验中，某同学
按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置
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(1)基本考查点为：自动控制电路． (2)常考点：传感器电路分析，高考还没有明确涉及． (3)常考题型预测：选择与实验，难度中等．
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(2009·宁夏)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池 充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的 开关，实现自动控制．
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可 以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为 0；照射光较弱 (如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助 电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关 的内部结构如图所示.1、2 两接线柱之间是励磁线圈，3、4 两接 线柱12/分10/2别021 与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于 50 mA
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第九页，共三十页。
四、实验步骤 1．光控开关 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻 R1，使发光二极管或灯泡在普通光 照条件下不亮． (4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状 态． (5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．
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当有光照射在光敏电阻上时，它的电导将变大，这时的电导 称为光电导。
电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称为 光敏电阻的光电特性。 光电传感器第1节课件
在1.5.1节讨论光电导效应时我们看到，光敏电阻在弱辐射和 强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性），式（184）与（1-87）分别给出了它在弱辐射和强辐射作用下的光电导 与辐射通量的关系。
PCI-L-2 PCI-L-3 PCI-4 PCI-5 PCI-6
PCI2TE-4 PCI2TE-6 PCI2TE-12
0.5~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12
2~12
2~12
峰值响 应
（μm） 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6
0
0
0
0
t=0 t≥0 t=0
光电传感器第1节课件
t≥0
（3-8） （3-9）
• 光敏电阻电导率的变化规律为
0t
a n ht
其光电流的变化规律为
I
I0t
a
n
ht
停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可表示为011来自/II01
1t /
光电传感器第1节课件
（3-10） （3-11）
3.2.5 噪声特性
在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流Ip为
Ip gpUUgSE (3-1)
式中Sg为光电导灵敏度，E为光 敏电阻的照度。显然，当照度很 低时，曲线近似为线性，Sg由式 （1-85）描述；随照度的增高， 线性关系变坏，当照度变得很高 时，
曲线近似为抛物线形，Sg由光电式传感（器1第-18节7课）件 描述。

（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自 动开启的目的.
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实验 一 (shíyàn) : 光控开关
问题(wèntí)2：要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调 大些还是调小些？为什么？
答案：应该(yīnggāi)把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器
实验 ：传感器的应 3
(shíyàn)
用
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实验 一 (shíyàn) : 光控开关
问题1：电路由哪几部分组成？
光控开关电路工作(gōngzuò)原理是什么？
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组成：斯密特触发器、光敏电阻、发光二极管LED模仿路灯、 滑线变阻器、定值电阻。
12/13/2021第源自页，共十三页。三: 课堂 总结 (kètáng)
传感器的应用实例
光控开关
(kāiguān)
温度 报警器 (wēndù)
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内容 总结 (nèiróng)
实验：传感器的应用。组成：斯密特触发器、光敏电阻、发光二极管LED模仿路灯、滑线 变阻器、定值电阻。问题3：图乙中，用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器。由于集成电路
分析(fēnxī)：热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制
电路．
解析(jiě xī)：
（1）电路图如图所示
（2）工作过程：闭合S当温度低于设计值时热敏电阻阻值大， 通过电磁继电器电流不能使它工作，K接通电炉丝加热．当温 度达到(dá dào)设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继 电器的电流达到(dá dào)工作电流，K断开，电炉丝断电，停止 供热．当温度低于设计值，又重复前述过程．

适度。
03
光电传感器的技术参数
响应范围与光谱响应
响应范围
光电传感器能够检测到的光的波长范围，通常以纳米为单位。例如，某些光电传感器可能对可见光范 围（400-700纳米）有较好的响应，而其他传感器可能对红外光或紫外光有更好的响应。
光谱响应
指传感器在不同波长光线下的响应特性。有些传感器可能对特定波长的光线特别敏感，而对其他波长 的光线响应较弱。
光电传感器学习培训课件
• 光电传感器概述 • 光电传感器的应用场景 • 光电传感器的技术参数 • 光电传感器的设计与优化 • 光电传感器的实际应用案例
01
光电传感器概述
光电传感器的定义与工作原理
总结词
光电传感器是一种利用光子与电子相互作用原理进行检测的传感器，其工作原理 基于光电效应。
详细描述
详细描述
光电传感器自20世纪初诞生以来，经历了多个发展阶段， 未来将朝着高灵敏度、高精度、智能化等方向发展。
自20世纪初发现光电效应以来，光电传感器经历了多个发 展阶段，从真空管光电管到固态光电器件，再到集成化、 智能化的新型光电传感器。随着科技的不断发展，光电传 感器的性能不断提高，应用领域也日益广泛。未来，光电 传感器将朝着高灵敏度、高精度、智能化、微型化等方向 发展，为各领域的检测和控制提供更加精准和可靠的技术 支持。
详细描述
根据工作原理，光电传感器可分为外光电效应型和内光电效应型两类。外光电效应型传感器基于光电管原理，其 特点是灵敏度高、响应速度快，但光谱响应范围较窄；内光电效应型传感器则包括光敏电阻、光电池等类型，其 特点是光谱响应范围广、稳定性好，但响应速度较慢。
光电传感器的发展历程与趋势
要点一
总结词
要点二
光电传感器的材料选择

很多同学误认为干手机是利用温度或湿度来驱动电热 器加热的而误选A或B，
若干手机是利用温度或湿度来驱动电热器加热,那么只 要环境因素改变,它便立即工作，与手是否靠近无关， 这样干手机就变成了一台烘干机了,表明假设是错误的,
要使之成为干手机必须要在手上做文章。 事实上由于人是电的导体，手可以和其他导体构成电容 器，当手靠近时就可以改变电容，相当于连接了一个电 容器，可见其内部设置的是一个电容式传感器，当人将 湿手靠近干手机时便开始工作，故选D.
度升高时 ( A )
A．灯泡L1变亮
B．灯泡L2变亮 C．电压表读数增大
E rV
L1 L2
R
D．电源内阻消耗功率减小
解见下页
解析： 当热敏电阻R所在位置温度升高时，其阻值减小
，外电路电阻减小，
由闭合电路欧姆定律 I E 可知：
电路中的电流I增大，
Rr
路端电压 UEIr减小，
所以灯泡L1变亮，电压表读数减小，
试分析其工作原理。
工作原理
常 低 蜂温电鸣下平器，两,使调 端UA整 的<0直R.18的流V，阻电此值压时使5-3输斯.4出密=1端特.6VY触,处低发于于器3蜂的.4鸣V输的器入高的端电发A平处声，于电 压，故蜂鸣器不发出报警声。
保 上 当持 述 达公到R1不式某变可 一，知 值当U(高A温增电度大平升,)斯U高A密≥时1特.，6触V热,发敏器电输阻入R端T阻A值电减势小升，高由,
A. I 变大，U 变大 B. I 变小，U 变小 C. I 变小，U 变大 D. I 变大，U 变小
a
Er
A
R2
R1
b
R3
解： 出现火情时温度升高，R2 减小， R总减小， I总增 大，Uab减小， U并减小， IA减小

二、光电倍增管及其基本特性
1. 结构和工作原理
➢ 光照很弱时，光电管产生 的电流很小，为提高灵敏度 常常使用光电倍增管。如核 仪器中闪烁探测器都使用的 是光电倍增管做光电转换元 件。 ➢ 光电倍增管是利用二次电 子释放效应，高速电子撞击 固体表面，发出二次电子， 将光电流在管内进行放大。
效应和光生伏特效应两类。 （1） 光电导效应
在光线作用，电子吸收 光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起 材料电导率的变化，这 种现象被称为光电导效 应。基于这种效应的光 电器件有光敏电阻。
hhc1.24Eg
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
（2） 光电管的光照特性
通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一
定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特
性。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电
1、外光电效应
在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外 发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光 电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍 增管等。
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多

1．干簧管是一种________的传感器． 2．传感器是一种能够感受诸如力、温度、光、声、 化学成分等________，并能把它们按照一定的规律转换为 电压、电流等________，或转换为________的一类元件． 3．光敏电阻能够把________转换为________． 4 ． 热 敏 电 阻 或 金 属 热 电 阻 能 够 把 ________ 转 换 为 ________这个电学量． 5．霍尔元件能够把________转换为________这个电 学量．
当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即 qUb ＝qvB 又因为导体中的电流 I＝neSv＝nev·bd，故 U＝nIeBd
点评：①判断电势高低时注意载流子是正电荷还是负电 荷．
②由以上计算得上、下两表面间的电压稳定时 U＝nIdBe， 其中 n 为单位体积内的自由电荷数，e 为电子电荷量，对固 定的材料而言为定值，若令 k＝n1e，则 U＝kIdB，此即课本 所给出的公式．
答案：1.能够感知磁场 2．非电学量；电学量；电路的通断 3．光照强弱这个光学量；电阻这个电学量 4．温度这个热学量；电阻 5．磁感应强度这个磁学量；电压
(1)传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、 光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规 律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断．
如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表
示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为
定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情
况．以下说法中正确的是
()
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面 时，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作 面应保持水平

数字信号
各类信息
传感器
数据采集器
计算机
ppt课件
15
数据采集过程：一、信息的转换
力 温度 压强 声音 磁场 光 加速度
湿度 ……
非电量物理量
各 类
传 电信号
感 器
传感器将各类信息转换成模拟 电量（电压、电流、频率等） 。
ppt课件
16
信号1 信号2 信号3 信号4
采样开关
二、多路采样
输出信号
单片机定时控制
先对第一通道的信号进行采
样和处理，再采集处理第二通
1
4
道的信号，周而复始。
2 3
ppt课件
17
三、信号放大
放大
将微弱的电压信号进行高精度放大。
四、A / D 转换
模拟信号
采样
保持
量化
编码
数字信号
ppt课件
18
五、数据存储
将经过A／D转换后的数字信号存储在采集器的微处理 器内，等待计算机索取数据。
U
8
7
6
5
4
3
2
1 0
t
t1
t2
t3
t4
t5
采样时刻 采样
t1
采样电压 4.4
量化 近似值
4
量化值/v
8 7 6 5 4 3 2 1 0
t2
t3
t4
t5
6.7 1.9 2.3
3.6
7
2
2
4
量pp化t课件信号
t
采集频率越高，误差越小。 10
量化信号 → 二进制代码
量化值/v
8 7 6 5 4 3 2 1 0