第14章 傳感器應(yīng)用技術(shù)

1、河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院第第14章章 傳感器應(yīng)用技術(shù)傳感器應(yīng)用技術(shù)本章學習要求：本章學習要求：1.了解選擇傳感器時應(yīng)考慮的因素和步驟；了解選擇傳感器時應(yīng)考慮的因素和步驟； 2. 了解傳感器的供電電源；了解傳感器的供電電源； 3. 掌握傳感器的屏蔽、接地、隔離、布線、掌握傳感器的屏蔽、接地、隔離、布線、滅弧等抗干擾技術(shù)。滅弧等抗干擾技術(shù)。傳感器與測試技術(shù)傳感器與測試技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院14.1 傳感器的選擇傳感器的選擇 14.1.1 選擇傳感器時應(yīng)考慮的因素選擇傳感器時應(yīng)考慮的因素 （1）與測量條件有關(guān)的因素；）與測量條件有關(guān)的因素； （2）與傳感器性能有

2、關(guān)的因素；）與傳感器性能有關(guān)的因素； （3）與使用環(huán)境有關(guān)的因素；）與使用環(huán)境有關(guān)的因素； （4）與購買和維護有關(guān)的因素。）與購買和維護有關(guān)的因素。14.1.2 選擇傳感器的一般步驟選擇傳感器的一般步驟 （1）借助于傳感器的分類表和被測量的性質(zhì)初步確定；）借助于傳感器的分類表和被測量的性質(zhì)初步確定； （2）借助于常用傳感器的比較表、價格表和被測量的測量）借助于常用傳感器的比較表、價格表和被測量的測量范圍、精度要求、環(huán)境要求等確定；范圍、精度要求、環(huán)境要求等確定； （3）借助于傳感器的產(chǎn)品目錄、樣本、手冊等確定。）借助于傳感器的產(chǎn)品目錄、樣本、手冊等確定。第第14章章 傳感器應(yīng)用技術(shù)傳感器應(yīng)用技

3、術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院14.2 供電電源供電電源 14.2.1 電池電池 對于便攜式電子儀器必須采用電池供電，要求其功耗很對于便攜式電子儀器必須采用電池供電，要求其功耗很小。電池有錳干電池、堿性電池、鋰電池和鎳鎘電池等。小。電池有錳干電池、堿性電池、鋰電池和鎳鎘電池等。第第14章章 傳感器應(yīng)用技術(shù)傳感器應(yīng)用技術(shù)14.2.2 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù) 14.3.1 電磁干擾電磁干擾 抗電磁干擾技術(shù)又稱為抗電磁干擾技術(shù)又稱為“電磁兼容技術(shù)電磁兼容技術(shù)”。電磁兼容是指。電磁兼容是指傳感器或測量裝置在其設(shè)備的預(yù)定場所投入

4、實際運行時，傳感器或測量裝置在其設(shè)備的預(yù)定場所投入實際運行時，既既不受周圍電磁環(huán)境的影響，又不影響周圍的環(huán)境，不受周圍電磁環(huán)境的影響，又不影響周圍的環(huán)境，也不發(fā)生也不發(fā)生性能惡化和失誤工作，而能按設(shè)計要求正常工作的能力性能惡化和失誤工作，而能按設(shè)計要求正常工作的能力 。 形成電磁干擾的三個要素：向外發(fā)送干擾的源形成電磁干擾的三個要素：向外發(fā)送干擾的源 噪噪聲源；聲源；傳播電磁干擾的途徑傳播電磁干擾的途徑耦合通道；耦合通道；承受電磁干擾的承受電磁干擾的受體受體受擾設(shè)備。受擾設(shè)備。 來自測控系統(tǒng)內(nèi)部的無用信號稱為噪聲，而把來自外部來自測控系統(tǒng)內(nèi)部的無用信號稱為噪聲，而把來自外部的無用信號稱為干擾。

5、工程實踐中都稱為的無用信號稱為干擾。工程實踐中都稱為“干擾干擾”。第第14章章 傳感器應(yīng)用技術(shù)傳感器應(yīng)用技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院1. 信噪比信噪比 通道中有用信號成分與噪聲信號成分之比稱為信噪比通道中有用信號成分與噪聲信號成分之比稱為信噪比。設(shè)有用信號功率為設(shè)有用信號功率為PS，有用信號電壓為，有用信號電壓為US，噪聲功率為，噪聲功率為PN，噪聲電壓為噪聲電壓為UN，則有，則有NSNSlg20lg10UUPPNS 常見噪聲源：各種放電現(xiàn)象的放電噪聲源、電氣設(shè)備噪常見噪聲源：各種放電現(xiàn)象的放電噪聲源、電氣設(shè)備噪聲源和固有噪聲源。如：自然界雷電、有觸點電器、放電管、聲源和固有噪

6、聲源。如：自然界雷電、有觸點電器、放電管、工業(yè)用高頻設(shè)備、電力輸電線、機動車、大功率發(fā)射裝置、工業(yè)用高頻設(shè)備、電力輸電線、機動車、大功率發(fā)射裝置、超聲波設(shè)備等。超聲波設(shè)備等。14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院2. 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式 包括：靜電耦合、互感耦合、公共阻抗耦合和漏電流耦合等。包括：靜電耦合、互感耦合、公共阻抗耦合和漏電流耦合等。減少寄生電容減少寄生電容C和等效輸入阻抗和等效輸入阻抗Z2 減小電路的寄生互感減小電路的寄生互感M 減小公共阻抗減小公共阻抗Z1和等效輸入阻抗和等效輸入阻抗Z2 增大漏電阻增大漏電阻R和減小等效輸入阻抗和減小等效

7、輸入阻抗Z214.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院14.3.2 屏蔽、接地、隔離、布線與滅弧技術(shù)屏蔽、接地、隔離、布線與滅弧技術(shù) 電磁屏蔽就是利用電導率和磁導率高的材料制成封閉的電磁屏蔽就是利用電導率和磁導率高的材料制成封閉的低阻抗容器，低阻抗容器，將受擾電路置于該容器中將受擾電路置于該容器中，從而抑制該容器外，從而抑制該容器外的干擾與噪聲對容器內(nèi)電路的影響。或的干擾與噪聲對容器內(nèi)電路的影響?；?qū)a(chǎn)生干擾與噪聲的將產(chǎn)生干擾與噪聲的電路置于該容器之中電路置于該容器之中，從而減弱或消除其對外部電路的影響。，從而減弱或消除其對外部電路的影響。 1. 電磁屏蔽技術(shù)電磁屏

8、蔽技術(shù)屏蔽與接地相結(jié)合屏蔽與接地相結(jié)合14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院2. 雙絞線傳輸雙絞線傳輸 抑制電磁感應(yīng)干擾采用雙絞線，一根做作屏蔽，另一根抑制電磁感應(yīng)干擾采用雙絞線，一根做作屏蔽，另一根做信號傳輸線；抑制靜電感應(yīng)采用金屬網(wǎng)屏蔽線，金屬網(wǎng)做做信號傳輸線；抑制靜電感應(yīng)采用金屬網(wǎng)屏蔽線，金屬網(wǎng)做屏蔽層，芯線用于傳輸信號。屏蔽層，芯線用于傳輸信號。外來磁場干擾引起的感外來磁場干擾引起的感應(yīng)電流方向相反而抵消應(yīng)電流方向相反而抵消14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院3. 接地技術(shù)接地技術(shù) 接地有兩種含義，一是連接到系統(tǒng)基準地，

9、二是連接到接地有兩種含義，一是連接到系統(tǒng)基準地，二是連接到大地。從用途上分：大地。從用途上分：一是抑制干擾接地，二是安全保護接地。一是抑制干擾接地，二是安全保護接地。（1）一點接地）一點接地串聯(lián)式各接地點的電平有差異，串聯(lián)式各接地點的電平有差異，會影響弱信號電路的正常工作。會影響弱信號電路的正常工作。并聯(lián)式不會產(chǎn)生公共阻抗干擾，并聯(lián)式不會產(chǎn)生公共阻抗干擾，但接地線長而多，不經(jīng)濟。但接地線長而多，不經(jīng)濟。14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院4. 布線技術(shù)布線技術(shù) 印刷電路板上的布線，盡量印刷電路板上的布線，盡量加粗電源線和地線加粗電源線和地線，降低直流，降低直流

10、電阻；電阻；盡量避免互相平行的長信號線盡量避免互相平行的長信號線，防止寄生電容。電路板，防止寄生電容。電路板間配接扁平電纜時，其長度一般不應(yīng)超過傳輸信號波長的間配接扁平電纜時，其長度一般不應(yīng)超過傳輸信號波長的 1/3。 （2）多點接地方式）多點接地方式 多點接地降低地線長度，減小高頻時的接地阻抗。多點接地降低地線長度，減小高頻時的接地阻抗。14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院5. 滅弧技術(shù)滅弧技術(shù) 當接通或斷開電動機繞組、繼電器線圈、電磁閥線圈、當接通或斷開電動機繞組、繼電器線圈、電磁閥線圈、空載變壓器等空載變壓器等電感性負載電感性負載時，會產(chǎn)生電弧或火花放電

11、。為時，會產(chǎn)生電弧或火花放電。為消消除這種干擾，常采用滅弧元件。除這種干擾，常采用滅弧元件。 RC回路回路泄放二極管泄放二極管 硅堆整流器硅堆整流器 壓敏電阻壓敏電阻 雪崩二極管雪崩二極管 14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院14.3.3 電源電源干擾抑制技術(shù)干擾抑制技術(shù) 電網(wǎng)干擾的抑制采用交流電源濾波器。電網(wǎng)干擾的抑制采用交流電源濾波器。L1、L2為共模扼為共模扼流圈，抑制低頻共模干擾；電容流圈，抑制低頻共模干擾；電容C1抑制差模干擾；電容抑制差模干擾；電容C2、C3抑制高頻共模和差模干擾。抑制高頻共模和差模干擾。 1. 電網(wǎng)干擾抑制技術(shù)電網(wǎng)干擾抑制技術(shù)14

12、.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院 2. 直流電源干擾抑制技術(shù)直流電源干擾抑制技術(shù) 直流電源干擾的抑制可采用直流電源濾波器。直流電源干擾的抑制可采用直流電源濾波器。 C1、C3、C5、C7為電解電容，用來濾除低頻干擾；為電解電容，用來濾除低頻干擾；C2、C4、C6、C8為為陶瓷電容，用來濾除高頻干擾。陶瓷電容，用來濾除高頻干擾。14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院14.3.4 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 在內(nèi)嵌微處理器的測控系統(tǒng)中，可采用硬件與軟件在內(nèi)嵌微處理器的測控系統(tǒng)中，可采用硬件與軟件(數(shù)字數(shù)字濾波濾波P252)相結(jié)合的

13、抗干擾技術(shù)。相結(jié)合的抗干擾技術(shù)。 對于外部環(huán)境中偶然因素引起的突變性擾動或內(nèi)部不對于外部環(huán)境中偶然因素引起的突變性擾動或內(nèi)部不穩(wěn)定引起誤碼等造成的尖脈沖干擾，常采用限幅濾波法和穩(wěn)定引起誤碼等造成的尖脈沖干擾，常采用限幅濾波法和中值濾波法等。中值濾波法等。 對于小幅度高頻噪聲，如電子器件熱噪聲、量化噪聲對于小幅度高頻噪聲，如電子器件熱噪聲、量化噪聲等，常采用算術(shù)平均濾波法、滑動平均濾波法、加權(quán)平均等，常采用算術(shù)平均濾波法、滑動平均濾波法、加權(quán)平均濾波法和復合濾波法。濾波法和復合濾波法。14.3 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)河南科技大學機電學院河南科技大學機電學院小小 結(jié)結(jié) 在研究傳感器的基本原理、基本特性、信號在研究傳感器的基本原理、基本特性、信號調(diào)理電路及應(yīng)用的同時，有必要探討傳感器的選擇、調(diào)理電