工业领域被测信号的特点与分类

1、工业领域被测信号的特点与分类 模拟电子技术工业领域被测信号的特点与分类1.1 电量和非电量的测量 电量的测量 工程中所遇到的被测量，有一部分是电量，如电压、电流、电荷、频率等等。电压的测量可直接通过放大器来完成，电流经过一个电阻即可转换为电压，电荷、电频率等也可以通过特定的电路转换为电压。 非电量的测量 工程中还遇到大量的被测量是非电量，例如压力、应力、温度、流量、流速、位移、液位、速度、加速度、振动、转速、光强度、光波长等等。非电量不能直接用放大器进行测量，通常的做法是通过一个装置将被测的非电量转换为与被测量有确定关系的电量，然后通过该电量的测量求出非电量，最后完成非电量的测量。 工业领域被

2、测信号的特点与分类1.1 电量和非电量的测量 传感器 用来将被测非电量转换为电量输出的特殊装置称为传感器，对各种非电量进行测量的原理如图所示。传感器将被测的非电量转换为电量输出，这一电量与被测的非电量之间存在着正比或其他确定的比例关系，因此根据传感器输出的电量，就可以求出被测非电量的大小。 工业领域被测信号的特点与分类1.2 工程测量中被测信号的特点 在工程测量中的被测信号，无论是直接测量的电量还是由传感器转换后输出的电量，其特性都可以通过幅度、信号源内阻、信号频率特性和伴随的共模干扰等四个方面进行描述。不同的被测信号，上述四个方面的特性各有差异，这些差异直接影响着被测量的测量技术和方法。1、

3、信号的大小，也称被测信号的幅度一个信号能否通过运算放大器有效地放大，并不决定于待测信号的大小，而决定于信号是否显著地大于该运算放大器的输入噪声电压。工程上存在大量100V以下的信号，我们称其为微弱信号，这些信号无法通过通用型的运算放大器进行放大和测量。 工业领域被测信号的特点与分类1.2 工程测量中被测信号的特点工程测量中的弱信号：心电信号 50V1mV 脑电信号 10V300V 肌电信号 20V10mV眼电 50V5mV 热电偶传感器输出信号： 温度变化一度所产生的热电偶输出电压变化约40V左右。用于测量高温的铂/铂铑合金热电偶，温度变化一度所引起的输出电压变化只有6.5V。 工业领域被测信

4、号的特点与分类1.2 工程测量中被测信号的特点2、信号源内阻信号源的内阻如果比放大电路的输入电阻大得多时，实际放大倍数将大大下降。为了减弱信号源内阻对测量的影响，放大电路的输入电阻应该大于大于信号源内阻。被测量的内阻决定于被测对象和所使用的传感器的性质，许多情况下，其内阻有很高的数值。例如用石英晶体和压电陶瓷传感器测量超声波；常用的话筒；对人体进行心电检测时，心电信号的内阻等。为了有效地测量这些信号，放大电路应该具有比信号源内阻更高的输入电阻，但通用型运放的差动输入电阻在0.12M之间，2M的输入电阻对于石英晶体和压电陶瓷等传感器来说，明显太小。 由于大量高内阻信号的存在，从输入电阻来看，通用

5、型的运放也不能满足工程测量的要求。 工业领域被测信号的特点与分类1.2 工程测量中被测信号的特点3、存在各种干扰信号科学和工业测量的现场环境很复杂，被测信号常需要通过长距离的传输，除有用信号外，经常会出现一些与被测信号无关的电流或电压，即为我们所说的干扰信号。干扰的来源很多，包括热噪声、温度效应、振动的影响等，但主要的是电气干扰，电气干扰的存在使得信号的测量变得更为困难。电气干扰分为差模干扰和共模干扰，差模干扰可以通过输入连接线屏蔽、绞合等方法来降低，而共模干扰仍然存在，而且常达到110V，甚至更高。通用运放的共模抑制比为7090dB，如果被测信号幅度1mV，共模干扰信号达到10V时，使用通用

6、运放就无法进行有效的放大。 工业领域被测信号的特点与分类1.2 工程测量中被测信号的特点4、信号的频率特性任何一个周期信号，将其分解为一系列正弦波的叠加时，常常只需要保留前面低频段的有限个谐波就足以满意地复原出原来的信号。这些有限的谐波就组成了该周期信号的频谱，一个信号的频谱决定了该信号的频带宽度，简称信号的频宽。例如人体主动脉压力波的频宽是120Hz，声音信号频宽20Hz20KHz，电视图象信号的频谱宽为6MHz。 通用运放只能用于放大音频信号，如果一个信号的频带宽度超过100kHz，就不能用通用运放对其进行放大。 工业领域被测信号的特点与分类1.3 工程测量中被测信号的分类根据前面关于工程

7、中被测量信号特点的分析，可以将被测信号分成以下几类，由于信号性上的差异，对各类信号进行测量时需要使用不同类型的集成运算放大电路： 1、能采用通用型运放进行放大、测量的小信号这类信号的幅度在200V以上，内阻小于20k，所伴随的共模干扰信号小于0.1V，频带宽度在20 kHz（音频）以下；2、微弱信号幅度小于200V的信号，需要采用高精度运算放大器进行放大；3、高内阻的信号 信号源内阻高于20 k时应采用高输入电阻的运算放大器进行放大； 工业领域被测信号的特点与分类1.3 工程测量中被测信号的分类根据前面关于工程中被测量信号特点的分析，可以将被测信号分成以下几类，由于信号性上的差异，对各类信号进行测量时需要使用不同类型的集成运算放大电路： 4、宽频带（高频）信号信号带宽超过音频范围（大于20 kHz）时，需要采用宽带运算放大器进行放大；5、高内阻、高共模干扰的微弱信号工程测量中还存在许多同时具有信号微弱、内