第3篇 检测信号处理.ppt

第3章 检测信号处理 对于输出量为电参量传感器，必须将这些输出 量转换为电压或电流量。 常见的信号处理电路有电桥电路、放大电路、滤 波电路、调制解调电路、相敏检波电路等。 信号处理 在事件变化过程中抽取特征信号，经去干 扰、分析、综合、变换和运算等处理，从而 得到反映事件变化本质或处理者感兴趣的的 信息的过程。 分模拟信号处理和数字信号处理。 电桥电路具有灵敏度高、测量范围宽、容易实现 温度补偿等优点，因此在测量电路 中广泛应用。 电桥电路可以方便地检测出某些电参量的微小变 化，并将电参量的变化借助于电桥转换为相应的电压 或电流的变化输出。 此外，电桥电路还可以方便进行测量电路的零点 调节。电桥电路的桥臂电阻可为固定电阻，也可为其 他类型的可变电阻(如应变电阻、热电 阻等) ，交 流电桥中桥臂电阻则可以是电容、电感等。 电桥根据电源的性质分为直流电桥和交流电桥两 种。 由于这两种电桥 转换原理一样，基本公式也有相 似的表达方式，本节主要以直流电桥为例来分析其 工作原 理和特性。 直流惠斯登电桥，它的四个桥臂由固定电阻R1、 R2、 R3 、 R4组成，A、C端接直流电源，称作供 桥端，B、D为输出端。 上式为电桥转换原理的一般形式，从中可得到 电桥的重要特性，通常也称为加减特性。 三、电桥常用工作方式 电桥有4个桥臂，假设用1个应变片组成 一个测量电桥？用2个应变片组成一个测量电 桥？用4个应变片组成一个测量电桥？ 下面我们对上述情况分别做分析。 2.半桥工作 当电桥有两个桥臂为工作臂，其余两臂为固 定电阻时，称为半桥工作。 半桥工作有两种情况： 一种是两相邻臂工作， 一种是两相对桥臂工作。 四、交流电桥 直流电桥虽然有不少优点，但是其输出量须采用 直流放大器加以放大，而直流放大器容易产生零点 漂移。 如果桥臂是由电感、电容式传感器提供信号，就 要采用交流电桥，因此交流电桥的应用更广泛。 交流电桥电路结构形式与直流电桥相同，但供桥 电压是采用交流电源; 桥臂可以是纯电阻，也可以是含有电容、电感的 交流阻抗。 交流电桥输出电压公式及平 衡条件的推导过程与直流电 桥基本相同，表达式的形式类 似，只是用复阻抗的来表示。 2、交流电桥的使用注意事项 交流电桥的平衡由两个条件决定，供桥电源的稳定性将影响平衡调节，因此对交流电桥的供桥电源、要求较高，其必须具有良好的电压波形和频率稳定性。 电压波形会影响其输出灵敏度; 电压频率会影响电桥的平衡，因为交流阻抗计算中均包含有电源频率的因子，所以当电源频率不稳定或电压波形畸变时，交流阻抗值就会发生变化，从而给电 桥的平衡带来困难。 电桥的供桥电源一般采用频率范围5～10kHz的交流电源，此时频率高，外界工频干扰不易从线路中引人，能获得较好的一定频带宽度的频率响应。此外，因电桥输出为调制波，容易消除放大电路中的零点漂移。 五、变压器式电桥 变压器式电桥将变压器中感应耦合的两线圈绕 组作为电桥的桥臂，平衡时有 ZlZ3=Z2Z4 ，如果任 一桥臂阻抗有变化，则电桥有电压输出。 1、连接导线的补偿 实际应用中，传感器与所接的电桥要相隔一定的距离，这样连接导线会给电桥的一个桥臂引 入附加的阻抗，由此会带来测量误差。 2.电桥灵敏度的调节 使用中常由于下述原因对电桥的灵敏度作调节: 1) 衰减大于所需电平的输入量; 2) 在系统标定和读出仪器刻度之间提供一种便利的关系; 3) 通过调节使各传感器的特性能适合预校正过的系统; 4) 为控制诸如温度效应这样的外部输入提供手段。 图示为一种调节电桥灵敏度的方法。在输入导线 上加入一可变的电阻Rs。 假设电桥所有桥臂的电阻值均为R，则由电压源 所看到的电阻值亦将为R。 因此若串联一电阻Rs， 根据分压电路原理，其表达式为： 传感器的测量电路是由传感器的类型而决定的， 不同的传感器具有不同的输出信号。 从能量的观点看，传感器可分为两种。 1、能量控制型(也称有源传感器)。 物理量输入、电激励源输入和电能输出三个能量口。 实际上，由输入物理量调制激励源。 此类传感器(如电阻应变式传感器、电容式传感器) 一般需配置电桥电路，从而得到电压、电流信号或 调制信号。 2、能量转换型(也称无源传感器) 能量转换型传感器大多只有一个物理量输入口和 一个电能输出口。如光电池、压电式传感器等。 反相输入中，由于