1、2022-3-31第八章 傳感檢測系統的構成 通過本章的學習，了解傳感檢測系統通過本章的學習，了解傳感檢測系統的組成及檢測系統的抗干擾問題；掌握的組成及檢測系統的抗干擾問題；掌握電橋、調制與解調器、濾波器、電橋、調制與解調器、濾波器、A/D及及D/A轉換器的工作原理及用途；了解傳轉換器的工作原理及用途；了解傳感器與微機的連接通道。感器與微機的連接通道。2第一節第一節 傳感檢測系統的組成傳感檢測系統的組成 傳感器傳感器信息傳輸接信息傳輸接口口信息分析處信息分析處理理控制顯示記控制顯示記錄錄中間轉換電中間轉換電路路 被測對象被測對象 傳感檢測系統通常由傳感器、中間轉換（信號調理）傳感檢測系統通常由

2、傳感器、中間轉換（信號調理）電路、微機接口電路、分析處理及控制顯示電路等部電路、微機接口電路、分析處理及控制顯示電路等部分組成，分別完成信號的獲取、轉換（調理）、傳輸、分組成，分別完成信號的獲取、轉換（調理）、傳輸、分析處理、顯示記錄等功能。分析處理、顯示記錄等功能。微機、I/O接口、外設2022-3-33 第二節第二節 電橋電橋 電橋是把電阻、電感和電容等原件參電橋是把電阻、電感和電容等原件參數轉換成電壓或電流的一種測量電路。這數轉換成電壓或電流的一種測量電路。這種測量電路簡單直接，而且精度和靈敏度種測量電路簡單直接，而且精度和靈敏度都較高，在檢測系統中應用較多。都較高，在檢測系統中應用較多

3、。電橋的分類：電橋的分類：按采用的電源：直流、交流按采用的電源：直流、交流按工作方式：平衡、不平衡按工作方式：平衡、不平衡按被測電阻接入方式：單臂、差動按被測電阻接入方式：單臂、差動2022-3-34一、電橋工作原理一、電橋工作原理 1. 直流電橋直流電橋433211RRRRRREUoR1R2R4R3ACBEDIoRLUo直流電橋 當當RL時，電橋輸出電壓為時，電橋輸出電壓為 第二節第二節 電橋電橋2022-3-35當電橋平衡時，當電橋平衡時，Uo=0，則有，則有 R1R4=R2R3或或 4321RRRR電橋平衡條件：電橋平衡條件：欲使電橋平衡，欲使電橋平衡， 其相鄰兩臂電其相鄰兩臂電阻的比值

4、應相等，阻的比值應相等， 或相對兩臂電阻的乘積應相或相對兩臂電阻的乘積應相等。等。 電橋平衡條件電橋平衡條件2022-3-36 引入原因：由于應變電橋輸出電壓很小，引入原因：由于應變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產生零一般都要加放大器，而直流放大器易于產生零漂，因此應變電橋多采用交流電橋。漂，因此應變電橋多采用交流電橋。 Z1UoU(a )Z2Z3Z4R1R2R4R3oUC1C2U(b )交流電橋輸出交流電橋輸出： 2.交流電橋交流電橋 2022-3-37電橋平衡條件電橋平衡條件：Uo=0，即，即 Z1Z4=Z2Z3 33224411ZZZZ有有: 3241ZZZZ324

5、1 交流電橋的平衡條件必須同時滿足阻抗的模交流電橋的平衡條件必須同時滿足阻抗的模和幅角兩個條件。和幅角兩個條件。2022-3-381.分類分類 按所用電源分：直流電橋、交流電橋按所用電源分：直流電橋、交流電橋 按電橋工作方式分：平衡電橋、不平衡電按電橋工作方式分：平衡電橋、不平衡電橋橋 按被測電阻的接入方式分：單臂電橋、差按被測電阻的接入方式分：單臂電橋、差動電橋動電橋 二、電橋的分類與應用二、電橋的分類與應用2022-3-39單、雙差動電橋單、雙差動電橋 R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4減小和消除非線性誤差的方法減小

6、和消除非線性誤差的方法2022-3-310 2.電橋的應用電橋的應用 （1）平衡狀態的應用平衡狀態的應用基于零測法基于零測法適于測量靜態值適于測量靜態值 （2）不平衡狀態的應用）不平衡狀態的應用基于偏差測量法基于偏差測量法 可測量動態值與靜態值可測量動態值與靜態值 常態時電橋平衡，輸出電壓為零；常態時電橋平衡，輸出電壓為零； 測量時，被測物理量引起橋路電阻變化，電測量時，被測物理量引起橋路電阻變化，電橋失去平衡，輸出電壓隨被測物理量的變化而橋失去平衡，輸出電壓隨被測物理量的變化而變化變化2022-3-311 2022-3-312 解解(1)根據電橋平衡原理有：根據電橋平衡原理有：RBR0=2R

7、0Rt RB=2Rt=4R0（1+0.01t） (2)當當t=20時，時， RB=4R0（1+0.01t）=48k 當當t=40時，時， RB=4R0（1+0.01t）=56k RB的變化范圍為的變化范圍為48k 56k2022-3-313三、電橋的工作特性指標三、電橋的工作特性指標1.電橋的靈敏度電橋的靈敏度 當某一橋臂電阻變化當某一橋臂電阻變化R，其它橋，其它橋臂固定不變時，則電橋輸出電壓臂固定不變時，則電橋輸出電壓Uo有一變化量有一變化量U，電橋的靈敏度規定電橋的靈敏度規定為電壓的相對變化量與電阻的相對為電壓的相對變化量與電阻的相對變化量之比，變化量之比，即即: RRUUKus/0202

8、2-3-314 2.電橋的非線性誤差電橋的非線性誤差 電橋的電橋的非線性誤差定義非線性誤差定義為：為： 式中，式中，U0為電橋的實際輸出電壓；為電橋的實際輸出電壓；U0S為電橋的線性化輸出電壓（理想輸為電橋的線性化輸出電壓（理想輸出電壓）。出電壓）。000UUUSf2022-3-315 （1）單臂電橋分析單臂電橋分析 當橋臂電阻當橋臂電阻R1有一變化量有一變化量R1，其它橋臂，其它橋臂固定不變時，則電橋失去平衡，輸出電壓固定不變時，則電橋失去平衡，輸出電壓Uo為：為： 341211113443211414332111111)(RRRRRRRRRRUsRRRRRRRUsRRRRRRRRUsUo2

9、022-3-316 令令=R1/R1，當橋臂電阻，當橋臂電阻R1=R2，R3= R4時，時，上式為：上式為： 忽略分母上的忽略分母上的/2，可得線性輸出電壓為：，可得線性輸出電壓為：UsUsRRRRUsUo)2/1 (4)2(2221111UsUos42022-3-317 則電橋的則電橋的非線性誤差非線性誤差為：為： 顯然，輸入變化量越大，非線性誤顯然，輸入變化量越大，非線性誤差越大。差越大。 單臂電橋的輸出電壓靈敏度為：單臂電橋的輸出電壓靈敏度為：21000UUUSf41/0UsURRUsUKusS2022-3-318（2）差動半橋：在試件上安裝兩個工作應變片，一個）差動半橋：在試件上安裝兩

10、個工作應變片，一個受拉應變，一個受壓應變，受拉應變，一個受壓應變， 接入電橋相鄰橋臂。接入電橋相鄰橋臂。 該電該電橋輸出電壓為橋輸出電壓為 433221111RRRRRRRRRUsUo若若R1=R2，R1=R2，R3=R4，則得，則得 112RRUsUo顯然：顯然：Uo與與R1/R1成成線性線性關系，無非線性誤差，關系，無非線性誤差，電橋電壓靈敏度是單臂工作時的兩倍。電橋電壓靈敏度是單臂工作時的兩倍。0f21/0UsURRUsUKusS2022-3-319單、雙差動電橋單、雙差動電橋 R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4減

11、小和消除非線性誤差的方法減小和消除非線性誤差的方法2022-3-320(3)全橋差動全橋差動：電橋四臂接入四片應變片，即兩個受拉：電橋四臂接入四片應變片，即兩個受拉應變，兩個受壓應變，將兩個應變符號相同的接入相應變，兩個受壓應變，將兩個應變符號相同的接入相對橋臂上。對橋臂上。R1=R2=R3=R4，且，且R1=R2=R3=R4，則，則 11RRUsUo 結論：全橋差動電路不僅沒有非線性誤差，而且結論：全橋差動電路不僅沒有非線性誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時的電壓靈敏度為單片工作時的4倍。倍。 1/0UsURRUsUKusS2022-3-321R1R2R4R3ACR5DUoU( a )R1R2

12、R4R3ACR5UoU( b )BBR6R1R2R4R3ACUoU( c )BC1C2C3C4R1R2R4R3ACCUoU( d )BRD 四、電橋的調零四、電橋的調零 1.串聯調零電路串聯調零電路調零電位器阻值調零電位器阻值R5較小較小 2.并聯調零電路并聯調零電路R5較大較大串聯調零示意圖串聯調零示意圖2022-3-322 設橋臂比設橋臂比n=R2/R1，由于，由于R1R1，分母中，分母中R1/R1可忽略，可忽略， 并考慮到平衡條件并考慮到平衡條件R2/R1=R4/R3， 則上式可寫為則上式可寫為 ERRnnUo112)1 (電橋電壓靈敏度定義為電橋電壓靈敏度定義為 EnnRRUKoU21

13、1)1 ( 2022-3-323分析：分析： 電橋電壓靈敏度正比于電橋電源電壓，供電電電橋電壓靈敏度正比于電橋電源電壓，供電電壓越高，電橋電壓靈敏度越高，但供電電壓的提高受壓越高，電橋電壓靈敏度越高，但供電電壓的提高受到橋路電阻（應變片）允許功耗的限制，所以要作適到橋路電阻（應變片）允許功耗的限制，所以要作適當選擇；當選擇； 電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數，恰當的函數，恰當地選擇橋臂比地選擇橋臂比n的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。度。 ？當E值確定后，n取何值時才能使KU最高？2022-3-324第三節第三節 調制與解調調制

14、與解調 通過傳感器輸出的電信號一般多為微弱、通過傳感器輸出的電信號一般多為微弱、變化緩慢的非周期信號，需要進行放大和某些變化緩慢的非周期信號，需要進行放大和某些處理后才能送到顯示儀及計算機等。對于微弱處理后才能送到顯示儀及計算機等。對于微弱的、變換緩慢的、類似于直流的信號，若采用的、變換緩慢的、類似于直流的信號，若采用一般直流放大器進行放大，零點漂移會影響測一般直流放大器進行放大，零點漂移會影響測量精度。量精度。 常用調制器將直流信號先變成某種頻率的常用調制器將直流信號先變成某種頻率的交流信號，經過變流放大后，在通過解調器，交流信號，經過變流放大后，在通過解調器，使交流信號重新恢復到原來的被測

15、信號。使交流信號重新恢復到原來的被測信號。2022-3-325 濾波器濾波器:只允許某一頻帶的信號通過或只允許某一頻帶的信號通過或只阻止某一頻帶信號通過的裝置。只阻止某一頻帶信號通過的裝置。 濾波方式濾波方式:無源濾波、有源濾波、數字無源濾波、有源濾波、數字濾波濾波 一、無源波濾器一、無源波濾器 無源濾波器無源濾波器電路簡單電路簡單，帶負載能力差帶負載能力差，用于對用于對濾波要求不高濾波要求不高的場合。的場合。第四節第四節 濾波器濾波器2022-3-326輸出電壓為：輸出電壓為：1110CRjUCjRUCjjXRUjXIjXUiicicc)()(1111)(20RCarctgRCCRjUUjA

16、i1.一階一階RC低通濾波器低通濾波器2022-3-327 幅頻特性為：幅頻特性為： =0時，時，A（）=1； =1/RC時，時，A（）=0.707；截止頻率；截止頻率 =時，時，A（）=02)(11)(RCA2022-3-328 相頻特性為：相頻特性為： =0時，時，（）= 0； =1/RC時，時， （）= -/4 ； =時，時， （）= -/2)()(RCarctg2022-3-329濾波器仍為濾波器仍為RC串聯電路，但從串聯電路，但從電阻兩端輸出電壓：電阻兩端輸出電壓：CRjCRjURCjRURIUii110)(2/)(11)(20RCarctgRCRCCRjCRjUUjAi2.一階一階

17、RC高通濾波器高通濾波器2022-3-3302)(1)(RCRCA)(2/)(RCarctg2022-3-331 3.帶通濾波器帶通濾波器用于通過某一頻段的信號，用于通過某一頻段的信號，而將此頻段以外的信號加以抑制。而將此頻段以外的信號加以抑制。 對一對一RLC串聯電路，當從電阻兩端輸出電串聯電路，當從電阻兩端輸出電壓時：壓時：RCLjRURCjLjRURIUii)1(10RCLarctgCLRRUUjAi1)1()(2202022-3-332 當當L=1/C時，幅值最大，對應的頻率稱為時，幅值最大，對應的頻率稱為 稱為固有角頻率（中心角頻率）稱為固有角頻率（中心角頻率）22)1()(CLRR

18、ALC10RCLarctg1)(2022-3-333 當輸出電壓下降到輸入電壓的當輸出電壓下降到輸入電壓的0.707倍時的截止角倍時的截止角頻率分別為下限角頻率頻率分別為下限角頻率1和上限角頻率和上限角頻率2，在，在1 Y ，則本次采樣值用上次采樣值代替，則本次采樣值用上次采樣值代替，即為：即為：0.301若兩次采樣差值若兩次采樣差值 Y，則取本次采樣值。，則取本次采樣值。2.算術平均值法算術平均值法3.加權平均濾波法加權平均濾波法2022-3-348將數字信號轉換為模擬信號稱數將數字信號轉換為模擬信號稱數- -模轉換模轉換將模擬信號轉換為數字信號稱模將模擬信號轉換為數字信號稱模- -數轉換數

19、轉換傳感器傳感器A/DC數字計算機數字計算機D/AC模擬控制模擬控制控制對象控制對象數字信號數字信號模擬信號模擬信號第五節 D/A和A/D轉換2022-3-349 2RRF+S0S1S2S3UR2R2R2RRRR2R數碼寄存器數碼寄存器基準電源基準電源T 形電阻網絡形電阻網絡 DAC 原理電路原理電路U0R2R11110000d0Q0Q1Q2Q3d1d2d3MSBLSB電子開關電子開關一、數/模轉換原理2022-3-3502RRF+2R2R2RRRR2RIU0R2R+UR+RUR2+RUR22+RUR23+RUR24T 形電阻網絡形電阻網絡 DAC 原理電路分析原理電路分析時的等效電路：0,

20、13210dddd2022-3-3512RRF+2R2R2RRRR2RIU0R2R+UR+RUR2+RUR22+RUR23+RUR24T 形電阻網絡形電阻網絡 DAC 原理電路分析原理電路分析+RUR24U0= IRF設設 RF = 3RRUIR324 RRUUFR3240 0402dUUR時的等效電路：0, 13210dddd2022-3-3522RRF+2R2R2RRRR2RIU0R2R+URR+RUR2+RUR22+RUR23時的等效電路：0, 13201dddd2022-3-3532RRF+2R2R2RRRR2RIU0R2R+URR+RUR2+RUR22+RUR23+RUR23U0=

21、IRF設設 RF = 3RRUIR323RRUUFR32301302dUUR時的等效電路：0, 13201dddd2022-3-354 2RRF+S0S1S2S3UR2R2R2RRRR2R數碼數碼寄存器寄存器基準電源基準電源U0R2R11110000d0Q0Q1Q2Q3d1d2d3MSBLSB電子開關電子開關)2222(20011223340 ddddUUR1022niinRdU2022-3-355 例例:已知四位已知四位T形網絡數形網絡數/模轉換器的原理如前模轉換器的原理如前圖所示，圖所示，RF=3R，UR=10V，試計算其最小輸，試計算其最小輸出電壓。出電壓。解：當解：當d0=1，d1=d

22、2=d3=0時，輸出電壓最小時，輸出電壓最小VRRUUFR625. 021023240402022-3-356DAC 主要技術指標主要技術指標( (1) )分辨率分辨率 用輸入的二進制數碼的位數用輸入的二進制數碼的位數 n 來表示。來表示。 位數越多，分辨率就越高。位數越多，分辨率就越高。 ( (2) )轉換精度轉換精度 表示實際輸出的電壓值與理想的輸出表示實際輸出的電壓值與理想的輸出 電壓值之間的差別。電壓值之間的差別。 ( (3) )建立時間建立時間 從數碼輸入到模擬電壓穩定輸出之間從數碼輸入到模擬電壓穩定輸出之間 的響應時間。的響應時間。 KRR=UominUomax=12n12022-

23、3-357四、模/數轉換原理 模擬量轉換成數字量的常用方法是模擬量轉換成數字量的常用方法是逐次逼近逐次逼近法法。模模/數轉換器的技術指標：數轉換器的技術指標： 1.分辨率分辨率 以輸出二進制數的位數表示，位數越多，分以輸出二進制數的位數表示，位數越多，分辨率越高。如模辨率越高。如模/數轉換器的輸出為十位，最大數轉換器的輸出為十位，最大輸入信號為輸入信號為2.5V，則，則轉換器的輸出能分辨出的轉換器的輸出能分辨出的輸入的電壓信號輸入的電壓信號為為2.5V*1/(210-1)=2.44mV。2022-3-3582.2.相對精度相對精度3.3.轉換速度轉換速度 完成一次轉換所需的時間完成一次轉換所需

24、的時間。 多數多數A/D轉換轉換器的轉換時間在器的轉換時間在(1050)S。 %100*max)(輸入轉換值理想特性值實際轉換值2022-3-359例：對于一個例：對于一個8位位D/A轉換器，試問轉換器，試問（1）若最若最小輸出電壓增量為小輸出電壓增量為0.01V，輸入代碼為，輸入代碼為10110010時，輸出電壓時，輸出電壓U0為多少伏？為多少伏？（2）計算該）計算該D/A轉換器的分辯率。轉換器的分辯率。解：當輸入代碼其余位為解：當輸入代碼其余位為0，d0由由0變為變為1時，時，有最小輸出電壓增量，即有最小輸出電壓增量，即該轉換器的分辨率為：該轉換器的分辨率為：VU78. 1)2222(01

25、. 015704%39. 00039. 01256112182022-3-360第六節第六節 傳感器與模傳感器與模/數轉換器的連接通道數轉換器的連接通道自動檢測系統框圖：自動檢測系統框圖： 2022-3-3611.信號放大處理信號放大處理信號放大處理電路信號放大處理電路，接在，接在A/DA/D轉換器與傳感器之間，轉換器與傳感器之間，用于解決以下存在問題：用于解決以下存在問題： nA/DA/D轉換器與傳感器二者電壓不匹配。轉換器與傳感器二者電壓不匹配。n如果是電流型輸出傳感器，要進行如果是電流型輸出傳感器，要進行變換與變換與放大處理，將電流信號對應變換成電壓信號。放大處理，將電流信號對應變換成電

26、壓信號。n傳感器工作在現場，可能存在復雜的強電磁波的傳感器工作在現場，可能存在復雜的強電磁波的干擾，通常采用干擾，通常采用RCRC低通濾波器，濾除疊加在傳感器輸低通濾波器，濾除疊加在傳感器輸出信號上的高頻干擾信號，也可采用有源濾波技術，出信號上的高頻干擾信號，也可采用有源濾波技術，使得濾波特性更好。使得濾波特性更好。2022-3-3622.2.多路轉換開關多路轉換開關 一個數據采集系統（一個數據采集系統（A/DA/D轉換）往往要采集轉換）往往要采集多路模擬信號。多路模擬信號。 通常只用一片通常只用一片A/DA/D轉換芯片，輪流選擇輸入轉換芯片，輪流選擇輸入信號進行采集，既節省了硬件開銷，又不影

27、響信號進行采集，既節省了硬件開銷，又不影響對系統的監測與控制。對系統的監測與控制。 許多許多A/DA/D轉換芯片內部具備多路轉換開關，轉換芯片內部具備多路轉換開關，一片一片A/DA/D轉換芯片可以輪流采集多路模擬輸入信轉換芯片可以輪流采集多路模擬輸入信號，如果號，如果A/DA/D轉換芯片不具有多路轉換功能，則轉換芯片不具有多路轉換功能，則在在A/DA/D轉換之前外加模擬多路轉換開關。轉換之前外加模擬多路轉換開關。 2022-3-363 多路轉換開關工作原理多路轉換開關工作原理 多路模擬開關電路由地址譯碼器和多路模擬開關電路由地址譯碼器和多路雙向模擬開關組成。多路雙向模擬開關組成。它可以通過它可

28、以通過外部地址輸入，經電路內部的地址譯外部地址輸入，經電路內部的地址譯碼器譯碼后，接與地址碼相對應的其碼器譯碼后，接與地址碼相對應的其中一個開關，以實現任一路信號的傳中一個開關，以實現任一路信號的傳送。送。 2022-3-3643 3、采樣保持器、采樣保持器 在在A/DA/D轉換器進行采樣期間，保持被轉換輸入信轉換器進行采樣期間，保持被轉換輸入信號不變的電路稱為采樣保持電路。號不變的電路稱為采樣保持電路。 A/DA/D轉換器完成一次轉換所需要的時間稱為轉換轉換器完成一次轉換所需要的時間稱為轉換時間。時間。 不同不同A/DA/D轉換芯片，其轉換時間各異，對于連續轉換芯片，其轉換時間各異，對于連續

29、變化較快的模擬信號如果不采取采樣保持措施，將變化較快的模擬信號如果不采取采樣保持措施，將會引起轉換誤差。會引起轉換誤差。 緩慢變化的模擬信號，在緩慢變化的模擬信號，在A/DA/D轉換系統中，可以轉換系統中，可以不采用采樣保持電路，不會影響不采用采樣保持電路，不會影響A/DA/D轉換的精度。轉換的精度。2022-3-365 采樣采樣/ /保持器的基本原理保持器的基本原理 采樣保持器的作用是：采樣保持器的作用是：在在采樣狀態下采樣狀態下，電路的，電路的輸輸出跟蹤輸入出跟蹤輸入模擬信號的模擬信號的變化變化，在保持狀態下，電路在保持狀態下，電路的輸出保持的輸出保持著前一次采樣結束時刻的瞬時輸入模擬著前

30、一次采樣結束時刻的瞬時輸入模擬信號信號不變不變，直到進入下一次采樣狀態為止。，直到進入下一次采樣狀態為止。 采樣開關被接通的時間稱為采樣時間，采樣開關采樣開關被接通的時間稱為采樣時間，采樣開關斷開的時間為保持時間，采樣開關接通和斷開的時斷開的時間為保持時間，采樣開關接通和斷開的時間之和稱為采樣周期。間之和稱為采樣周期。 采樣定理：采樣定理：f fs s2f2fH H式中式中, f, fs s采樣頻率采樣頻率; ; f fH H 采樣信號頻譜中的最高頻率分量采樣信號頻譜中的最高頻率分量2022-3-366采樣采樣/ /保持示意圖保持示意圖2022-3-367 第八節第八節 傳感檢測系統中的抗干擾

31、問題傳感檢測系統中的抗干擾問題 一、干擾與噪聲一、干擾與噪聲 噪聲：任何不希望有的信號，即在有用頻帶內的任噪聲：任何不希望有的信號，即在有用頻帶內的任何不希望出現的干擾。何不希望出現的干擾。 干擾的來源：干擾的來源：系統系統內部內部干擾；系統干擾；系統外部外部的干擾的干擾 形成干擾的三個條件：干擾源、干擾的耦合通道形成干擾的三個條件：干擾源、干擾的耦合通道（耦合方式）、干擾的接收電路。（耦合方式）、干擾的接收電路。 干擾的耦合方式包括電容性耦合（電路的寄生電干擾的耦合方式包括電容性耦合（電路的寄生電容）、互感性耦合、公共地線的耦合、漏電耦合、輻容）、互感性耦合、公共地線的耦合、漏電耦合、輻射電

32、磁場耦合等。射電磁場耦合等。 2022-3-368 信噪比：信號通路中，有用信號功率信噪比：信號通路中，有用信號功率PS與與噪聲功率噪聲功率PN N之比，通常用之比，通常用S/N表示，即表示，即 在測量過程中應盡量提高信噪比，以減少在測量過程中應盡量提高信噪比，以減少噪聲對測量結果的影響。噪聲對測量結果的影響。 若信號通路中有用信號功率為若信號通路中有用信號功率為PS=10mW，噪聲功率噪聲功率PN N=0.1mW，則信噪比為：，則信噪比為： NNUUslg10PPslg10S/N)(20001lg10PPslg10S/NNdB2022-3-369二、抑制干擾的方法二、抑制干擾的方法 抑制干擾

33、的方法主要是抑制干擾的方法主要是采取單點接地、采取單點接地、屏蔽、隔離和濾波屏蔽、隔離和濾波等。等。 1.接地接地 測量系統中常見接地系統測量系統中常見接地系統:安全地、信安全地、信號源地、數字信號地和模擬信號地、負號源地、數字信號地和模擬信號地、負載地。載地。 2022-3-370（1 1）安全地線）安全地線 電烙鐵的外殼必須電烙鐵的外殼必須良好地接大地，以保證良好地接大地，以保證人身安全以及焊接對象人身安全以及焊接對象不致被靜電擊穿。不致被靜電擊穿。2022-3-371接大地與防靜電的關系接大地與防靜電的關系 人在工頻電場中工作人在工頻電場中工作時，身體可能感應出幾十時，身體可能感應出幾十

34、伏以上的電壓；當人在地伏以上的電壓；當人在地板上行走時，也可能因摩板上行走時，也可能因摩擦而帶上幾百伏以上的靜擦而帶上幾百伏以上的靜電。因此在焊接集成電路電。因此在焊接集成電路時，人體必須良好地接大時，人體必須良好地接大地，以保證集成電路的地，以保證集成電路的CMOS輸入端不致被靜電輸入端不致被靜電擊穿。人體接地的方法擊穿。人體接地的方法之之一是帶上接地的一是帶上接地的防靜電手防靜電手腕帶。腕帶。防靜電手腕帶防靜電手腕帶2022-3-372（2 2）信號地線分類）信號地線分類 a.a.模擬信號地線模擬信號地線 模擬信號地線是模擬信號的零信號電位公共線。模模擬信號地線是模擬信號的零信號電位公共線

35、。模擬信號多數較弱、易受干擾，易形成級間不希望的擬信號多數較弱、易受干擾，易形成級間不希望的反饋，所以模擬信號地線的橫截面積應盡量大些。反饋，所以模擬信號地線的橫截面積應盡量大些。 b.數字信號地線數字信號地線 數字信號地線是數字信號的零電平公共線。數字數字信號地線是數字信號的零電平公共線。數字信號處于脈沖工作狀態，動態脈沖電流在接地阻抗信號處于脈沖工作狀態，動態脈沖電流在接地阻抗上產生的壓降往往成為微弱模擬信號的干擾源，為上產生的壓降往往成為微弱模擬信號的干擾源，為避免數字信號對模擬信號的干擾，兩者的地線應分避免數字信號對模擬信號的干擾，兩者的地線應分別設置。別設置。2022-3-373c.

36、c.信號源地線信號源地線 傳感器可看作是測量裝置的信號源，傳感器可看作是測量裝置的信號源，多數情況下信號較微，通常傳感器安裝在多數情況下信號較微，通常傳感器安裝在生產設備現場，而測量裝置設在離現場一生產設備現場，而測量裝置設在離現場一定距離的控制室內，從測量裝置的角度看，定距離的控制室內，從測量裝置的角度看，可以認為傳感器的公共參考端就是信號源可以認為傳感器的公共參考端就是信號源地線，它必須與測量裝置進行正確的連接地線，它必須與測量裝置進行正確的連接才能提高整個檢測系統的抗干擾能力。才能提高整個檢測系統的抗干擾能力。 2022-3-374d.d.負載地線負載地線 負載的電流一般都比前級信號電流

37、大得負載的電流一般都比前級信號電流大得多，負載地線上的電流有可能干擾前級微弱多，負載地線上的電流有可能干擾前級微弱的信號，因此的信號，因此負載地線必須與其他信號地線負載地線必須與其他信號地線分開分開。例如，若誤將喇叭的負極（接地線）。例如，若誤將喇叭的負極（接地線）與擴音機話筒的屏蔽線碰在一起，就相當于與擴音機話筒的屏蔽線碰在一起，就相當于負載地線與信號地線合并，可能引起嘯叫。負載地線與信號地線合并，可能引起嘯叫。又如當負載是繼電器時，繼電器觸點閉合和又如當負載是繼電器時，繼電器觸點閉合和斷開的瞬間經常產生電火花，容易反饋到前斷開的瞬間經常產生電火花，容易反饋到前級，造成干擾，因此應正確連接。

38、級，造成干擾，因此應正確連接。 2022-3-375一點接地原則一點接地原則 為防止電路有公共阻抗而引起信號交叉耦為防止電路有公共阻抗而引起信號交叉耦合合，對于模擬信號地線、數字信號地線、信對于模擬信號地線、數字信號地線、信號源地線、負載地線等幾種地線應分別設置，號源地線、負載地線等幾種地線應分別設置，各子系統建立單獨接地點后，再將各自接地各子系統建立單獨接地點后，再將各自接地點引至一點接地點引至一點接地。2022-3-3762 2、屏蔽技術、屏蔽技術 利用金屬材料制成容利用金屬材料制成容器，將需要防護的電路包器，將需要防護的電路包圍在其中，可以防止電場圍在其中，可以防止電場或磁場耦合干擾的方

39、法稱或磁場耦合干擾的方法稱為屏蔽。為屏蔽。屏蔽可分為靜電屏蔽可分為靜電屏蔽、低頻磁屏蔽和高頻屏蔽、低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽磁屏蔽( (電磁屏蔽電磁屏蔽) )等幾種。等幾種。根據不同的對象，使用不根據不同的對象，使用不同的屏蔽方式。同的屏蔽方式。 未加屏蔽罩時，中頻變未加屏蔽罩時，中頻變壓器線圈易受外界干擾。壓器線圈易受外界干擾。加屏蔽罩后的中頻變壓器加屏蔽罩后的中頻變壓器2022-3-377（1）靜電屏蔽靜電屏蔽 方法方法1:1:用銅或鋁等導電性良好的金屬制成封閉的金用銅或鋁等導電性良好的金屬制成封閉的金屬罩，罩住帶靜電的物體屬罩，罩住帶靜電的物體，并并將屏蔽罩接地將屏蔽罩接地，使罩外使罩外空間

40、不存在靜電場空間不存在靜電場; ; 方法二方法二: :用屏蔽罩罩住測量電路用屏蔽罩罩住測量電路, ,保證罩內不存在靜保證罩內不存在靜電場。電場。 應將應將屏蔽導體連接到測量電路的接地點上屏蔽導體連接到測量電路的接地點上，若若測量系統無接地點測量系統無接地點，屏蔽導體應連接到屏蔽導體應連接到信號源的對地信號源的對地低阻抗端。低阻抗端。 靜電屏蔽的容器器壁上允許有較小的孔洞（作為靜電屏蔽的容器器壁上允許有較小的孔洞（作為引線孔或調試孔）它對屏蔽的影響不大。引線孔或調試孔）它對屏蔽的影響不大。 2022-3-378各種靜電屏蔽各種靜電屏蔽 儀器設備的屏蔽儀器設備的屏蔽外殼必須接地外殼必須接地帶孔屏蔽

41、板帶孔屏蔽板2022-3-379各種靜電屏蔽（續）各種靜電屏蔽（續） 自制的屏蔽罩自制的屏蔽罩通風屏蔽窗通風屏蔽窗2022-3-380各種靜電屏蔽（續）各種靜電屏蔽（續） 開關電源采用帶孔的屏開關電源采用帶孔的屏蔽外殼，既可散熱，又蔽外殼，既可散熱，又可防止電磁干擾外泄可防止電磁干擾外泄2022-3-381屏蔽線屏蔽線 三絞扭屏蔽線三絞扭屏蔽線銅芯銅芯4對雙絞扭屏蔽線對雙絞扭屏蔽線（屏蔽層接地）（屏蔽層接地）聚氟乙烯聚氟乙烯絕緣層絕緣層銅線編織網銅線編織網（接地）（接地）2022-3-382（2）低頻磁屏蔽低頻磁屏蔽 低頻磁屏蔽是用來隔離低頻磁場和固定低頻磁屏蔽是用來隔離低頻磁場和固定磁場耦合

42、干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜磁場耦合干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對低頻磁場不起隔離作用。必須采電屏蔽盒對低頻磁場不起隔離作用。必須采用用高導磁材料作屏蔽層高導磁材料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁，以便讓低頻干擾磁力線只從力線只從磁阻很小的磁屏蔽層磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使低上通過，使低頻磁屏蔽層內部的電路免受低頻磁場耦合干頻磁屏蔽層內部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。有時還將屏蔽線穿在接地的鐵質擾的影響。有時還將屏蔽線穿在接地的鐵質蛇皮管或普通鐵管內，同時達到靜電屏蔽和蛇皮管或普通鐵管內，同時達到靜電屏蔽和低頻屏蔽的目的。低頻屏蔽的目的。 2022-3-383低頻磁屏蔽舉例低頻磁屏

43、蔽舉例 多數儀器的外殼采用導磁多數儀器的外殼采用導磁材料（例如：材料（例如：鐵質機殼鐵質機殼）作屏）作屏蔽層，讓低頻干擾磁力線從磁蔽層，讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使阻很小的磁屏蔽層上通過，使受外殼保護的內部電路免受低受外殼保護的內部電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。如果頻磁場耦合干擾的影響。如果將將外殼接地外殼接地，則，則同時達到靜電同時達到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。的目的。 2022-3-384（3）電磁屏蔽電磁屏蔽高頻磁感應屏蔽高頻磁感應屏蔽 電磁屏蔽是采用電磁屏蔽是采用導電良好的導電良好的金屬材料做成屏蔽罩金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等、屏蔽盒等，將被保護

44、的電路包圍在其中。它將被保護的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對象是高頻（屏蔽的干擾對象是高頻（40kHz以上）磁場。以上）磁場。 干擾源產生的高頻干擾源產生的高頻磁場遇到導電良好的電磁屏蔽層磁場遇到導電良好的電磁屏蔽層時，就在其外表面感應出同頻率時，就在其外表面感應出同頻率的電渦流，從而消耗了高頻干擾的電渦流，從而消耗了高頻干擾源磁場的能量。其次，電渦流也源磁場的能量。其次，電渦流也將產生一個新的磁場，抵消了一將產生一個新的磁場，抵消了一部分干擾磁場的能量，從而使電部分干擾磁場的能量，從而使電磁屏蔽層內部的磁屏蔽層內部的電路免受高頻干電路免受高頻干擾磁場的影響。擾磁場的影響。 鍍鍍銅銅電磁屏蔽盒

45、電磁屏蔽盒可防護可防護1MHz1MHz的電的電磁波干擾磁波干擾2022-3-385軍用屏蔽帳篷軍用屏蔽帳篷幾種用導電纖維材導電纖維材料編織而成的軍用料編織而成的軍用電磁屏蔽器材電磁屏蔽器材 軍用軍用 電子方艙電子方艙屏蔽通信車屏蔽通信車2022-3-386防電磁波屏蔽圍裙防電磁波屏蔽圍裙幾種用幾種用導電纖維材料編織而成的導電纖維材料編織而成的電磁屏蔽服電磁屏蔽服輻射源輻射源防電磁波防電磁波屏蔽服裝屏蔽服裝防電磁波屏蔽防電磁波屏蔽圍裙的使用圍裙的使用2022-3-387屏蔽室屏蔽室 導電導電PVC地板地板 用于防靜電及用于防靜電及 底部底部屏蔽屏蔽干擾信號無法穿透干擾信號無法穿透鋼板屏蔽室鋼板屏

46、蔽室2022-3-388 3.隔離隔離 （1 1）變壓器隔離電路變壓器隔離電路：實現電氣隔：實現電氣隔離，磁耦合離，磁耦合 （2 2）光電耦合電路光電耦合電路：光耦合器內部：光耦合器內部是封裝在一起的一個發光二極管和光是封裝在一起的一個發光二極管和光敏三極管敏三極管( (或光敏二極管或光敏二極管) ) 2022-3-389 4.濾波濾波 （1 1）電源濾波）電源濾波: :交直流供電時交直流供電時, ,電源線會引入電源線會引入干擾干擾, ,采用采用無源濾波器無源濾波器可抑制干擾可抑制干擾. . （2 2）退耦濾波器）退耦濾波器: :一個直流電源對幾個電路一個直流電源對幾個電路同時供電時同時供電時

47、, ,為避免電源內阻造成幾個電路之間為避免電源內阻造成幾個電路之間的干擾的干擾, ,在每個電路的在每個電路的直流電源進線與地之間加直流電源進線與地之間加裝退耦濾波器裝退耦濾波器 （3 3）有源濾波）有源濾波: :多用于濾波電路多用于濾波電路 （4 4）數字濾波）數字濾波: :靈活方便靈活方便 2022-3-390三、典型噪聲干擾的抑制三、典型噪聲干擾的抑制 1.1.設備啟、停時的設備啟、停時的電火花干擾電火花干擾 抑制干擾的方法：抑制干擾的方法：采用采用RCRC吸收電路吸收電路，將，將R R、C C串聯后并接到串聯后并接到繼電器觸點或電源開關兩端繼電器觸點或電源開關兩端 2.2.共模噪聲共模噪

48、聲 抑制干擾的方法：抑制干擾的方法：采用差分放大器采用差分放大器 3.3.串擾串擾 相鄰信號在導線上產生的噪聲或一信號耦合到另一導線相鄰信號在導線上產生的噪聲或一信號耦合到另一導線 上所產生的干擾為串擾上所產生的干擾為串擾. . 抑制干擾的方法：抑制干擾的方法：不同信號線分開走線，避免平行或靠近不同信號線分開走線，避免平行或靠近, ,且留有最大可能的空間隔離；走線盡量短且留有最大可能的空間隔離；走線盡量短; ;電源線和地線要粗電源線和地線要粗而短而短; ;對對ICIC芯片，未使用的輸入端不能空著芯片，未使用的輸入端不能空著; ;易受干擾的器件要易受干擾的器件要遠離振蕩器遠離振蕩器。 2022-3-391第九節第九節 傳感檢測系統中的微機接口傳感檢測系統中的微機接口 一、傳感檢測系統中微機接口的基本方式一、傳感檢測系統中微機接口的基本方式 1.1.開