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传感器与信号调理电路-运放PPT资料36页

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。
02.01.2020
西安交通大学工程训练中心
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；
信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预处理的装置，使信号适于显示或控制。主要技术：电子技术——运算放大器
测量同一被测量：不同的测量方法不同的传感器及相应的信号调理电路。
同一传感器可以用于不同的工业系统。
02.01.2020
西安交通大学工程训练中心
4
典型测量系统的组成
直流电源
现场物理量
传感器
可用
信号信号调理电路
测量系统显示装置
万用表
控制装置
信号发生器
示波器
02.01.2020
西安交通大学工程训练中心
5
常用仪器在测量系统中的应用
信号发生器：产生标准信号（不同波形种类、不同频率和幅值的信号）；
调试和维修时，模拟传感器的输出信号
示波器：测量并显示电路中不同点的信号；
02.01.2020
西安交通大学工程训练中心
10
理想运算放大器
理想运放是一个高增益、高输入电阻、低输出电阻的器件。 1反相输1入端_
V2
Vi
ri ro
_
AVi +
V1
2+
3
Vo
2同相输入端
V oA V i A (V +-V -)

传感器接口电路与信号处理ppt课件

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
上一页下一页返回
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

传感器与信号调理电路

传感器与信号调理电路
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训练目的
►建立对测试系统的初步认识。 ►掌握一种常用的信号调理器件——运算
产生标准信号调试和维修时，模拟传感器的输出信号
示波器
测量并显示电路中不同点的信号
运算放大器
►简称运放，是一种包含许多晶体管的集成电路，常用于信号调理；
►具有高放大倍数，高输入电阻，低输出电阻 ►能完成加、减、乘、除、微积分等多种运算
而被称为运算放大器。当然应用范围远不止运算。
运算放大器
传感器
►本质：将被测量从一种能量形式转换成另一种能量形式，并作为可用信号输出；
►狭义的传感器：被测量电信号； ►分类：
按输入端被测量分：力，温度，转速，位移等按转换原理分：应变式，差动式等按输出量分：模拟式，数字式。
信号调理电路
► 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。
放大器。 ►了解常用信号调理电路的基本输入输出
特性。
设备与器材
►信号发生器 ►双踪示波器 ►自制电路板 ►各色导线若干
现场物理量
测量系统的构成
传感器
信号调理电路
显示装置
►传感器：能感受规定的被测量，并按一定规律将其转换成可用信号的器件或装置；
►信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预处理的装置，使信号适于显示或控制。
－
Ud=0
同相输入端
U-

《传感器与信号调理技术》课件第7章

解若选择R2=200 kΩ、R5=1 kΩ，由式(7-4)计算可得 R4=48.8 kΩ。
可见，由R2、R4、R5组成的T形反馈网络其作用与10 MΩ 的电阻是一样的，但R2、R4、R5的实际值却比10 MΩ小了一个多数量级，使放大器的性能得到了改善，因此这种放大电路
常用在需要较高增益的测量系统中。
第 7 章信号放大技术
7.1 基本放大电路 7.2 测量放大器 7.3 可编程增益放大器 7.4 低漂移放大器 7.5 隔离放大器 7.6 电荷放大器
7.1 基本放大电路
7.1.1 运算放大器及其特性运算放大器(简称运放)的特性可用输入特性、传输特性、
输出特性来描述，如图7-1所示。
图7-1 运算放大器特性
利用同步调制—解调，并由隔直电容隔离失调和干扰电压来实现自动稳零的，其原理框图如图7-11所示。
图7-11 斩波稳零低漂移放大电路原理框图
典型的斩波稳零低漂移放大器原理电路如图7-12(a)所示，该电路各点的电压波形如图7-12(b)所示。
图7-12 典型斩波稳零放大电路
低通滤波器的输出电压为U5=－K2UiT1/(T1+T2)。对于输入信号Ui来说，C3是开路的，设A1的开14 自动稳零集成运算放大器ICL7650
ICL7650作为一个放大器件，既可以单端输入工作，也可以差动输入工作。图7-15所示是利用ICL7650作为反相放大器的应用电路，其输出电压为
(7-28)
ICL7650集成运算放大器的输入阻抗高(可达1011 Ω)、失调电压小(U0s=5 μV)、共模抑制比高(CMRR=120 dB)，电源电压的典型值为±6 V，最高为±7.5 V。
图7-19 互补式光电耦合隔离放大电路

《传感器与信号调理技术》课件第9章

性误差。
下面来计算这种非线性误差。当R1对应被测量变化ΔR1时，设电阻桥的实际输出电压为Ux，由式(9-1)可知:
(9-9)
利用R2R4－R1R3=0及R1/R2=R4/R3得按式(9-3)可得理想输出时的电压Uo为
则输出电压的误差为
(9-10)
对于一般应变片来说，所受应变经常在5000微应变以下，若k=2，则
若E1/R1>E2/R2，则随着t的增加，积分器输出电压越来越增大，但当
(9-23) 时，比较器翻转，uo=1→uB=0→S断开→uD=－E1，第二阶段结束，重新回到第一阶段。
由式(9-22)和式(9-23)可知则
(9-24)
9.2.3 L/U及L/T转换技术 1. 放大器式L/U转换
放大器式L/U转换电路如图9-14所示，电感器被接入放大器的反馈支路，用正弦信号ur作为放大器的激励信号。
若Uo=0，则
(9-14)
将式(9-14)进一步按相量形式表示，交流阻抗桥的平衡条件包括两个部分：一是相对桥臂阻抗模的乘积必须相等；二是相对桥臂的阻抗复角之和必须相等，即
(9-15)
(9-16)
9.2 电量转换技术
9.2.1 R/U转换技术
1. 简单的R/U转换
图9-9所示为一简单的R/U转换电路，Rx为被转换电阻， Is为恒流源。转换电压为
(9-19)
图9-11 接地式R/U转换电路
9.2.2 C/U及C/T转换技术 1. 放大器式C/U转换放大器式C/U变换电路如图9-12所示。图中R为标准电阻，
用正弦信号ur作为放大器的激励信号，考虑到电容器的等效电路一般采用并联形式，故将标准电阻接到放大器的反馈支路，被转换电容器接到放大器的输入端。电容器可等效为Gx与Cx的并联电路，其中Gx为等效并联电导。

01传感器-第四章1.ppt

a) 幅度调制(AM)
y (t) [A * x (t)c ]o 2 fs t( )
b) 频率调制(FM)
Z3 Z03ej3 Z4 Z04ej4
ZZe ZZe j(1 3) 01 03
j(2 4 )
0204
必须同时满足下列两式：
Z01Z03 Z02Z04
1 3 2 4
交流电桥平衡必须满足两个条件：相对两臂阻抗之模的乘积应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相等。
三、电桥的联接方式 1.直流电桥的联接方式
信号放大
分类
放大器
直流放大器交流放大器直流电桥交流电桥电荷放大器
特点低频保留,高频截止高频保留,低频截止
5.1 电桥转换原理
一、电桥及其分类
1. 什么是电桥电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流输出的一种测量电路。其输出既可用指示仪表直接测量，也可以送入放大器进行放大。
（1）电桥连接的分布参数会对电桥的平衡产生影响；（2）必须保证激励电源有良好的电压与频率的稳定度。
电压影响输出的灵敏度，频率影响电桥的平衡在动态测量中，交流电桥应用较多。
5.2 信号的调制与解调
一、概述
调制主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
1.缓变信号的放大问题
工程中的一些物理量、如力、位移、温度等，经过传感器变换后，常常是微弱的直流或相对缓变的电信号。对这样一类信号，直接送入直流放大器或交流放大器放大会遇到因难。
半桥单臂
电桥的灵敏度： k dU y d(R ) R0
半桥 R R2 R R3 R R4 RdR
Uy(RR R R )R R ((R Rd dR )R )U0

《传感器与信号调理技术》课件第4章

在使用热电偶补偿导线时，要注意型号的匹配，极性不能接错，热电偶与补偿导线连接点处的温度不应超过 100℃，几种型号热电偶所配用的补偿导线的材料列于表 4-2。Ⅰ类型补偿导线的材料通常和所配用热电极的合金材料相同；Ⅱ类型补偿导线的材料通常和所配热电极的合金材料不相同。
4.1.5 热电偶的冷端温度补偿 1. 冷端恒温法 0℃恒温器：将热电偶的冷端置于温度为0℃的恒温器内
(4-6)
将式(4-5)和式(4-6)代入式(4-4)，得
EABC(t, t1, t0)=eAB(t)－eAB(t0)
(4-7) 可见总的热电势与没有接入第三种导体C时的一样。
再来分析图4-3(b)所示的电路，设导体A和B接点处的温度为t，C与A、B两接点处的温度相同且为t0，则回路中的总电动势为
eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)=0
或者
eBC(t0)+eCA(t0)=－eAB(t0)
将式(4-9)代入式(4-8)，可得
EABC(t, t0)=eAB(t)－eAB(t0)
可见总的热电势与没有接入第三种导体C时的也一样。
(4-9) (4-10)
3. 标准电极定律如图4-4所示，导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若已知它们所产生的热电动势，即
2.95 mV－(－4.0 mV)＝6.95 mV
4. 中间温度定律热电偶在两接点温度分别为t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和，即
EAB(t, t0)=EAB(t, tn)+EAB(tn, t0)
(4-12)
4.1.3 热电偶的材料、结构及种类 1. 热电偶的材料根据金属的热电效应原理，理论上任意两种不同材料的

传感器信号处理电路精品PPT课件

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

传感器信号调理电路ppt课件

理，(3)去除无用信号。
ppt课件.
3
传感器输入的信号是一种原始的待处理电信号，一般不方便直接使用，需要进行加工处理，这就是传感器的信号调理。信号调理电路将传感器输出的微弱信号转换为电压、电流或频率等便于测量的电信号，输出信号精度较高。
常用的信号调理电路有放大电路、滤波电路及调制与解调电路等
的铂电阻，热敏电阻；电阻应变式传感器的应变片。电路的作用：将电阻变化转换为易测的电参数，如电桥将电阻变换成电压或电流输出；振荡电路将电阻变化转换成频率。
(2) 电容型传感器敏感元件将被测量转换为电容变化。如电容
式线位移、角位移传感器；电容式液位计等。电路的作用：将电容量的变化转换为易于处理的电压或电流信号，或通过振荡电路转换成频率信号。
常用电路：
包括放大、调整、电桥、信号变换、电气隔离、阻抗变
换、调制解调、线性化和滤波等电路以及激励传感器的
驱动电路，常称为传感器电ppt课路件. 。
2
对于数字测量系统，除了使传感器输出信号（包括电压、动态范围、信号源内阻、带宽等参数指标）适合于转换为离散数据流外，信号调理的作用还在于满足模拟传感器与数字DAQS之间的接口要求：(1)信号隔离，(2)信号的预处
况下，电路元器件越多可靠性越低，因此，简化电路结
构是提高可靠性的有效办法。
(5)经济性
在满足性能要求的前提下，尽可能地简化电路，合
理设计电路和选用元器件，以获得好的性价比。
另外，实现低功耗是一个ppt课重件. 要的考虑因素。
7
1.2 根据传感器输出参量类型进行信号转换
(1பைடு நூலகம் 电阻型敏感元件将被测量转换为电阻变化。如温度传感器
电流变化。

传感器技术之信号调理处理和记录ppt课件

其中，Z 为各桥臂的复阻抗： ZZejZ0ej
b
Z1
纯电阻时电流与电压同相位：
φ = 0；
a
Z2
c U0
电感性阻抗：φ ＞ 0；电容性阻抗：φ ＜ 0。
Z4
Z3
d
精选ppt课件
~
22
U
第一节电桥
2. 交流电桥
将复阻抗代入，可得： Z Z e j 1 3 Z Z e j 2 4
01 03
（得到电桥输出指示值时），电桥处于非平衡
状态，这种测量方法的最大优点是可对被测量
进行动态测量。但这种电桥的输出受电源电压
的影响较大，若电源电压略有波动，就会影响
桥路输出，给测量带来较大的误差。
—— 在某些情况下（如进行静态测量），常
采用平衡电桥。
精选ppt课件
32
第一节电桥
3. 平衡电桥
3．平衡电桥平衡电桥：电桥读数（输出）时处于平衡状态。
U 0
R1 R1
n
1n2
U
可知：（1） U0 正比于 U；（2） U0 正比于 n/(1+n)2；（3） U0 正比于电阻的相对变化。
半桥单臂电桥的灵敏度为:
精选ppt课件
SRU 1/0R1 1nn2U 9
第一节电桥
U0
R1 R1
n
1n2
U
1. 直流电桥
说明：（1）电阻应变式传感器有：ΔR/R = Kε，
分别为供桥电源和
U0
输出端的测量电路。
电桥的作用：
把电阻、电感或电容的变化
量转换为电压或电流量，以
供后续电路测量记录。
精选ppt课件
2
第一节电桥

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理想运算放大器 Ii 0 1 _
Vi 0
V2
V1
2+
3
Vo
在输入一侧考虑电压关系时：反相输入端与同相输入端的电压相等，称为“虚通”或“虚短”；
若同相端（反相端）接地，即同相端（反相端）电位为零，则反相端（同相端）电位也为零，称为“虚地”；
在输入一侧考虑电流关系时：反相输入端与同相输入端之间的电流为零，称为“虚断”。
R2
i 1 R1
a ia _
+10V
Vi
V a i3
V3
+
R3
-10V
Vo
虚短 V a V 3
反向输入支路
Vi -Va Va -Vo
R1
R2
虚断 ia i3 0 同向输入支路 Va V3 0
Vo
-
R2 R1
Vi
运放应用：同相比例放大器
i R2 100kW
R1 10kW -
ui
+
R3 10kW
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
V oA V i A (V +-V -)
反向截止
E“放大”的含义
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
理想运算放大器
理想运放是一个高增益、高输入电阻、低输出电阻的器件。 1反相输1入端_
V2
Vi
ri ro
_
AVi +
V1
2+
3
Vo
2同相输入端
考虑电压
运放应用：反相比例放大器
i 2 R2
i 1 R1
a ia _
+10V
Vi
V a i3
V3
+
R3
-10V
Vo
Va=0 a点常称“虚地”点
虚断虚短
ia i3 0 Va V3
V3 i3R0
i2 i1 Va 0
i1
Vi- Va R1
i2
Va -Vo R2
Vo
-
R2 R1
Vi
运放应用：反相比例放大器
调试和维修时，模拟传感器的输出信号
示波器：测量并显示电路中不同点的信号；
直流电源：为系统各部分供电；
万用表：最方便的检测仪器
可测量电压、电流、电阻、电容、电感、温度……
集成运算放大器
集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器件；
完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号处理（滤波、调制等）以及波形的产生和变换等功能；
+10V -10V
原理图中常用的简化画法
uo ui
G
uo
uo G•ui
虚断 i+ i- 0 虚短 V + V -
V+ ui
V- V+ ui
i VR1
uo i(R1 + R2)
传感器与信号调理电路完整课件幻灯片
引言
如何测量你的体温？包括：获取温度信号以及处理温度信号
温度测量系统
温度
电信号
温度
信号
传感器
预处理
符合要求的信号
本讲我们将了解测量系统的组成，包括信号的获取以及信号的预处理。另外，着重介绍在信号处理中使用最多的器件：运算放大器。
传感器
被测量
输入
i R2 100kW
R1 10kW
-
ui
a
+
+10V
uo
R3 100kW
-10V
i1
R2
R1
uib
-
uia
R3 i2
+
uo
R4
单端输入方式
一端接输入信号，另一端接地（或通过电阻接地）
同相输入
反相输入
差动输入方式（双端输入）
输入信号V1和V2同时加在同相端1和反相端2上
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。
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；
信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预处理的装置，使信号适于显示或控制。主要技术：电子技术——运算放大器
V oA V i A (V +-V -)
A很大，1000以上 ri很大，兆欧以上 ro很小，可以忽略 Vo有限，电源电压范围内
A→∞ ri→∞
Vi
Vo A
Vo
(E- , E+ ) A
0
ro→0 Vo∈(E-,E+)
Ii
Vi ri
Vi 0 ri
0
虚通 V+=V- 虚短
Ii=0 虚断考虑电流
测量同一被测量：不同的测量方法不同的传感器及相应的信号调理电路。
同一传感器可以用于不同的工业系统。
典型测量系统的组成
直流电源
现场物理量
传感器
可用
信号信号调理电路
信号发生器
测量系统显示装置
万用表
控制装置
示波器
常用仪器在测量系统中的应用
信号发生器：产生标准信号（不同波形种类、不同频率和幅值的信号）；
运放内部并没有所谓的“工作方式”，它只会按照运放的工作特性曲线工作（即对所有的“工作方式”都一样）；
所谓的“工作方式”是依运放的外部连接而引入的说明。
运放的分析方法——三步走
虚断：把电路分为两个电阻串并联的支路；虚短：V+=V-，即两个支路之间的关系；使用电阻串并联的方法求解（设电流 i）。
-
或－V
-
+
+
324
+
+
-
-
+V
1
2
34
-V
管脚起始朝左
1
2
345
6
7
管脚序号逆时针方向增长！！
运算放大器
运算放大器简称为运放；
运放有两个输入端：
同相输入端
反相输入端
有单端和差动两种输入方式
一个输出端；
V-
E+ -
Vi
V+
+
Vo
E-
运算放大器
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
由于集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻、耗电量少等优点，得到了广泛的应用；
注意：集成运算放大器是一个有源器件。
运算放大器
运算放大器的符号以及常见的运算放大器：
E+
V+
-
V-
+
Vo
E-
OP07
+V 8765
-
_
OP07 +
+
LM324
14 13 12 11 10 9
8
GND
Vi＝V1－V2
开环方式与反馈方式
ui
Vr
+10V
-
+
uo
i R2 100kW
R1 10kW -
+10V
uo
ui
+
R3 10kW
-10V
开环方式
输出端与输入端之间除地线外没有连接；
如：比较器。
反馈方式
有信号从输出端经过某种电路回到输入端，构成反馈回路。
正确理解运放的“工作方式”
传感器
可用信号
传感器定义：能感受某种信息（被测量），并按一定规律将其转换成可用信号的器件或装置；
可用信号：某一定场合中便于传输和处理且可以使用的信号，常是电量。
传感器的本质：将被测量从一种能量形式转换成另一种能量形式，并作为可用信号输出；
狭义的传感器：被测量电信号；传感器是工业系统的感官，获取工业系统中的