單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,第二章 信號(hào)處理電路,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 制作,第二章 信號(hào)處理電路,本章內(nèi)容主要介紹常見(jiàn)信號(hào)處理電路，通過(guò)項(xiàng)目,-,電橋電路實(shí)驗(yàn)，掌握信號(hào)處理的方法。,本章的重點(diǎn)是電橋電路，掌握電橋電路的工作原理和組成。了解信號(hào)放大電路、濾波電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)抗干擾的措施。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),1.,項(xiàng)目說(shuō)明,2.,基本知識(shí),3.,項(xiàng)目計(jì)劃,4.,項(xiàng)目方案,5.,項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程,6.,項(xiàng)目檢查與評(píng)估,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂、全橋電橋?qū)嶒?yàn),1.,項(xiàng)目目的,1,）理解單臂電橋、雙臂電橋和全電橋的性能，通過(guò)項(xiàng)目分析三者之間的靈敏度關(guān)系。,。,2,）了解信號(hào)處理的方法,3,）了解儀表抗干擾的措施。,2.,項(xiàng)目條件,傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)（含直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電橋、雙平行梁、主副電源、應(yīng)變片、數(shù)顯示電壓表）。,3.,項(xiàng)目?jī)?nèi)容及要求,分別利用單電橋、雙電橋和全電橋組成的電路測(cè)量金屬箔式應(yīng)變片受力情況，比較單電橋、雙電橋和全電橋的性能及靈敏度。,一,.,項(xiàng)目介紹,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目一 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)認(rèn)識(shí),二,.,基本知識(shí),2.2.1,電橋電路,電橋有直流電橋和交流電橋。,直流檢測(cè)系統(tǒng)圖,直流檢測(cè)系統(tǒng)主要用于檢測(cè)純電阻的變化，如電阻應(yīng)變儀、熱電阻溫度計(jì)等，也可用于檢測(cè)直流電壓的變化，如熱電偶測(cè)溫儀表等。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),交流檢測(cè)系統(tǒng),交流檢測(cè)系統(tǒng)主要用于檢測(cè)阻抗變化的傳感器，振蕩頻率通常在,50Hz20KHz,。用于電容式傳感器，振蕩頻率可達(dá),0.5MHz,。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2.2.1,電橋電路,直流電橋,若,U,0,=0,時(shí)，電橋平衡。,若,R1=R2=R3=R4,，稱為等臂電橋，電橋有一個(gè)電阻變化，則電橋失去平衡。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),電阻應(yīng)變片接入電橋通常有三種接法：如果一個(gè)電橋臂接入應(yīng)變片，其他三個(gè)臂采用固定電阻，稱為單臂電橋；如果兩個(gè)電橋臂接入應(yīng)變片，稱為雙電橋，又稱為半橋；如果四個(gè)電橋臂都接入應(yīng)變片，則稱為全橋。,（,1,）單臂工作電橋,單臂工作電橋的一個(gè)電阻變化，即,R10,，如果是等臂電橋，其余各臂為固定電阻，,R2=R3=R4=0,，代入式（,2-6,）得：,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋電路實(shí)驗(yàn),2,）雙臂工作電橋,若等臂電橋的兩個(gè)臂接入應(yīng)變片，其中一個(gè)應(yīng)變片受壓，另一個(gè)應(yīng)變片受拉，即,R1=-R2,，其余兩個(gè)為固定電阻，即,R3=R4=0,，代入式（,2-6,）得：,二、基本知識(shí),廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋電路實(shí)驗(yàn),二、基本知識(shí),（,3,）全橋工作電橋,若等臂電橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，且,代入式（,2-6,）得：,結(jié)論：全橋的工作方式靈敏度最高，輸出電壓最大。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋電路實(shí)驗(yàn),直流電橋的優(yōu)點(diǎn)是：所需的高穩(wěn)定度直流電源較易獲得；電橋輸出,U,0,是直流，可以用直流儀表測(cè)量；對(duì)從傳感器至測(cè)量?jī)x表的連接導(dǎo)線要求較低；電橋的平衡電路簡(jiǎn)單。,直流電橋的缺點(diǎn)是：直流放大器比較復(fù)雜，易受零漂和接地電位的影響。,二、基本知識(shí),廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),交流電橋,1,）交流電橋的平衡條件,交流電橋的四個(gè)橋臂分別用阻抗,Z1,、,Z2,、,Z3,、,Z4,表示，它們可以是電感值、電容值或電阻值，其輸出電壓也是交流。設(shè)交流電橋的電源電壓為：,二、基本知識(shí),交流電橋輸出電壓,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),交流電橋平衡條件：,2,）電阻交流電橋,單臂電阻交流電橋,二、基本知識(shí),廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),3,）電感電橋,二、基本知識(shí),交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈的電感相對(duì)變化量成正比。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),4,）電容電橋,橋臂接入電容時(shí)，公式為：,從上式可知：交流電橋的輸出電壓與傳感器的電容相對(duì)變化量成正比。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋電路,5,）變壓器電橋電路,二、基本知識(shí),用差動(dòng)式電容傳感器組成電橋相鄰兩臂，當(dāng)負(fù)載阻抗為無(wú)窮大時(shí)，電橋的輸出電壓為：,若電容為變間隙式，上式變?yōu)?廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),結(jié)論：,在電源激勵(lì)電壓恒定的情況下，電橋輸出電壓與電容傳感器輸入位移成正比。由于在該輸出電壓無(wú)法反映位移的方向，相敏檢波電路可識(shí)別方向。所以輸出電壓必須經(jīng)后續(xù)放大并經(jīng)相敏檢波和濾波后可由指示表顯示位移的方向和大小。,二、基本知識(shí),廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2.2.2,信號(hào)放大電路,1,、差動(dòng)放大器,差動(dòng)放大器是一種零點(diǎn)漂移十分微小的直流放大器，它常作為多級(jí)直流放大器的前置級(jí)，用以放大很微小的直流信號(hào)或緩慢變化的交流信號(hào)。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2,、電荷放大器,電荷放大器用于放大壓電傳感器的輸出信號(hào)。電荷放大器是一個(gè)具有反饋電容,C1,的高增益運(yùn)算放大器電路。它把壓電傳感器的輸出信號(hào)放大并將高輸出阻抗變換成低阻抗輸出，輸出電壓與輸入電荷成正比。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),Ca,為壓電傳感器的等效電容，,Cc,為連接電纜的等效電容，,Ci,為電荷放大器的輸入電容，,Cf,為反饋電容，,Rf,為反饋電阻。電荷放大器的輸出電壓為：,當(dāng)放大器開(kāi)環(huán)增益,A,和輸入電阻,R,、反饋電阻,Rf,相當(dāng)大，,A1,時(shí)，放大器的輸出電壓,U0,正比于輸入電荷,q,，反比于反饋電容,Cf,，即：,二、基本知識(shí),廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),信號(hào)濾波電路：,作用：,傳感器輸出的信號(hào)通常要進(jìn)行濾波，濾去不必要的高頻或低頻信號(hào)，或要取得某特定頻段的信號(hào)。,類型：,低通濾波器：,通過(guò)低頻信號(hào)，抑制或衰減高頻信號(hào),高通濾波器：,允許高頻信號(hào)通過(guò)，抑制或衰減低頻信號(hào),帶通濾波器：,允許通過(guò)某一頻段的信號(hào)，而在此頻段兩端以外的信號(hào)將被抑制或衰減,帶阻濾波器：,容許頻率低于某一頻段的下限截止頻率和高于上限截止頻率的信號(hào)的通過(guò),二、基本知識(shí),廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二、單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2.2.4,信號(hào)轉(zhuǎn)換電路,1,、電壓與電流轉(zhuǎn)換,目前實(shí)現(xiàn),05V,、,010V,電壓、,010mA,、,420mA,電流的轉(zhuǎn)換，可采用集成電壓,/,電流轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如,AD693,、,AD694,、,XTR110,等。,2,、電壓與頻率轉(zhuǎn)換,有些傳感器敏感元件輸出的信號(hào)為頻率信號(hào)，如渦輪流量計(jì)，有時(shí)為了和其他標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口顯示儀表配套，需要把頻率轉(zhuǎn)換成電壓。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2.2.5,抗干擾技術(shù),干擾源：,1,）機(jī)械干擾,2,）濕度與溫度干擾,3,）電磁感應(yīng),4,）靜電感應(yīng),5,）不同地電位引入的干擾,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋電路,抗干擾的措施：,1,、機(jī)械干擾：可選用專用減振彈簧或吸振海綿來(lái)降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動(dòng)的能量。,2,、濕度與濕度干擾：,(1,）在設(shè)計(jì)檢測(cè)電路時(shí)，盡量選用低溫漂元件。,(2,）在電路中考慮采取軟、硬件溫度補(bǔ)償措施。,(3,）盡量采取低功耗、低發(fā)熱元件。,(4,）選用的元器件規(guī)格要有一定的余量。,(5,）儀器的前置級(jí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱元件,(6,）加強(qiáng)散熱,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),3,、抗電磁干擾：,1,）串模干擾的抑制,（,1,）信號(hào)導(dǎo)線扭紋：,把信號(hào)導(dǎo)線扭紋在一起能使信號(hào)回路包圍的面積大為減少。,（,2,）屏蔽：,靜電屏蔽、低頻磁屏蔽、電磁屏蔽,（,3,）濾波技術(shù),廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),靜電屏蔽,：用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料制作成封閉的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)的電力場(chǎng)不影響內(nèi)部的電路。,低頻磁屏蔽,：是用來(lái)隔離低頻磁場(chǎng)和固定磁場(chǎng)耦合干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽場(chǎng)對(duì)低頻磁場(chǎng)不起隔離作用，必須采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過(guò)，使低頻磁屏蔽內(nèi)部的電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。,電磁屏蔽,：也是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被保護(hù)的電路包圍在其中。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時(shí)，就在其外表面感應(yīng)出同頻率的電渦流，從而消耗了高頻干擾源磁場(chǎng)的能量。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2,）共模干擾抑制,防止共模干擾通常采用的措施有：接地和光電隔離。,（,1,）接地技術(shù)：一點(diǎn)接地原則,系統(tǒng)兩點(diǎn)接地,系統(tǒng)一點(diǎn)接地,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),在二次儀表側(cè)接地中，大地電位差,U,Ni,引起的干擾環(huán)流從,A,點(diǎn)出發(fā)，經(jīng),Ci3,及,Ci4,（信號(hào)線對(duì)傳感器金屬外殼的分布電容）,Zs1,、,Zg(,信號(hào)線內(nèi)阻,)Zi1,、,Ci1,及,Zu,、,Cu(,二次儀表對(duì)地阻抗,)A/D,板的公共參考端,GNDC,點(diǎn)和,B,點(diǎn)。由于,Ci1,、,Cu,、,Ci3,及,CA,容量均很小，因此大地環(huán)流很小，具有較高的抗干擾能力。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2,）隔離技術(shù),隔離變壓器供電：,使用隔離變壓器應(yīng)將一次側(cè)、二次側(cè)繞組屏蔽，二次側(cè)繞組屏蔽與中間抽頭相連接，隔離變壓器與線路之間的相互連接線包括屏蔽線,(,因?yàn)檫@些屏蔽線是處在信號(hào)屏蔽的延伸之中,),必須完全封閉。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),光耦合技術(shù),輸入量是電流，當(dāng)電流流入發(fā)光二極管，它即發(fā)射紅外光，光敏元件受紅外光照射后產(chǎn)生相應(yīng)的光電流，實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)的傳輸。,光耦合器在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2.2.6,顯示儀表,模擬式儀表：有動(dòng)圈式儀表，它,價(jià)格低，易于維護(hù)，精度可達(dá),1.0,級(jí)，與各種敏感元件和傳感器、變送器配合，廣泛用于溫度、壓力、成分、物位等非電量的測(cè)量。,數(shù)字式儀表：,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),數(shù)字式儀表,應(yīng)用：測(cè)量物體的長(zhǎng)度，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸等測(cè)線速、轉(zhuǎn)換，對(duì)流水線上的產(chǎn)品個(gè)數(shù)可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。,CH,系列,HM,系列,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),1.3,項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程,1.3.1,項(xiàng)目計(jì)劃,本項(xiàng)目計(jì)劃是分別作應(yīng)變片單臂、雙臂和全橋性能實(shí)驗(yàn)，然后分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較單臂、雙臂和全橋電橋的靈敏度，從而掌握電橋電路的工作原理，了解傳感器信號(hào)處理和數(shù)字顯示的過(guò)程。,項(xiàng)目工作計(jì)劃如表,2-1,，內(nèi)容如下：,1,、研討任務(wù),2,、制定計(jì)劃,3,、討論實(shí)驗(yàn)的工作原理,4,、具體操作,5,、效果檢查,6,、評(píng)估,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),2.3.2,操作過(guò)程,1,、單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)：,在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，按下圖接線。,廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗華制作,項(xiàng)目二 單臂、雙臂和全橋電橋?qū)嶒?yàn),實(shí)驗(yàn)步驟如下：,1,）應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器