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[工学]检测技术课件超级完整课件19M第02部分01部分已传
信号处理电路 有限电压放大型:??有限电压放大型是将滤波网络接在运算放大器的同相输入端,如图46所示。这种电路可以得到较高的输入阻抗。 按上述同样方法,将Y1~Y5分别用电阻、电容代替即可组合出不同的滤波特性。图47所示为有限电压放大型二阶低通滤波器。 图46 有限电压放大型滤波器 图47 有限电压放大型二阶低通滤波器 信号处理电路 状态变量型:状态变量型是许多仪器中常用的一种有源滤波器,它有多种类型的电路。图48是其中的一种电路,整个电路由三个运放和电阻、 电容元件组合而成,三个运放的输出u2、u3、u4分别对输入信号u1提供高通、带通和低通三种输出,所以常称这种滤波器为“万能滤波器”。而且它还可以通过相应的元件参数调节来达到改变各滤波器参数的目的,使用很方便。 图48 状态变量型有源滤波器 信号处理电路 4. 数字滤波器 数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理,以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展,数字滤波器已可用计算机软件实现,也可用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波器是一个离?散时间系统(按预定的算法,将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置)。应用数字滤波器处理模拟信号时,首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和A/D转换。数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的2倍,其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性,且以折叠频率即1/2抽样频率点呈镜像对称。为得到模拟信号,数字滤波器处理的输出数字信号须经A/D转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器。图49所示的是模拟滤波与数字滤波这两种滤波器对阶跃输入的响应特性。 信号处理电路 图49 模拟滤波与数字滤波对阶跃输入的响应特性 信号转换电路 各种各样传感器的共同特点是把非电量转换为电量,但电量的形式有多种,如电阻、电感、电容、电压、电流、频率、相位等多种形式。 变送器是从传感器发展而来的,凡是能输出标准信号的传感器就称之为变送器,标准信号是指物理量的形式和数量范围都符合国际标准的信号。由于直流信号具有不受线路中电感、电容及负载性质的影响,不存在相移问题等优点,所以国际电工委员会(IEC)将电流信号4mA~20mA(DC)和电压信号1V~5V(DC)确定为过程控制系统中模拟信号的统一标准。 有了统一的信号形式和数字范围,就便于把各种变送器和其他仪表组成检测系统或调节系统,无论什么仪表或装置,只要有同样标准的输入电路或接口,就可以从各种变送器获得被测变量的信号。这样,兼容性和互换性大为提高,仪表的配套也极为方便。 输出为非标准信号的传感器,必须和特定的仪表或装置相配套,才能实现检测或调节功能。为了加强通用性和灵活性,某些传感器的输出可以靠相应的转换器把非标准信号转换成标准信号,使之与带有标准信号的输入电路或接口配套,不同的标准信号也可借助相应的转换器互相转换。例如4mA~20mA与0~10mA,1V~5V与4mA~20mA,0~5V与 0~10mA等的相互转换。 信号转换电路 一. U/I转换电路 电压与电流的相互转换实质上是恒压源恒流源的相互转换,一般来说,恒流源的内阻远大于负载电阻,因此,原则上讲,将电压转换为电流必须采用输出阻抗高的电流负反馈电路,而将电流转换为电压则必须采用输出阻抗低的电压负反馈电路。 1. 由运放构成的电压-电流(U/I)转换电路 图50(a)所示是一个简单的电压-电流转换电路。它类似于一个同相放大器,RL的两端都不接地,利用虚地的概念,可得出输出电流与电压的关系为 信号转换电路 调节R2就可以改变输入电压与电流之间的转换系数。通常所用的运放其输出最大电流约为20mA,为扩大输出电流,运放的输出端可增加一个三极管驱动电路,如图50(b)所示,它是一个输入为0~1V,输出为0~10mA的电压-电流转换电路。 图51所示是一个负载接地的电压-电流转换器,其原理与图50(a)类似,所不同的是电流采样电阻R7是浮动的,而负载RL则有一端接地,所以需要两个反馈电阻R3和R4。当 时,输出电流为 信号转换电路 (a)浮动的U/I转换电路 (b)0~1V变为0~10mA的U/I转换电路
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