傳感器接口電路教案

1、. 傳感器接口電路教案一、 傳感檢測(cè)系統(tǒng)的組成：傳感器 中間轉(zhuǎn)換（信號(hào)調(diào)理）電路 微機(jī)接口電路 分析處理及控制顯示電路（模擬顯示、數(shù)字顯示、圖象顯示）等部分組成，分別完成信息的獲取、轉(zhuǎn)換（調(diào)理）、傳輸、分析處理、 顯示記錄。傳感器處于被測(cè)對(duì)象與檢測(cè)系統(tǒng)的界面位置，構(gòu)成信號(hào)輸入的主要窗口，為檢測(cè)系統(tǒng)提供必須的原始信號(hào)。二、 電橋電橋是把電阻、電感、電容等元件參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓或電流的一種測(cè)量電路。1.特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單直接，精度和靈敏度較高，在檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用較多。2.分類：按電橋不同的激勵(lì)電源，可分為直流和交流電橋。直流電橋主要用于電阻式傳感器，例如熱敏電阻、電位器等。電橋線路是由聯(lián)接成環(huán)形的四個(gè)電阻所組

2、成，如圖示。 教 學(xué) 內(nèi) 容 及 步 驟交流電橋主要用于測(cè)量電容式傳感器和電感式傳感器的電容和電感的變化。圖示為交流電橋的一般形式，開(kāi)路輸出電壓 下面給出一些交流電橋的具體電路按電橋的工作方式可分為平衡電橋（零測(cè)法）和不平衡電橋（偏差測(cè)量法）。按被測(cè)電阻（阻抗）的接入方式，可分為單臂電橋、差動(dòng)電橋和全橋。教 學(xué) 內(nèi) 容 及 步 驟一個(gè)橋臂電阻有變化，稱為單臂電橋。例如橋臂1電阻有R1的變化，則電橋的輸出電壓為若取 R1=R2=R3=R4 則當(dāng) 時(shí)，則 兩個(gè)橋臂電阻有變化，稱為雙臂電橋。如橋臂電阻 R1和鄰邊橋臂電阻 R2都有電阻變化，即 R1變?yōu)镽1+R1， R2變?yōu)?R2+R2，當(dāng) R1=R

3、2=R3=R4=R0，且時(shí)，四個(gè)橋臂電阻均有變化，稱為四臂電橋，又叫全橋。假設(shè)R1 、R2 、R3 、R4 的變化量分別為R1 、R2 、R3 、R4 ，R1 = R2= R3= R4= R0，則其輸出電壓為可以看到：相鄰邊兩橋臂電阻變化是各自引起的輸出電壓相減，相對(duì)邊二橋臂電阻變化是各自引起的輸出電壓相加。3.電橋的工作特性：1）靈敏度是指單位輸入量時(shí)輸出變化量也就是電橋電壓的相對(duì)變化量與電阻相對(duì)量之比。2）電橋的非線性誤差：教 學(xué) 內(nèi) 容 及 步 驟單臂電橋：f=1/2 靈敏度Kus=1/4差動(dòng)電橋：f=0 靈敏度Kus=1/2有源電橋：f=0 靈敏度Kus=-1/24.電橋調(diào)零：通常采用

4、串聯(lián)調(diào)零和并聯(lián)調(diào)零。作用：當(dāng)有信號(hào)輸入（R0）時(shí)才有輸出。輸入信號(hào)前應(yīng)先排除電橋本身不平衡引起的輸出電壓。三、 電壓放大器（阻抗變換器）有反相放大器、同相放大器和差動(dòng)放大器三種，下面給出一般電路形式。電荷放大器電路如圖所示。輸出電壓表達(dá)式為：，A很大，所以上式可以簡(jiǎn)化為：五、濾波電路從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的信號(hào)。經(jīng)傳輸線送入檢測(cè)儀表的測(cè)量電路或微機(jī)的接口電路，在獲取信號(hào)或信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，很可能有干擾，為使信號(hào)在進(jìn)入前減弱干擾，通常加入濾波器。另外為了獲得某一段頻率，也需要加入濾波器。濾波器是一種只允許某一頻率信號(hào)通過(guò)或阻止某一頻帶信號(hào)通過(guò)的裝置。教 學(xué) 內(nèi) 容 及 步 驟方式有無(wú)源濾波、有源濾波、數(shù)

5、字濾波。1.有源濾波1）組成：運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成2）優(yōu)點(diǎn)：有源濾波不用電感線圈，故在體積、重量、價(jià)格、線性度等方面有明顯優(yōu)越性，便于集成化；由于運(yùn)算放大器輸入阻抗高，輸出阻抗低，可以提供良好的隔離性能，并提供所需增益；可以使低頻截止頻率達(dá)到很低范圍。2.無(wú)源濾波：若檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)濾波要求不高，可以采用無(wú)源濾波器，電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)帶負(fù)載能力差。3.數(shù)字濾波：能夠用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法增強(qiáng)信號(hào)、降低干擾、提取有用信息。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字濾波利用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要增加硬件、可靠性高穩(wěn)定性好、靈活方便。限定組大偏差法，用于溫度、壓力等變化緩慢的量。算術(shù)平均法：K值的選取大小會(huì)影響到濾波效果。K值大，濾波效果好，但反

6、映速度慢，適合壓力測(cè)量、流量測(cè)量。加權(quán)平均濾波法。六、模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換1.模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理：被測(cè)物理量首先經(jīng)過(guò)傳感器變換成電信號(hào)、竟信號(hào)調(diào)理（調(diào)制解調(diào)或通過(guò)電橋參數(shù)轉(zhuǎn)換、放大、濾波）電路后，由多路開(kāi)關(guān)選擇某一路的模擬信號(hào)送到采樣保持器，再經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行必要的運(yùn)算和放大。2.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換教 學(xué) 內(nèi) 容 及 步 驟3.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器雙積分是一種常用的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換是一種間接A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。首先將模擬電壓轉(zhuǎn)換成積分時(shí)間，然后用數(shù)字脈沖計(jì)時(shí)方法轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，最后將此代表模擬輸入電壓大小的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制或BCD碼輸出。因此，雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，一般要大于4050ms。原理示意圖如下： 七、傳感檢測(cè)系統(tǒng)中微機(jī)接口的基本方式1.開(kāi)關(guān)量接口方式：開(kāi)關(guān)型傳感器輸出的是二值信號(hào)（邏輯1或0），通過(guò)三態(tài)緩沖器即可傳輸給計(jì)算機(jī)。2.數(shù)字量接口方式：數(shù)字型傳感器輸出數(shù)字（二進(jìn)制代碼、BCD代碼、脈沖序列）可直接（或通過(guò)三態(tài)緩沖器）傳給計(jì)算機(jī)。3.模擬量