常用传感器和信号处理.62页PPT

区别
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18
铁磁材料裂纹检测
N
S
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三、霍尔接近传感器和接近开关
在霍尔器件背后偏置一块永久磁体，并将它们和相应的处 理电路装在一个壳体内，做成一个探头，将霍尔器件的输 入引线和处理电路的输出引线用电缆连接起来，构成霍尔 接近传感器。 霍尔线性接近传感器主要用于黑色金属的自控计数，黑色 金属的厚度检测、距离检测、齿轮数齿、转速检测、测速 调速、缺口传感、张力检测、棉条均匀检测、电磁量检测、 角度检测等。
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❖ (2)电动车到达B点以后进人“弯道区”，沿 圆 弧引导线到达C点。C点下埋有边长为 15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点 检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间 发出断续的声光信息; (3)电动车在光源的引导下，通过障碍区进人 停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍 物之间通过且不得与其接触; (4)电动车完成上述任务后应立即停车。停车 后，能准确显示电动车全程行驶时间。
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【电涡流传感器应用】
一：电涡流涂层厚度仪
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6
电涡流涂层厚 度仪原理
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二、电涡流式通道安全检查门
安检门的内部设置有发射线
圈和接收线圈。当有金属物体通
过时，交变磁场就会在该金属导
体表面产生电涡流，会在接收线
圈中感应出电压，计算机根据感
应电压的大小、相位来判定金属
霍尔接近传感器的外形图
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当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应 而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而 控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 霍尔接 近开关主要用于各种自动控制装置，完成所需的位置控制，加工尺寸控 制、自动计数、各种计数、各种流程的自动衔接、液位控制、转速检测 等等。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点， 内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。

当某一桥臂电阻发生变化使电桥的平衡发生破坏时， 通过手动或自动的方法对电桥的某一调整环节进行调 整，使电桥重新恢复平衡，其电阻的变化可以从调整 值获得。
R1
R3
E
V
R2
R4
3、在测试技术中，一般根据工作中电阻值参与变化 的桥臂数可分为单臂电桥连接、半桥式与全桥式联接， 如图4－2所示。四个阻抗臂都感受被测量的变化称之 为全桥。
§4.7 半导体传感器
半导体的重要特性 对光、热、力、气体、湿度等物理量具有敏感性。利
用半导体材料的这些特性使其成为非电量电测的转换元 件，是近代半导体技术应用的一个重要方面。 半导体传感器的优点
1、结构简单、体积小、重量轻。
2、功耗低、安全可靠、寿命长。
3、对被测量敏感、响应快
4、易于实现集成化。
传感器精确度越高，越能得到精确量值。考虑精确 度同时考虑经济性。 测量方法
传感器在实际条件下的工作方式，也是选用传感器时 应考虑的重要因素。 其他还考虑结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、 易于维修、易于更换等因素。
§4 信号的调理和记录
传感器输出信号的基本形式 1、电信号，如电压、电流或电荷量 2、电参数的变化，如电阻、电感和电容等
S

Uy R /
R
U0
b
R
2
R1±Δ
1
±
R2 Δ R
a
I1
I2
c
Uy
3
R
± Δ
±
R4
R Δ
R
3
4
d
显然，电桥接法不同，灵敏度也不同，
U0
全桥接法可以获得最大的灵敏度。
4、和差特性
当 R1 R2 R3 R4 R

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
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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

（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。
.
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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。

常见传感器的结构图和电路符号名称结构图获取的信息符号光敏传感器光信息热敏传感器温度热信息磁敏传感器磁场信息声敏传感器声音信息气体信息压力信息湿度信息气敏传感器所有获取的信息最终都转换成信号湿敏传感器力敏传感器10什么是传感器将非电量信号转换为与之有确定关系的电量信号电流或电压并输出的装置称为传感器
传感器的作用 常见的传感器
什么是传感器
传感器的检测
精选ppt
认 识 常 见 的 传 感 器
1
光线弱→灯亮；光线强→灯灭
眼
检测
光敏元件
↓
↓
脑 发出指令 控制电路
↓
↓
手
执行
电子开关
灯亮或灭精选ppt
2
一 传感器的作用
“感”: 感知外界非电量信号并转换成电量信号 敏感元件
“传”:把电量信号传输给电子电路。 输出部分
非电量 传感器 电信号
5
二 常见的传感器 第一节 认识常见的传感器 1、声敏传感器
电路符号和实物图
工作原理
能通过声音引起的振动 产生微弱的电信号。由此把 声音信号转换为电信号。
精选ppt
6
2、热敏传感器 第一节 认识常见的传感器
电路符号和实物图
工作原理
热敏电阻的阻值随着温度 的变化而变化，从而控制电路 中电流通断或大小，由此把温 度信号转换为电信号。
精选ppt
3
小试验
第一节 认识常见的传感器
按照以下电路图连接元器件，观 察光线的变化对LED的影响。
LED
3V
R
精选ppt
4
传感器可以模拟人的感觉器官，而且可 以更为准确地获取外界信息，以便处理
眼睛 光 耳朵 声音
鼻子 气味

生物机电
电桥与电桥的电源
（2）工作方式
直流电桥
a.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量， a.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个 单臂工作 臂采用固定电阻； 臂采用固定电阻； b.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量， b.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固 双臂工作 定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式； 定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式； c.全桥方式： c.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形 全桥方式 式。全桥形式灵敏度最高，结构最复杂，要综合考虑选 全桥形式灵敏度最高，结构最复杂， 择。
z3 z2 z4 z1z3 z2 V0 = VBC VDC = E E = E[ ] z1 + z2 z3 + z4 ( z1 + z2 )( z3 + z4 )
桥臂阻抗可以是电阻、电感和电容式传感器。 桥臂阻抗可以是电阻、电感和电容式传感器。当被测量为某一初 始值并未发生变化时希望电桥输出为0 始值并未发生变化时希望电桥输出为0。
－US
UR
10 F 10 F
＋US
1 14 RG 2 3
5
9
地
8
采采
4 13 10 k 6 11
12 7
并输
并并地 并数数数
基 准
RL
生物机电
传感器信号放大电路
利用改变反馈电阻的办法来实现量 程变换的可变换增益放大器电路。 程变换的可变换增益放大器电路。当开关 S1闭合 和S3断开时 放大倍数为 闭合,S2和 断开时 断开时,放大倍数为 闭合
生物机电
传感器信号放大电路
隔离放大器
284型隔离放大器的电路结构图 型隔离放大器的电路结构图

传感器
一传感器
1、有时被称为检测器、探测器或变换器
传感器：检测非电信号，并按一定规律使之转换 成电信号的器件或装置。
2、传感器结构
敏感元件：对某些非电信号的改变很敏感的元器 件 处理电路：对敏感元器件输出电信号进行放大和 去干扰的电路 2、敏感元件的工作原理
（1）热敏电阻 电阻的阻值对温度的变化 很敏感
B、环境监控，火灾报警装置
三、生活中的传感器 1、洗衣机中的传感器 （1）水位传感器 （2）负载传感器 （3）水温传感器 （4）赃物程度传感器等等 2、电冰箱中的传感器 靠传感器进行：温度控制、除霜温度控制、 过热及过电流保护。
3、家用报警器
火警报警器、 测温度，测流体流量
C、热敏电阻传感器（半导体） 随温度升高而电阻减小的热敏电阻 随温度升高而电阻增大的热敏电阻 特殊热敏电阻：在某特定温度电阻聚聚变化
应用：测温度，温度控制、过热保护 2、光传感器
用受到光照时能产生电压（电流）的金属或 半导体材料制成。
光传感器的应用： A、自动水龙头、自动旋转门：红外线传感器
（2）磁敏感元件 对磁感应强度变化敏感
传感器的简单应用
二、常用传感器 1、温度传感器
A、热双金属片传感器
将膨胀系数差别大的不 同金属片焊接或轧制成 一体
工作原理：受热后，双金 属片产生变形
B、热电阻传感器
金属的电阻R与温度t的关系 R R0 (1 t)
选材要求：要求 值（温度系数）稳定不因为

案例分析：
红外波 长信息
红外传 感器
电信号
酒精含 量信息
气敏传 感器
电信号
非电量
传感器
电信号
3、传感器的作用
不同的传感器可以收集不同的变化信息，并把它们转换为 电流、电压等电信号的变化，以便于传输、处理、存储和 输出。
马上行动（P22）
力敏传感器
接受 力 信息，并转换为电信号
声敏传感器
接受声信号，并转换为电信号
负温度系数热敏电阻 NTC
试验准备：
带防水型探头热敏电阻、定值电阻R、多用电表、面包板、 电源、开关、导线、烧杯、冷水、热水等
温度情况 电阻值/Ω
60℃ 500
47℃ 650
42℃ 700
29℃ 884
温度越高，热敏电阻阻值越小. NTC
温度越低，热敏电阻阻值越大
总结
传感器是将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出的一种装置。
光照情况 电压值/V
手遮盖大部分光线 手遮盖一部分光线
1.7v
1.3v
受光表面暴露灯光下 0.76v
环境光线越强：光敏电阻阻值越小 电路中光敏电阻两端的电压也越小
环境光线越弱：光敏电阻阻值越大 电路中光敏电阻两端的电压也越大
任务二 检测常见的传感器
试验2： 用多用电表检测热敏电阻的特性
正温度系数热敏电阻 PTC 分类
辨识常用传感器
电子控制系统的基本组成部分
输入量
输入 部分
控制（处理） 部分
输出 部分
被控 对象
电子控制系统的工作过程
信息
输入
采集信息 并转化为
电信号
控制 （处理）
分析、比较和 处理电信号并

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）。

1、基本放大电路 2、仪表放大电路 3、电桥放大电路 4、程控增益放大电路 5、隔离放大电路
一. 基本放大电路
1. 比例放大器 反相与同相放大电路是集成运算放大器两种最基本的应用电 路，许多集成运放的功能电路都是在反相和同相两种放大电 路的基础上组合和演变而来的。
2、差动放大电路
1） 反相放大器
LM35D及其周围电路补偿冷端温度；
R6完成断线检测。
提问：
（1）R3为什么不能太大? （因为运放有输入偏置电流）
（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电 流小？ （因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）
3） 基本差动（差分）放大器
• 什么是差动放大器？
•
差动放大器是把二个输入信号分别输入到
元电路组成电子应用电路。
•
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻
抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
•
高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻
抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传
感器的测量放大电路。
• 同相放大器输入阻抗ri+ • ri+= ri(1+AF) • 同相放大器输出阻抗ro+ • ro+= ro/(1+AF)
求： （1）信号电路增益AV? （2）描述电路各部分作用。
+12V
R6 100M
AD707
LM35D
热电偶 +
-
+12V
R3 +
10K C 10uF
-
RP2 R2
RP1 R4
24.3K
20
232K 20K 1K R1
R5 91
解：
（1）