申忠如电气测量技术电工量计 第六章

16．传感器信号的预处理6.1为什么要对传感器输出的信号进行预处理？6.2常用的信号预处理技术6.3线性化处理技术（1）常见的非线性类型

a.指数函数型—b.多项式代数函数型—c.反比函数型—6．传感器信号的预处理6.3线性化处理技术（2）基本思想和处理方法

①消除非线性因子②校正或补偿非线性环节。方法1：在非线性器件之后另外插入一个非线性器件——线性化器，使二者的组合特性呈线性关系.线性化器通常是用集成运算放大器组成函数发生器来逼近所需要的非线性特性.方法2：采用非线性A/D转换器.方法3：采用标度系数可变的乘法器.方法4：用软件实现线性化.6．传感器信号的预处理（3）线性校正环节特性的获取方法

解析法和图解法①解析法非线性器件线性化器xy=f(x)z=φ(y)函数及其反函数曲线f(x)x、y0f(x)f-1

(y)45°f-1

(y)图5.35图解法求线性校正特性123431323334传感器输入输出特性曲线U1=f1(x)

U2=GU1放大器输入输出特性曲线U0=K

x期望系统的输入输出特性曲线U0=f2(U2

)线性化器的输入输出特性曲线6．传感器信号的预处理②图解法⑤由第2象限各点作x轴垂线，再由第4象限各点作x轴平行线，两者在

第3象限的交点连线即为线性校正环节的非线性特性曲线.①将传感器的输入-输出特性曲线U1=f1(x)画在第1象限，横坐标表示被测量x，纵坐标表示传感器的输出U1；②将放大器的输入-输出特性曲线U2=GU1画在第2象限，横坐标表示放大器的输出U2

，纵坐标表示放大器的输入U1；③将测量系统所期望得到的线性特性曲线U0=K

x画在第4象限，横坐标为输入x，纵坐标为输出U0;④将x轴分成n段，由点1，2，…，n各作x轴垂线，分别与U1=f1(x)曲线及第4象限中曲线交于11，12，13，…，1n及41，42，43，…，4n

各点.然后从第1象限中这些点作x轴平行线与第2象限曲线U2

=GU1交于21，22，23，…，2n各点;图解法的步骤——

6．传感器信号的预处理6．传感器信号的预处理（4）非线性校正电路设计x—线性化器的输入量；y—线性化器的输出量；K

i—该段直线的斜率；C

i—该段直线的初值..①折线逼近法的原理xy折线逼近曲线0

用集成运算放大器组成函数发生器,使它的函数与被校正的非线性函数或特性曲线合成为一个线性函数.

模拟硬件线性化的基本思想——

6．传感器信号的预处理②折线逼近法的实现电路

分段逼近原理电路及其特性VO0ViV1V2V3(b)ViR1V0=-IfRf(a)输入VnV3V1V2R2DnD3D2I1RnR3I2I3InIfA输出（V1＜V2＜…＜Vn）…RfD1b.当V1＜Vi＜V

2时，D1导通，a.当Vi＜V1时,所有二极管都截止，V0=0;6．传感器信号的预处理c.当V2＜Vi＜V

3时，D1和D2导通ViR1V0=-IfRf(a)输入VnV3V1V2R2DnD3D2I1RnR3I2I3InIfA输出（V1＜V2＜…＜Vn）…RfD1分段逼近原理电路及其特性VO0ViV1V2V3(b)本章小结（1）传感器是把被测量变换为有用信号的一种装置,它包括敏感元件、

变换电路和辅助机构.（2）变送器是输出标准信号的传感器.通用标准信号:电流信号0~10mA或4~20mA，电压信号0~5V.

（3）传感器的特性参数主要有-线性度、迟滞、重复性、灵敏度、阈值、分辨力、稳定性等.（4）温度传感器按其是否与被测物体接触分为接触式和非接触式两种.（5）热电偶工作的物理基础是“热电效应”，它是由两种不同的导体连接成一闭合回路而制成的温度计.

（6）热电偶的4个基本定律-均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律和冷端延长线定律.它们是正确使用热电偶的条件.（7）“冷端延长线”又叫补偿线，是指在一定温度范围内和热电偶具有相同热电特性的便宜材料A′、B′做成的延长线。本章小结（8）由于-

①

热电偶分度表都是以冷端温度为0℃时给出的，如欲直接利用分度表根据显示仪表的读数求得温度，必须使冷端温度保持为0℃；②冷端温度难以稳定在0℃.所以要进行冷端补偿.（9）冷端补偿方法有冷端延长线、冷端恒温、冷端补偿器（补偿电桥）.

（10）热电偶使用注意事项…（11）热电偶的测温误差…（12）基于热电偶的测温仪表的校准方法…（13）集成温度传感器AD590和LM35输出信号分别是电流信号和电压信号，前者与K成正比（1μA/K），后者与℃成正比（10mV/℃）.（14）红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成，它是一种非接触测温方法.

（15）霍尔传感器基于霍尔效应的磁电式传感器，属于非接触式传感器，它在电压、电流、微弱磁场、微位移等检测方面有广泛的应用.（16）理解霍尔元件的基本参数是正确设计和使用霍尔传感器的前提.本章小结（17）直检式霍尔传感器与补偿式霍尔传感器的区别（结构和性能）是…

（18）为了充分发挥霍尔传感器的性能，在使用霍尔电流传感器时，应尽量使I1N1=额定安匝比，在使用霍尔电压传感器时，应尽量使

U1/R1=初级额定工作电流.（19）电磁式互感器存在磁饱和问题，电压互感器副边不允许短路，必须在原副边串入保险丝或保护电阻；电流互感器副边不允许开路，更换仪表时首先将互感器副边短路.（20）常用的信号预处理技术有信号滤波、隔离、线性化和规格化.（21）线性化处理的基本思想—根据欲处理单元的非线性特性，用解析法或图解法求得线性校正环节的的特性，然后通过电路或软件实现线性化.本章思考题（1）热电偶的4个基本定律是（）、（）、（）、（）；（2）热电偶的4个基本定律的应用价值；（3）热电偶使用中为什么要进行冷端补偿？（4）什么是热电偶的冷端延长线？如何正确使用冷端延长线？（5）传感器一般由（）、（）和（）三部分组成；（6）AD590的测温原理和应用；（7）选择传感器时，通常应注意它的那些特性与参数？（8）霍尔电压、电流传感器的使用方法和注意事项。（基本参数、应用原理图、有关参数设计）（9）电压互感器和电流互感器的使用注意事项.

电压互感器实际上是一个（）变压器.

电流互感器实际上是一个（）变压器.

5．常用传感器的原理及其应用作业：一补偿式霍尔电压传感器参数为：工作电源±15V，输入额定电流10mA，输出额定电流50mA，额定负载电压5V.试问如何用其测量一小于500V的直流电压？JVV+V-+H-HM第六章检测电路1.常用元器件基础1.1电阻、电容、电感及其应用1.1.1电阻（1）类型①按阻值—

固定电阻、可变电阻②

按材料—③按用途—高压电阻、无感电阻、功率电阻、光敏电阻．．．碳膜电阻:价格便宜,精度低（±5%~±20%）,适用温度低（40℃）金属膜电阻:价格适中,精度一般（±5%~±10%）适用温度较高（70℃）金属氧化膜电阻:价格适中,精度一般（±5%—±10%）适用温度高(200℃)线绕电阻:价格较高，精度高(0.005%),温度特性好。但频率特性差.④按安装—贴片电阻．．．1.常用元器件基础1.1.1电阻（1）类型1.常用元器件基础（2）主要参数标称阻值，额定功率，分布参数，精度，温度系数等.

（3）等效电路C电阻的等效电路R0L

Z=（R0+ZL）//ZC

ZL=jωL

，ZC=1/jωC1.常用元器件基础（4）应用（5）注意事项①分压、取样；②限流；③均压、均流；④泄放、吸收.①应根据具体应用场合，选择合适的电阻，注意分布参数的影响.②“热噪声”对微弱信号检测的影响.③

电阻上实际消耗的平均功率，应小于其额定功率的确1/2.1.常用元器件基础1.1.2电容③

按用途高压电容、脉冲电容、储能电容②

按结构电解电容、非电解电容可变电容

④

按安装…①

按使用材料瓷片、云母、聚四氟乙烯、涤纶、聚碳酸脂、纸介、钽、钛…（1）类型1.常用元器件基础（2）主要参数电容量，额定电压，工作温度，分布参数（等效串联电阻ESR、等效电感），品质因素Q、精度…（3）等效电路RLC电容的等效电路RLESRESR—极板、引线及它们之间的接触电阻

Z0f1.常用元器件基础（4）应用（5）注意事项①储能；②滤波；③隔直；④耦合；⑤吸收；⑥定时.①连接时注意极性；②使用时不能超过额定电压；③电解电容一般不能用于快充快放，只能在额定纹波下使用；④温度、频率对电容特性的影响.1.常用元器件基础▲555定时器

充电时间：T1=0.693(R2+R3)C1放电时间:T2=0.693R3•C1定时周期:T=T1+T2=0.693(R2+2R3)C1

1.常用元器件基础▲CD4060（14位二进制串行计数/分频器和振荡器）14级分频器RSRTCT910111.常用元器件基础1.1.3电感（1）类型空芯电感、铁芯电感、可调电感、固定电感、滤波电感、调谐电感.

1.常用元器件基础（2）主要参数电感量，直流电阻，额定电流，分布参数，品质因素Q等.（3）等效电路电感的等效电路RTLCPRWRT-磁芯损耗引起的等效并联电阻CP-绕组的分布电容RW-由于绕线和端子引起的串联电阻

L-器件的理想电感固有谐振频率—1.常用元器件基础（4）应用（5）注意事项①滤波；②限流；③储能；④调谐...①

防止饱和.②L与C往往共同存在，易在电路中形成振荡.③注意电感瞬变的危险.1.常用元器件基础振荡过冲▲电阻分布参数的影响1.常用元器件基础1.2二极管、三极管及其应用1.2.1二极管（1）类型功率二极管、检波二极管、整流二极管、稳压二极管开关二极管、阻尼二极管、发光二极管、光电二极管恒流二极管、热敏二极管、光敏二极管、磁敏二极管1.常用元器件基础（2）主要参数Cb—PN结的结电容①

额定电压、额定电流②截止频率RS—PN结的体电阻③结压降④正向直流电阻RD⑤反向击穿电压VBR⑥最高反向工作电压VRM⑦最大反向电流IBR⑧最大整流电流IM（3）应用（4）注意事项①整流；②隔离；③箝位、限幅；④逻辑电路；⑤LED使用.①额定参数;②频率特性.1.常用元器件基础1.2.2三极管（1）类型普通三极管、大功率三极管GTR、场效应管FET、绝缘栅双极晶体管IGBT．．．．．．1.常用元器件基础1.2.2三极管（2）主要参数（3）应用（4）注意事项④

驱动条件；①

额定电压、额定电流；②

允许功耗、工作温度；③

放大倍数；⑤

饱和管压降.①

电流放大（功率放大）;②各种开关①选择参数必须留有一定的余量②驱动条件③

散热和保护1.常用元器件基础1.3运算放大器及其应用（1）主要参数①电源指标（单、双，范围，静态功耗）②转换速率（V/μs）、频带宽度③电压增益⑥工作环境④输入偏置电流、输入失调电流、输入失调电压⑤

CMRR⑦功耗（静态和动态）.1.常用元器件基础（2）类型①通用型:LM741、LM358②高精度型：μА725、T