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传感器与电路
点击次数:2032 发布时间:2008-11-26
信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量,如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。通常,传感器信号不能直接转换为数字数据,这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化,因此,在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大,缓冲或定标模拟信号,使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后,ADC对模拟信号进行数字化,并把数字信号送到微控制器或其他数字器件,以便用于系统的数据处理(见图1)。此链路工作的关键是选择运放,运放要正确地接口被测的各种类型传感器。然后,设计人员必须选择ADC。ADC应具有处理来自输入电路信号的能力,并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。

  传感器

  传感器根据所测物理量的类型可分类为:测量温度的热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻;测量压力或力的应变片;测量溶液酸碱值的PH电极;用于光电子测量光强的PIN光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源(电压或电流源),而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。通常的有源传感器是RTD、热敏电阻、应变片,而热电偶和PIN二极管是无源传感器。为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标,设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标:

  ·源阻抗

  ——高的源阻抗大于100KΩ

  ——低的源阻抗小于100Ω

  ·输出信号电平

  ——高信号电平大于500mV满标

  ——低信号电平大于100mV满标

  ·动态范围

  在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。它取决于所用传感器类型。

  放大器功用

  放大器除提供dc信号增益外,还缓冲和定标送到ADC之前的传感器输入。放大器有两个关键职责。一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。另一个职责是根据所呈现的负载接口ADC。关键因素包括放大器和ADC之间的连接距离,电容负载效应和ADC的输入阻抗。

  选择放大器与传感器正确接口时,设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。传感器和放大器的关键性能指标见表1。例如,PH电极是一个高阻抗传感器,所以,放大器的输入偏置电流是优先考虑的(表中的H)。PH传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流,所以,放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。具有低输入偏置电流的高阻抗MOS输入放大器是符合这种要求的选择。另外,对于应用增益带宽乘积(GBP)是低优先考虑(表1中L),这是因为传感器工作在低频,而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。


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