在傳統(tǒng)的儀器中,信號(hào)調(diào)理的任務(wù)較復(fù)雜,除了實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、小信號(hào)放大、濾波外,還有諸如零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、誤差修正和量程切換等,這些操作統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理(Signal Conditioning ),相應(yīng)的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理電路。
圖 2 — 4 典型調(diào)理電路的組成框圖
一、傳感器的選用
傳感器是信號(hào)輸人通道的第一道環(huán)節(jié),也是決定整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
( 一 ) 對(duì)傳感器的主要技術(shù)要求
1. 具有將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能,轉(zhuǎn)換范圍與被測(cè)量實(shí)際變化范圍(變化幅度范圍、變化頻率范圍)相一致。
2. 轉(zhuǎn)換精度符合整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標(biāo) ( 一般應(yīng)優(yōu)于系統(tǒng)精度的十倍左右 ),轉(zhuǎn)換速度應(yīng)符合整機(jī)要求。
3.能滿足被測(cè)介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求,如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等。
4. 能滿足用戶對(duì)可靠性和可維護(hù)性的要求。
( 二 ) 可供選用的傳感器類型
1. 大信號(hào)輸出傳感器
2. 數(shù)字式傳感器
3. 集成傳感器
4. 光纖傳感器
二、運(yùn)用前置放大器的依據(jù)
多數(shù)傳感器輸出信號(hào)都比較小,必須選用前置放大器進(jìn)行放大。那么判斷傳感器信號(hào)“大”還是“小”和要不要進(jìn)行放大的依據(jù)又是什么呢?放大器為什么要“前置”即設(shè)置在調(diào)理電路的最前端?能不能接在濾波器的后面呢?前置放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大為好呢?這些問題都是測(cè)控儀器或系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)需要考慮的問題。
三、信號(hào)調(diào)理通道中的常用放大器
在智能儀器的信號(hào)調(diào)理通道中,針對(duì)被放大信號(hào)的特點(diǎn),并結(jié)合數(shù)據(jù)采集電路的現(xiàn)場(chǎng)要求,目前使用較多的放大器有儀用放大器、程控增益放大器以及隔離放大器等。
( 一 ) 儀用放大器
儀用放大器是一種高性能的放大器。其對(duì)稱性結(jié)構(gòu)可同時(shí)滿足對(duì)放大器的抗共模干擾能力、輸入阻抗、閉環(huán)增益的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性等不同的性能要求。
( 二 ) 程控增益放大器
程控放大器是智能儀器的常用部件之一,在許多實(shí)際應(yīng)用中,特別是在通用測(cè)量?jī)x器中,為了在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)獲取合適的分辨力,常采用可變?cè)鲆娣糯笃?。在智能儀器中,可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬗蓛x器內(nèi)置計(jì)算機(jī)的程序控制。這種由程序控制增益的放大器,稱為程控放大器。
( 三 ) 隔離放大器
隔離放大器主要用于要求共模抑制比高的模擬信號(hào)的傳輸過程中,例如輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)是微弱的模擬信號(hào),而測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的干擾比較大對(duì)信號(hào)的傳遞精度要求又高,這時(shí)可以考慮在模擬信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)之前用隔離放大器進(jìn)行隔離,以保證系統(tǒng)的可靠性。在有強(qiáng)電或強(qiáng)電磁干擾等環(huán)境中,為了防止電網(wǎng)電壓等對(duì)測(cè)量回路的損壞,其信號(hào)輸入通道常采用隔離技術(shù);在生物醫(yī)療儀器上,為防止漏電流、高電壓等對(duì)人體 的意外傷害,也常采用隔離放大技術(shù),以確?;颊甙踩?;此外,在許多其他場(chǎng)合也常需要采用隔離放大技術(shù)。能完成這種任務(wù),具有這種功能的放大器稱為隔離放大器。

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