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傳感器與電路

 更新時間:2008-11-26 點擊量:3074
信號調理往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用于數據采集、控制過程、執行計算顯示讀出和其他目的的數字信號。模擬傳感器可測量很多物理量,如溫度、壓力、力、流量、運動、位置、PH、光強等。通常,傳感器信號不能直接轉換為數字數據,這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化,因此,在變換為數字數據之前必須進行調理。調理就是放大,緩沖或定標模擬信號,使其適合于模/數轉換器(ADC)的輸入。然后,ADC對模擬信號進行數字化,并把數字信號送到微控制器或其他數字器件,以便用于系統的數據處理(見圖1)。此鏈路工作的關鍵是選擇運放,運放要正確地接口被測的各種類型傳感器。然后,設計人員必須選擇ADC。ADC應具有處理來自輸入電路信號的能力,并能產生滿足數據采集系統分辨率、精度和取樣率的數字輸出。

  傳感器

  傳感器根據所測物理量的類型可分類為:測量溫度的熱電偶、電阻溫度檢測器(RTD)、熱敏電阻;測量壓力或力的應變片;測量溶液酸堿值的PH電極;用于光電子測量光強的PIN光電二極管等等。傳感器可進一步分類為有源或無源。有源傳感器需要一個外部激勵源(電壓或電流源),而無源傳感器不用激勵而產生自己本身的電壓。通常的有源傳感器是RTD、熱敏電阻、應變片,而熱電偶和PIN二極管是無源傳感器。為了確定與傳感器接口的放大器所必須具備的性能指標,設計人員必須考慮傳感器如下的主要性能指標:

  ·源阻抗

  ——高的源阻抗大于100KΩ

  ——低的源阻抗小于100Ω

  ·輸出信號電平

  ——高信號電平大于500mV滿標

  ——低信號電平大于100mV滿標

  ·動態范圍

  在傳感器的激勵范圍產生一個可測量的輸出信號。它取決于所用傳感器類型。

  放大器功用

  放大器除提供dc信號增益外,還緩沖和定標送到ADC之前的傳感器輸入。放大器有兩個關鍵職責。一個是根據傳感器特性為傳感器提供合適的接口。另一個職責是根據所呈現的負載接口ADC。關鍵因素包括放大器和ADC之間的連接距離,電容負載效應和ADC的輸入阻抗。

  選擇放大器與傳感器正確接口時,設計人員必須使放大器與傳感器特性匹配。可靠的放大器特性對于傳感器——放大器組合的工作是關鍵性的。傳感器和放大器的關鍵性能指標見表1。例如,PH電極是一個高阻抗傳感器,所以,放大器的輸入偏置電流是優先考慮的(表中的H)。PH傳感器所提供的信號不允許產生任何相當大的電流,所以,放大器必須是在工作時不需要高輸入偏置電流的型號。具有低輸入偏置電流的高阻抗MOS輸入放大器是符合這種要求的選擇。另外,對于應用增益帶寬乘積(GBP)是低優先考慮(表1中L),這是因為傳感器工作在低頻,而放大器的頻率響應不應該妨礙傳感器信號波形的真正再生。


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