2章 传感器与接口电路.ppt

第2章 传感器与接口电路,2.1 传感器技术基础2.2 阻性传感器的接口电路2.3 容性传感器的接口电路2.4 电压输出型传感器的接口电路 2.5 电荷输出型传感器的接口电路 2.6 电流输出型传感器的接口电路2.7 新型传感器的接口电路,2.1 传感器技术基础,传感器的分类传感器的主要技术特性指标传感器的选择,传感器分类,DS18B20,传感器的应用领域和工作原理,主要技术特性,静态特性:输入恒定时，输出与输入之间的关系1.测量范围与量程；2.线性度；3.灵敏度；4.灵敏度误差；5.迟滞特性；6.重复性；7.分辨率；8.稳定性与工作温度范围等动态特性 时域单位阶跃响应性能指标 频域频率特性性能指标指标与测试结果的关系,,某测试系统幅频特性曲线,传感器的选择,根据测量对象与测量环境确定传感器的类型灵敏度的选择频率响应特性线性范围稳定性精度,2.2 阻性传感器的接口电路,电阻性传感器----传感器的输出电阻和被测对象具有某种函数关系的一类传感器 敏电阻”----“*”代表被测物理量的种类如：“热” 、 “湿” 、“磁” 、“光” Pt100 ，就是说它的阻值在0度时为100欧姆，负200度时为18.52欧姆，200度时为175.86欧姆，800度时为375.70欧姆。

驱动电路 电压驱动、电流驱动、振荡器驱动2.2.1 电压驱动方式,电压驱动方式-----1、电桥转换电路Z1=Z2=Z4=R, Z3=R(1+ δ),反（同）相单端输入电桥放大电路,,,δ 电阻相对变化率,优点：增益与桥臂电阻无关，增益比较稳定缺点：电桥电源要浮置，uo与δ是非线性关系差动输入电桥放大电路,,缺点：电路存在非线性；R变化时，放大倍数不是常量；R的温度系数与R1不一致时，增益也不稳定；当共模电压较大时输入信号易被淹没适用于低阻值传感器，测量精度要求不高的场合差动输入电桥放大电路,2、差动输入电桥放大电路,R1=R2>>R,线性电桥放大电路,,电路的量程较大，但灵敏度较低 .,3、线性电桥放大电路,4、电压放大器,英文名称：Endevco（美国）-恩德福克,成立于1947年，是一家研发和生产各种高端测量用传感器及测试系统的资深军工企业其生产的传感器及配套仪器在全世界被广泛应用于各种研究开发领域，尤其是航空、航天、船舶、汽车、铁路、石化、计量研究及其他多种领域其产品的高性能、高可靠性、长期稳定性、耐久性等方面举世闻名，尤其在许多最尖端的测量领域和极端环境的测试领域      在美国和欧洲，众多世界著名的大公司都是其几十年的合作伙伴，比如：NASA，GE，P&W，R.R，GOODRICH，NIST，PTB等，以及最著名的欧、美、日的汽车厂商均是其几十年的用户。

2.2.2 电流驱动方式,恒流驱动原理,实用恒流驱动前置放大器,2.2.3 振荡器驱动方式,阻性传感器与谐振电容可构成振荡器，当阻性传感器阻值发生变化时，对应振荡器的输出频率（周期）也将发生变化 ，从A/D变换的意义上讲，属于R/F变换R-------F,2.3 容性传感器的接口电路—湿敏电容，力敏电容,常用的驱动电路为振荡器方式 差动式容性传感器的接口电路,2.4 电压输出型传感器的接口电路,电压输出型传感器可以看作是具有一定内阻的电压源，其前置放大器可参照电压放大器的设计方法指标：放大器增益、输入阻抗、带宽、信噪比对于高内阻传感器，接口电路选高输入阻抗电路,热电偶接口电路,拾音磁头接口电路,2.5 电荷输出型传感器的接口电路,电荷放大电路：电荷－电压转换电路主要特点 测量灵敏度与电缆长度无关，方便远距离测量基本原理,,运算误差与开环电压放大倍数成正比 基本原理图,频率特性：下限截止频率为,2.6 电流输出型传感器的接口电路,电压-电流转换器,,电流放大器,,2.7 新型传感器的接口电路,集成化智能化,ICP 传感器,光纤传感器,数字输出传感器,2.7.1 ICP传感器接口电路,ICP ( Integrated Circuit-Piezoelectric ) 它采用现代集成电路技术将传统的电荷放大器置于传感器中，将高阻抗电荷转换为低阻抗电压输出 。

优点： 不需要联结电荷放大器，使用方便、灵活、 特别适用于现场测试及监测 精度高．不易受现场干扰，易于远距离传输不同量程传感器的输出范围相同，对适配电路的电气要求相同ICP传感器系统示意图,美国PCB公司的ICP113B系列传感器,2.7.2 光纤传感器的接口电路,光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数光纤传感器组成,2.7.3数字输出传感器的接口电路,外部封装形式,传感器电路图,DS18B20的特点,测温分辨率较高，直接将温度转化成串行数字信号，和单片机配合使用可直接读取温度数据现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，温度测量范围为-55～+125 ℃可编程为9位～12 位转换精度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作作业,AD590是单片双端集成温度传感器，其特征如下：（1）线性电流输出：1uA/K,正比于绝对温度。

2）宽温度范围：-55~150℃3）电源范围宽：+4~+30V请设计其接口电路使其在量程范围内输出电压为0~2.5V。