《传感器及应用》教案.doc

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1、第第 7 章章传感器与微机接口技术传感器与微机接口技术课题课题 1：传感器信号的预处理和：传感器信号的预处理和测量放大电路测量放大电路课时安排：2教材分析难点：传感器信号的预处理重点：传感器信号的预处理和测量放大电路教学目的和要求1、了解传感器的预处理电路种类2、掌握常见传感器的预处理方法；基本测量放大的构成采用教学方法和实施步骤：讲授、幻灯片放映教学内容介于传感器和计算机之间的部分，称为输入接口。其作用是将传感器输出的模拟量转换成计算机所能接受的数字量，并按一定程序输入计算机。组成：由信号预处理电路、数据采集系统和计算机接口电路组成。预预处理电路处理电路将传感器输出的非电压量转换成具有一定幅

2、值的电压量；数据采数据采集系统集系统把模拟电压转换成数字量；计算机接口电路计算机接口电路把 A/D 转换后的数字信号送入计算机，并把计算机发出的控制信号送至输入接口的各功能部件。一一、预处理预处理：将传感器输出的信号转换成统一的电压信号。-将信号的这一转换称为预处理。1、开关量信号预处理的方法开关量信号预处理的方法：活动门的限位开关和电冰箱的自动运转开关(通过电冰箱内温度传感器使空气压缩机接通或断开)传感器本身的输出是模拟量，输出特性是无迟滞的(例如利用光敏二极管的路灯开关式传感器)。为了消除噪声及改善特性，常接入具有迟滞特性的电路，称为鉴别器，多使用施密特触发器.如光控电路中，路灯在日落时自

3、动点亮，而在日出时又自动熄灭。另外，由于存在迟滞宽度所以即使是阴天也不会产生误动作。2、模拟连续式传感器的信号预处理、模拟连续式传感器的信号预处理a 电阻变化式传感器中，这种传感器的输出需要进行数字化，先将电阻值转换成电压值，通过 A/D 转换器将电压转换成数字信息。（常用交、直流电桥将电阻变化转换为电压变化。）b 电压变化式和电流变化式传感器c 电感变化式和电容变化式传感器这两类传感器大多用于非接触测量机械位移方面。常用交流电桥或谐振电路进行预处理。要经检波或鉴频才能变成直流电压信号，然后进行 A/D 转换。3、频率变化式传感器信号的预处理频率变化式传感器信号的预处理频率变化式包括模拟式（如

4、石英晶体频率式温度传感器）和脉冲重复频率式（如光敏或磁敏非接触式转速计等）传感器。可用鉴频器或数字频率计预处理。4、数字电量式传感器信号的预处理、数字电量式传感器信号的预处理1）.数字脉冲式传感器信号的预处理数字脉冲式传感器信号的预处理这类传感器可直接将输出脉冲经整形电路后接至数字计数器，便可得到数字信号。2.）数字编码式传感器信号的预处理）数字编码式传感器信号的预处理数字编码式传感器需要将格雷码转换成二进制或二-十进制码。二、测量放大电路：二、测量放大电路：在数据采集系统中，被检测的物理量经过传感器变换成模拟电信号，在数据采集系统中，被检测的物理量经过传感器变换成模拟电信号，往往是很微弱的微

5、伏级信号（例如热电偶的输出信号），需要用放大器加往往是很微弱的微伏级信号（例如热电偶的输出信号），需要用放大器加以放大。以放大。由于通用运算放大器一般都具有毫伏级的失调电压和每度数微伏的温漂，因此，通用运算放大器不能直接用于放大微弱信号，而测量放大可以很好地实现这一功能。对自动增益放大器和程控增益放大器进行简介。作业P7-1、2、4）（iiouuRRu1212课题课题 2：传感器信号的线性化和：传感器信号的线性化和标度变换标度变换课时安排：2教材分析难点：传感器信号的预处理重点：传感器信号的预处理和测量放大电路教学目的和要求1、了解传感器的预处理电路种类2、掌握常见传感器的预处理方法；基本测量

6、放大的构成采用教学方法和实施步骤：讲授、幻灯片放映教学内容一、数据采集系统组成：一、数据采集系统组成：传感器、放大器、模拟多路开关、采样保持器（S/H）、A/D 转换器、计算机及逻辑电路。1、放大器：由于模拟信号一般都比较小，需要用放大器进行放大，但通用放大器一般都有毫伏极的失调电压和每度数微伏的温漂，因此通用放大器不能直接放大微弱信号，而测量放大器可以实现这一功能。2、模拟多路开关：当输入信号大于 1 时，应采用模拟多路开关进行轮流切换采样通道。3、采样保持器：模拟信号进行 A/D 转换时，从启动转换到转换结束输出数字量，需要一定的转换时间.在这个转换时间内，模拟信号要基本保持不变，否则转换

7、精度没有保证，特别当输入信号频率较高时，会造成很大的转换误差。要防止这种误差的产生，必须在 A/D转换开始时将输入信号的电平保持住，而在 A/D 转换结束后又能跟踪输入信号的变化，能完成这种功能的器件叫采样/保持器。采样/保持器在保持阶段相当于一个模拟信号存储器。A 是连续量，D 得反映 A 的变化，但 A/D 转换需要时间，所以在这个转换时间内，应让模拟信号保持不变，否则转换精度将难以保证。采样保持（S/H）电路原理如图所示。被采样信号由 UIN输入，经阻抗变换后到达采样保持控制开关 K，开关 K 受采样保持控制 S/H 控制。采样期间开关 K 闭合，电容 C 被充电到UIN；开关 K 断开

8、后，C 上的电荷无法释放，UOUT维持原来的大小（即原来的UIN），电路进入保持状态。4、A/D 转换器：ADC0809、二、线性化及标度转换二、线性化及标度转换1、线性化：非线化校正就是线性化过程，方法有硬件法和软件法。2、软件法：分段插值法和整体拟合校正法。分段插值法：线性插值法和二次插值法。线性插值法：当特性弯曲不厉害时，)(iixxkyy先找出两点求出斜率 k-对应任意一个 x-)(iixxkyy二次插值法：当特性弯曲厉害时，用二次抛物线来代替直线来拟合，在每段曲线上取三个点(x1，y1)、（x2，y2）、（x3，y3），利用抛物线方程2210 xkxkky，代入三个点的坐标，求出 k

9、0、k1、k2，则每对应一个 x，就可求出2210 xkxkky。3、标度变换：不同量纲、不同满度电压的信号经变送器转换成 05V 的标准信号，又经 A/D转换成 00FFH（8 位）的数字量。将这些数字量转换成与被测量相应的量纲，即为标度变换。0000)(NNNNAAAAmXmX例如某热处理炉温度测量系统的量程为 200 一 800，在某一时刻计算机采样并经数字滤波后的数字量为 0CDH，求此时的温度值是多少?已知 A0=200C，Am=800C，Nx=（0CDH）=（205）D，Nm=0FFH=（255）D，0000)(NNNNAAAAmxmx=200+600*255205=682C。例：某压力测量仪表的量程为 400-1200Pa，采用 8 位 A/D 转换器，设某采样周期计算机中经采样及数字滤波后的数字量为 ABH，求此时的压力值。解：根据题意知，A0=400Pa，Am=1200Pa，Nx=ABH=171；取 Nm=0FFH=255、N0=0。用公式得标度变换器可以采用对模拟量先进行标度变换后，再送至模-数转换器变成数字量；也可以先将模拟量转换成数字量后，再进行数字式标度变换。）（PaNNAAAAmxmx936255171)4001200(400)(00作业P7-8、9