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1、第第13章章 信号的调理及检测系统的集成信号的调理及检测系统的集成n n本章知识点（技能点）：本章知识点（技能点）：本章知识点（技能点）：本章知识点（技能点）：n n1 1电桥的工作原理及作用电桥的工作原理及作用n n2 2常用放大器的分类和各自特点常用放大器的分类和各自特点n n3 3模拟信号显示记录装置的分类和特点模拟信号显示记录装置的分类和特点n n4 4数字信号显示记录装置的分类和特点数字信号显示记录装置的分类和特点n n5 5常见的干扰及其抑制常见的干扰及其抑制n n6.6.典型的检测系统典型的检测系统n n7.7.计算机检测系统的构成传感器在检测系统中所计算机检测系统的构成传感器在
2、检测系统中所起的作用起的作用n n13.1 信号的调理信号的调理n n传感器输出的电信号一般都比较微弱，功率较小。信号调理电路会将传感器的输出转换为电流、电压和频率等便于测量的电信号，输出功率至少要达到mV级。常用的信号调理电路有电桥电路、放大电路、调制与解调电路和滤波电路等。13.1.1 电桥电桥 电桥的作用是将传电桥的作用是将传感器输出的电阻、电容感器输出的电阻、电容和电感等电参量的变化和电感等电参量的变化转换成为电压或电流信转换成为电压或电流信号，在信号调理电路中号，在信号调理电路中的应用较为广泛。电桥的应用较为广泛。电桥电路按照激励电源的类电路按照激励电源的类型可以分为直流电桥和型可以
3、分为直流电桥和交流电桥两种。交流电桥两种。1.1.直流电桥直流电桥直流电桥直流电桥（1 1）工作原理）工作原理 直流电桥基本电路图如图直流电桥基本电路图如图13131 1所示，由四个桥臂电阻、和一所示，由四个桥臂电阻、和一个供桥电源组成，激励源为直流电源，为负载电路内阻（即后续电路个供桥电源组成，激励源为直流电源，为负载电路内阻（即后续电路电阻）。电阻）。BD BD两点之间的电压：两点之间的电压：（2 2）和差特性）和差特性 假如四个桥臂阻值相等，即，且都有的变化量。由于，忽略掉高假如四个桥臂阻值相等，即，且都有的变化量。由于，忽略掉高阶无穷小量，则式阶无穷小量，则式13-113-1化简为：化
4、简为：（3 3）基本类型）基本类型 半桥单臂半桥单臂 半桥双臂半桥双臂 全桥全桥2.交流电桥交流电桥（1）工作原理）工作原理（2 2）基本类型）基本类型 交流电桥可以依据与直流电桥类似的基本分类方式分交流电桥可以依据与直流电桥类似的基本分类方式分为单臂交流电桥、半桥交流电桥和全桥交流电桥。为单臂交流电桥、半桥交流电桥和全桥交流电桥。1 1）单臂交流电桥的输出电压为：）单臂交流电桥的输出电压为：2)2)半桥交流电桥的输出电压为：半桥交流电桥的输出电压为：3)3)全桥交流电桥的输出电压为：全桥交流电桥的输出电压为：3.电容电桥和电感电桥电容电桥和电感电桥13.1.2 放大放大1.基本应用电路基本应
5、用电路（1）反相放大器（2）同相放大器（3）差动放大器（4）交流放大器）交流放大器2.测量放大器测量放大器3.增益调控测量放大器增益调控测量放大器 4.隔离放大器隔离放大器13.2 信号的显示和记录信号的显示和记录 根据输入信号的类型，信号的显示与记录装置根据输入信号的类型，信号的显示与记录装置可以分为模拟信号显示记录装置和数字信号显示记可以分为模拟信号显示记录装置和数字信号显示记录装置。录装置。模拟信号显示记录就是直接用指示仪表和记录模拟信号显示记录就是直接用指示仪表和记录仪表读取或记录模拟电信号。仪表读取或记录模拟电信号。数字信号显示记录就是将模拟量进行数字信号显示记录就是将模拟量进行A/
6、DA/D转换转换后，得到与其相对应的数字量，再送入数字显示和后，得到与其相对应的数字量，再送入数字显示和记录装置。记录装置。13.2.1 13.2.1 模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号显显显显示示示示记记记记录装置录装置录装置录装置1.1.动圈式指示机构动圈式指示机构动圈式指示机构动圈式指示机构 当被测电流通入可当被测电流通入可当被测电流通入可当被测电流通入可动线圈动线圈动线圈动线圈4 4时，通电线圈时，通电线圈时，通电线圈时，通电线圈由于置于磁场中，因此会由于置于磁场中，因此会由于置于磁场中，因此会由于置于磁场中，因此会受到电磁力的作用，产生受到电磁力的作用，产生受到电磁力的作用，产生受到电
7、磁力的作用，产生转动力矩，带动指针转动力矩，带动指针转动力矩，带动指针转动力矩，带动指针6 6旋旋旋旋转；随着偏转角的增大，转；随着偏转角的增大，转；随着偏转角的增大，转；随着偏转角的增大，游丝游丝游丝游丝5 5产生一个逐渐增大产生一个逐渐增大产生一个逐渐增大产生一个逐渐增大的反作用力矩，当反作用的反作用力矩，当反作用的反作用力矩，当反作用的反作用力矩，当反作用力矩与转动力矩相等时，力矩与转动力矩相等时，力矩与转动力矩相等时，力矩与转动力矩相等时，指针就停止在平衡位置。指针就停止在平衡位置。指针就停止在平衡位置。指针就停止在平衡位置。此时，线圈的偏转角与流此时，线圈的偏转角与流此时，线圈的偏转
8、角与流此时，线圈的偏转角与流过线圈的电流大小成正比。过线圈的电流大小成正比。过线圈的电流大小成正比。过线圈的电流大小成正比。2.2.笔录仪笔录仪笔录仪笔录仪 当线圈通有被记录的电当线圈通有被记录的电当线圈通有被记录的电当线圈通有被记录的电流信号后，因受到电磁力矩流信号后，因受到电磁力矩流信号后，因受到电磁力矩流信号后，因受到电磁力矩的作用而使线圈产生偏转，的作用而使线圈产生偏转，的作用而使线圈产生偏转，的作用而使线圈产生偏转，记录笔移动一个距离。游丝记录笔移动一个距离。游丝记录笔移动一个距离。游丝记录笔移动一个距离。游丝产生与转角成正比的弹性恢复产生与转角成正比的弹性恢复产生与转角成正比的弹性
9、恢复产生与转角成正比的弹性恢复力矩，与作为转动力矩的电磁力矩，与作为转动力矩的电磁力矩，与作为转动力矩的电磁力矩，与作为转动力矩的电磁力矩相平衡，所以记录笔移动力矩相平衡，所以记录笔移动力矩相平衡，所以记录笔移动力矩相平衡，所以记录笔移动的距离与出入的电流大小成正的距离与出入的电流大小成正的距离与出入的电流大小成正的距离与出入的电流大小成正比。记录纸作均匀走纸运动时，比。记录纸作均匀走纸运动时，比。记录纸作均匀走纸运动时，比。记录纸作均匀走纸运动时，记录笔在记录纸上就绘出转换记录笔在记录纸上就绘出转换记录笔在记录纸上就绘出转换记录笔在记录纸上就绘出转换成电流的信号的波形。成电流的信号的波形。成
10、电流的信号的波形。成电流的信号的波形。3.光线示波器光线示波器4.自动平衡电压记录仪自动平衡电压记录仪13.2.2 数字式显示记录装置数字式显示记录装置1.LED2.2.磁盘磁盘磁盘磁盘 磁盘的基本存储原理是由写磁盘的基本存储原理是由写磁盘的基本存储原理是由写磁盘的基本存储原理是由写入电路通过磁头将经过编码后的入电路通过磁头将经过编码后的入电路通过磁头将经过编码后的入电路通过磁头将经过编码后的“0”0”和和和和“1”1”脉冲信号转变为磁化脉冲信号转变为磁化脉冲信号转变为磁化脉冲信号转变为磁化电电电电流，使软盘上生成相应的磁元，流，使软盘上生成相应的磁元，流，使软盘上生成相应的磁元，流，使软盘上
11、生成相应的磁元，这样就可以将信息记录在软盘上这样就可以将信息记录在软盘上这样就可以将信息记录在软盘上这样就可以将信息记录在软盘上了。读出数据的时候，软盘上的了。读出数据的时候，软盘上的了。读出数据的时候，软盘上的了。读出数据的时候，软盘上的磁元在磁头上产生感应电压，再磁元在磁头上产生感应电压，再磁元在磁头上产生感应电压，再磁元在磁头上产生感应电压，再经读写电路还原出经读写电路还原出经读写电路还原出经读写电路还原出“0”0”和和和和“1”1”的的的的数数数数字信息，送到计算机中。字信息，送到计算机中。字信息，送到计算机中。字信息，送到计算机中。13.3 常见的干扰及其抑制常见的干扰及其抑制13.
12、3.1 13.3.1 干扰的来源干扰的来源干扰的来源干扰的来源 根据干扰源的不同，干扰可以分为内部干扰和外部干根据干扰源的不同，干扰可以分为内部干扰和外部干扰。扰。内部干扰是指设备内部带电微粒无规则运动产生的噪内部干扰是指设备内部带电微粒无规则运动产生的噪声，包括热噪声、散粒噪声、低频噪声和接触噪声等。内声，包括热噪声、散粒噪声、低频噪声和接触噪声等。内部干扰的抑制主要靠改进工艺和元器件的质量来实现。部干扰的抑制主要靠改进工艺和元器件的质量来实现。外部干扰是指系统外部由于人为或环境干扰引起的干外部干扰是指系统外部由于人为或环境干扰引起的干扰，分为人为干扰和环境干扰。来源于自然界，比如天空扰，分
13、为人为干扰和环境干扰。来源于自然界，比如天空的雷电、宇宙辐射、太阳黑子活动的干扰称为环境干扰。的雷电、宇宙辐射、太阳黑子活动的干扰称为环境干扰。环境干扰对光播、通信和导航等电子设备的影响较大，而环境干扰对光播、通信和导航等电子设备的影响较大，而对一般工业电子设备（检测）仪表影响不大。对一般工业电子设备（检测）仪表影响不大。来源于系统外部其它电气设备所产生的电火花、机来源于系统外部其它电气设备所产生的电火花、机械干扰、热干扰、化学干扰或各种电操作的干扰，称为人械干扰、热干扰、化学干扰或各种电操作的干扰，称为人为干扰（或工业干扰）。人为干扰主要是放电噪声干扰和为干扰（或工业干扰）。人为干扰主要是放
14、电噪声干扰和电气设备干扰。电气设备干扰。1.1.放电噪声干扰放电噪声干扰2.2.电气设备干扰电气设备干扰13.3.2 13.3.2 干扰的传播途径干扰的传播途径干扰的传播途径干扰的传播途径1.1.静电感应干扰静电感应干扰2.2.电磁感应干扰电磁感应干扰3.3.附加热电势和化学电势附加热电势和化学电势4.4.振动振动5.5.辐射电磁耦合干扰辐射电磁耦合干扰6.6.电源线干扰电源线干扰7.7.公共阻抗干扰公共阻抗干扰8.8.泄漏电阻干扰泄漏电阻干扰13.3.3干扰的作用方式干扰的作用方式1.串模干扰串模干扰2.2.共模干扰共模干扰共模干扰共模干扰 共模干扰指干扰信号使两共模干扰指干扰信号使两个输入
15、端的电位相对于某一公个输入端的电位相对于某一公共端一起涨落共端一起涨落 3.3.软件干扰软件干扰软件干扰软件干扰 在计算机检测系统中，软件在计算机检测系统中，软件干扰主要体现在数据的采集和干扰主要体现在数据的采集和处理过程中，主要是由于计算处理过程中，主要是由于计算机处理器是高速数字器件，所机处理器是高速数字器件，所长它的运算器、控制器及控制长它的运算器、控制器及控制寄存器易受电磁干扰，出现程寄存器易受电磁干扰，出现程序计数器序计数器PCPC值变化、数据采集值变化、数据采集误差增大、控制状态失灵、误差增大、控制状态失灵、RAMRAM数据受干扰发生变化以及数据受干扰发生变化以及系统出现系统出现“
16、死锁死锁”等现象。等现象。13.3.4 13.3.4 干扰的抑制方法干扰的抑制方法干扰的抑制方法干扰的抑制方法1.1.屏蔽屏蔽屏蔽屏蔽2.2.隔离隔离隔离隔离3.3.接地接地接地接地（1 1）保护接地线。）保护接地线。）保护接地线。）保护接地线。（2 2）信号地线。）信号地线。）信号地线。）信号地线。（3 3）信号源地线。）信号源地线。）信号源地线。）信号源地线。（4 4）负载地线。）负载地线。）负载地线。）负载地线。4.4.滤波滤波5.5.信号导线的扭绞信号导线的扭绞13.4 典型检测系统介绍典型检测系统介绍13.4.1 电磁声裂纹检测虚拟仪器系统电磁声裂纹检测虚拟仪器系统13.4.2盐浴炉温度控制系统盐浴炉温度控制系统13.4.3基基于于虚虚拟拟仪仪器器技技术术的的压压缩缩机机液液位位测测量量系统系统