中国计量测控技术综合实验信号调理电路分析.docx

测控技术应用实践项目设计报告课程名称: 测控技术应用实践 项目名称: 综合实验信号调理电路 专 业: 测控技术与仪器 班 级: 测控144 组 号: 组 员: 田皓文 组 员: 陆天麒 组 员: 王权 组 员: 王敏康 组 员: 朱皓扬 指导教师: 邵铁锋 教师评分: 2017年 4月 18日摘要：31 引言32设计图总览43 原理41.放大42.衰减43.隔离54.多路复用55.过滤56.激励54电路设计（参数计算）51.电源变换电路52.电源极性保护电路63.一级放大电路示意图64.二阶有源带阻滤波电路75.二级电平调整电路85响应效果91.电源变换电路双通道波形图2.有无噪声96.误差分析107.元器件清单108总结10综合实验信号调理电路摘要： 本文主要介绍了信号调理电路的设计。其中包含了放大电路，二阶有源带阻滤波电路，二级电平调整电路。总的来说，该设计是切实可行的。1 引言 信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等.但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。信号调理将您的数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过帮助您直接连接到广泛的传感器和信号类型(从热电偶到高电压信号)来实现的。关键的信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10倍。信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等)来改变输入的讯号类型并输出之。因为工业信号有些是高压，过流，浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清之。一般的采集卡上都带有可编程的增益，但具体要不要作信号调理，要视待采信号的特点而定，若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。2设计图总览3 原理1.放大放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟数字转换器（ADC）的范围，从而提高测量精度和灵敏度。此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号噪声比。2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压（即将被数字化的）超过数字化仪输入范围时是十分必要的。这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。衰减对于测量高电压是十分必要的。3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。5.过滤滤波器在一定的频率范围内去处不希望的噪声。几乎所有的数据采集应用都会受到一定程度的50Hz或60Hz的噪声（来自于电线或机械设备）。大部分信号调理装置都包括了为最大程度上抑制50Hz或60Hz噪声而专门设计的低通滤波器。6.激励激励对于一些转换器是必需的。例如，应变计，电热调节器，和RTD需要外部电压或电流激励信号。通常RTD和电热调节器测量都是使用一个电流源来完成，这个电流源将电阻的变化转换成一个可测量的电压。应变计，一个超低电阻的设备，通常利用一个电压激励源来用于惠斯登（Wheatstone）电桥配置。4电路设计（参数计算）1.电源变换电路输出供LMD358运行的电压2.电源极性保护电路保护电路，一劳永逸。3.一级放大电路示意图参数计算:Au=-Rf1/R4=-20 uo(1)=-20*ui4.二阶有源带阻滤波电路参数计算：.中心频率(f0):=100hz (f0)=1/（2*R*C）.容值:C5=C6=100nF C7=2*C5=200nF.输入端负载:R3=R5=1/（2*C*f0）15.92K R6=R3/2=7.96.阻带宽度:B=Dlim（f0fp） D =0（带宽趋于0hz）.通带增益:Aup2 fp=f0*sqrt（2-Aup）2+1（2-Aup）.内部增益:Au=Aup=2 Rf2=R7=1K.uo(2)=2*uo(1)5.二级电平调整电路参数计算:一级电平调零电路:U=12.24V*（1/30）=400mvuo(3)=-(uo(2)*Rf3/R10)+(U*Rf3/R9) uo(3)=-uo(2)+400mv（代入参数后）二级电平调整电路uo(4)=-uo(3)*Rf4/R11uo(4)=-5uo(3)（代入参数后）5响应效果1.电源变换电路双通道波形图2.有无噪声无噪声输入Vpp=70mv直流电 输出-12V 输入Vpp=0mv直流电 对应输出0mv 噪声输入输入f=100hz Vpp=10mv噪声后滤波波特图6.误差分析1. 仿真系统本身带有的误差。（多次手动调整输入，使得输出逼近给定值。）2. 滤波电路输入电阻取用近似值带有误差。（通过调整电平调零电路尽量中和掉该误差。）7.元器件清单8总结在课题发布后，我们结束了自己课余时的安逸享乐，随之开启了紧张刺激的恶补电路知识的生活。耗时一个礼拜，我们小组每个人分工