传感与检测技术-项目三 检测电路基本知识

任务一明确检测电路的作用１.检测和转换电路的作用完成传感器输出信号处理的各种接口电路统称为传感器检测电路.传感器检测电路利用传感器把被测量信息捡取出来,并转换成测量仪表或仪器所能接收的信号,再进行测量以确定量值;或转换成执行器所能接收的信号,实现对被测物理量的控制.２.对检测和转换电路的要求(１)尽可能提高包括传感器和接口电路在内的整体效率,为了不影响或尽可能少地影响被测对象本来的状态,要求从被测对象上获得的能量越小越好.下一页返回任务一明确检测电路的作用(２)具有一定的信号处理能力.(３)提供传感器所需要的驱动电源.(４)尽可能完善抗干扰和抗高压冲击保护机制.这种机制包括输入端的保护、前后级电路隔离、模拟和数字滤波等.上一页返回任务二选用检测和转换电路１.阻抗匹配器传感器输出阻抗都比较高,为防止信号的衰减,常常采用高输入阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入测量系统的前置电路.常用的阻抗匹配器有半导体管阻抗匹配器、场效应管阻抗匹配器、运算放大器阻抗匹配器.半导体管阻抗匹配器实际上是一个半导体管共集电极电路,又称为射极输出器.场效应管是一种电平驱动元件,栅漏极间电流很小,其输入阻抗高达１０１２Ω,可作阻抗匹配器.２.电桥电路电桥电路是传感器检测电路中经常使用的电路,主要用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流.电桥电路分直流电桥电路和交流电桥电路.下一页返回任务二选用检测和转换电路１)直流电桥直流电桥的基本电路如图１-２所示.它是由直流电源供电的电桥电路,电阻构成桥式电路的桥臂,桥路的一对角线是输出端,一般接有高输入阻抗的放大器.在电桥的另一对角线节点上加有直流电压.２)交流电桥电感式传感器配用的交流电桥如图１-３所示.其中Z１和Z２为阻抗元件,它们可以同时为电感或电容,电桥两臂为差动方式,又称为差动交流电桥.在初始状态时,Z１＝Z２＝Z０,电桥平衡,输出电压Uout＝０.３.放大电路传感器的输出信号一般比较微弱,因而在大多数情况下都需要放大电路.除特殊情况外,目前检测系统中的放大电路一般都采用运算放大器构成.上一页下一页返回任务二选用检测和转换电路１)反相放大器图１-４(a)所示为反相放大器的基本电路.反相放大器的输出电压为２)同相放大器图１-４(b)所示为同相放大器的基本电路.同相放大器的输出电压为同相放大器的输出电压与输入电压同相,而且其绝对值也比反相放大器多１.上一页下一页返回任务二选用检测和转换电路３)差动放大器图１-４(c)所示为差动放大器的基本电路.差动放大器的输出电压为差动放大器最突出的优点是能够抑制共模信号.４.电荷放大器压电式传感器输出的信号是电荷量的变化,配上适当的电容后,输出电压可高达几十伏到数百伏,但信号功率很小,信号源的内阻很大.因此,压电式传感器使用的放大器应采用输入阻抗高、输出阻抗低的电荷放大器.上一页下一页返回任务二选用检测和转换电路电荷放大器是一种带电容负反馈的高输入阻抗、高放大倍数的运算放大器.图１-５所示为用于压电传感器的电荷放大器的等效电路.电荷放大器输出电压Uout只与电荷Q和反馈电容Cf有关,而与传输电缆的分布电容无关.但是,测量精度却与配接电缆的分布电容C０有关.５.传感器与放大电路配接的示例图１-６所示为应变片式传感器与测量电桥配接的放大电路.应变片式传感器作为电桥的一个桥臂,在电桥的输出端接入一个输入阻抗高、共模抑制作用好的放大电路.当被测物理量引起应变片电阻变化时,电桥的输出电压也随之改变,以实现被测物理量与电压之间的转换.上一页下一页返回任务二选用检测和转换电路６.噪声的抑制在非电量的检测及控制系统中,往往混入一些噪声干扰信号,它们会使测量结果产生很大的误差,这些误差将导致控制程序的紊乱,从而造成控制系统中的执行机构产生错误动作.因此,在传感器信号处理中,噪声的抑制是非常重要的.上一页返回图１-２直流电