第14章 传感器应用技术

1、河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院第第14章章 传感器应用技术传感器应用技术本章学习要求：本章学习要求：1.了解选择传感器时应考虑的因素和步骤；了解选择传感器时应考虑的因素和步骤； 2. 了解传感器的供电电源；了解传感器的供电电源； 3. 掌握传感器的屏蔽、接地、隔离、布线、掌握传感器的屏蔽、接地、隔离、布线、灭弧等抗干扰技术。灭弧等抗干扰技术。传感器与测试技术传感器与测试技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院14.1 传感器的选择传感器的选择 14.1.1 选择传感器时应考虑的因素选择传感器时应考虑的因素 （1）与测量条件有关的因素；）与测量条件有关的因素； （2）与传感器性能有

2、关的因素；）与传感器性能有关的因素； （3）与使用环境有关的因素；）与使用环境有关的因素； （4）与购买和维护有关的因素。）与购买和维护有关的因素。14.1.2 选择传感器的一般步骤选择传感器的一般步骤 （1）借助于传感器的分类表和被测量的性质初步确定；）借助于传感器的分类表和被测量的性质初步确定； （2）借助于常用传感器的比较表、价格表和被测量的测量）借助于常用传感器的比较表、价格表和被测量的测量范围、精度要求、环境要求等确定；范围、精度要求、环境要求等确定； （3）借助于传感器的产品目录、样本、手册等确定。）借助于传感器的产品目录、样本、手册等确定。第第14章章 传感器应用技术传感器应用技

3、术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院14.2 供电电源供电电源 14.2.1 电池电池 对于便携式电子仪器必须采用电池供电，要求其功耗很对于便携式电子仪器必须采用电池供电，要求其功耗很小。电池有锰干电池、碱性电池、锂电池和镍镉电池等。小。电池有锰干电池、碱性电池、锂电池和镍镉电池等。第第14章章 传感器应用技术传感器应用技术14.2.2 稳压电源稳压电源河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院14.3 抗干扰技术抗干扰技术 14.3.1 电磁干扰电磁干扰 抗电磁干扰技术又称为抗电磁干扰技术又称为“电磁兼容技术电磁兼容技术”。电磁兼容是指。电磁兼容是指传感器或测量装置在其设备的预定场所投入

4、实际运行时，传感器或测量装置在其设备的预定场所投入实际运行时，既既不受周围电磁环境的影响，又不影响周围的环境，不受周围电磁环境的影响，又不影响周围的环境，也不发生也不发生性能恶化和失误工作，而能按设计要求正常工作的能力性能恶化和失误工作，而能按设计要求正常工作的能力 。 形成电磁干扰的三个要素：向外发送干扰的源形成电磁干扰的三个要素：向外发送干扰的源 噪噪声源；声源；传播电磁干扰的途径传播电磁干扰的途径耦合通道；耦合通道；承受电磁干扰的承受电磁干扰的受体受体受扰设备。受扰设备。 来自测控系统内部的无用信号称为噪声，而把来自外部来自测控系统内部的无用信号称为噪声，而把来自外部的无用信号称为干扰。

5、工程实践中都称为的无用信号称为干扰。工程实践中都称为“干扰干扰”。第第14章章 传感器应用技术传感器应用技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院1. 信噪比信噪比 通道中有用信号成分与噪声信号成分之比称为信噪比通道中有用信号成分与噪声信号成分之比称为信噪比。设有用信号功率为设有用信号功率为PS，有用信号电压为，有用信号电压为US，噪声功率为，噪声功率为PN，噪声电压为噪声电压为UN，则有，则有NSNSlg20lg10UUPPNS 常见噪声源：各种放电现象的放电噪声源、电气设备噪常见噪声源：各种放电现象的放电噪声源、电气设备噪声源和固有噪声源。如：自然界雷电、有触点电器、放电管、声源和固有噪

6、声源。如：自然界雷电、有触点电器、放电管、工业用高频设备、电力输电线、机动车、大功率发射装置、工业用高频设备、电力输电线、机动车、大功率发射装置、超声波设备等。超声波设备等。14.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院2. 噪声的耦合方式噪声的耦合方式 包括：静电耦合、互感耦合、公共阻抗耦合和漏电流耦合等。包括：静电耦合、互感耦合、公共阻抗耦合和漏电流耦合等。减少寄生电容减少寄生电容C和等效输入阻抗和等效输入阻抗Z2 减小电路的寄生互感减小电路的寄生互感M 减小公共阻抗减小公共阻抗Z1和等效输入阻抗和等效输入阻抗Z2 增大漏电阻增大漏电阻R和减小等效输入阻抗和减小等效

7、输入阻抗Z214.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院14.3.2 屏蔽、接地、隔离、布线与灭弧技术屏蔽、接地、隔离、布线与灭弧技术 电磁屏蔽就是利用电导率和磁导率高的材料制成封闭的电磁屏蔽就是利用电导率和磁导率高的材料制成封闭的低阻抗容器，低阻抗容器，将受扰电路置于该容器中将受扰电路置于该容器中，从而抑制该容器外，从而抑制该容器外的干扰与噪声对容器内电路的影响。或的干扰与噪声对容器内电路的影响。或将产生干扰与噪声的将产生干扰与噪声的电路置于该容器之中电路置于该容器之中，从而减弱或消除其对外部电路的影响。，从而减弱或消除其对外部电路的影响。 1. 电磁屏蔽技术电磁屏

8、蔽技术屏蔽与接地相结合屏蔽与接地相结合14.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院2. 双绞线传输双绞线传输 抑制电磁感应干扰采用双绞线，一根做作屏蔽，另一根抑制电磁感应干扰采用双绞线，一根做作屏蔽，另一根做信号传输线；抑制静电感应采用金属网屏蔽线，金属网做做信号传输线；抑制静电感应采用金属网屏蔽线，金属网做屏蔽层，芯线用于传输信号。屏蔽层，芯线用于传输信号。外来磁场干扰引起的感外来磁场干扰引起的感应电流方向相反而抵消应电流方向相反而抵消14.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院3. 接地技术接地技术 接地有两种含义，一是连接到系统基准地，

9、二是连接到接地有两种含义，一是连接到系统基准地，二是连接到大地。从用途上分：大地。从用途上分：一是抑制干扰接地，二是安全保护接地。一是抑制干扰接地，二是安全保护接地。（1）一点接地）一点接地串联式各接地点的电平有差异，串联式各接地点的电平有差异，会影响弱信号电路的正常工作。会影响弱信号电路的正常工作。并联式不会产生公共阻抗干扰，并联式不会产生公共阻抗干扰，但接地线长而多，不经济。但接地线长而多，不经济。14.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院4. 布线技术布线技术 印刷电路板上的布线，尽量印刷电路板上的布线，尽量加粗电源线和地线加粗电源线和地线，降低直流，降低直流

10、电阻；电阻；尽量避免互相平行的长信号线尽量避免互相平行的长信号线，防止寄生电容。电路板，防止寄生电容。电路板间配接扁平电缆时，其长度一般不应超过传输信号波长的间配接扁平电缆时，其长度一般不应超过传输信号波长的 1/3。 （2）多点接地方式）多点接地方式 多点接地降低地线长度，减小高频时的接地阻抗。多点接地降低地线长度，减小高频时的接地阻抗。14.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院5. 灭弧技术灭弧技术 当接通或断开电动机绕组、继电器线圈、电磁阀线圈、当接通或断开电动机绕组、继电器线圈、电磁阀线圈、空载变压器等空载变压器等电感性负载电感性负载时，会产生电弧或火花放电

11、。为时，会产生电弧或火花放电。为消消除这种干扰，常采用灭弧元件。除这种干扰，常采用灭弧元件。 RC回路回路泄放二极管泄放二极管 硅堆整流器硅堆整流器 压敏电阻压敏电阻 雪崩二极管雪崩二极管 14.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院14.3.3 电源电源干扰抑制技术干扰抑制技术 电网干扰的抑制采用交流电源滤波器。电网干扰的抑制采用交流电源滤波器。L1、L2为共模扼为共模扼流圈，抑制低频共模干扰；电容流圈，抑制低频共模干扰；电容C1抑制差模干扰；电容抑制差模干扰；电容C2、C3抑制高频共模和差模干扰。抑制高频共模和差模干扰。 1. 电网干扰抑制技术电网干扰抑制技术14

12、.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院 2. 直流电源干扰抑制技术直流电源干扰抑制技术 直流电源干扰的抑制可采用直流电源滤波器。直流电源干扰的抑制可采用直流电源滤波器。 C1、C3、C5、C7为电解电容，用来滤除低频干扰；为电解电容，用来滤除低频干扰；C2、C4、C6、C8为为陶瓷电容，用来滤除高频干扰。陶瓷电容，用来滤除高频干扰。14.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院14.3.4 软件抗干扰技术软件抗干扰技术 在内嵌微处理器的测控系统中，可采用硬件与软件在内嵌微处理器的测控系统中，可采用硬件与软件(数字数字滤波滤波P252)相结合的

13、抗干扰技术。相结合的抗干扰技术。 对于外部环境中偶然因素引起的突变性扰动或内部不对于外部环境中偶然因素引起的突变性扰动或内部不稳定引起误码等造成的尖脉冲干扰，常采用限幅滤波法和稳定引起误码等造成的尖脉冲干扰，常采用限幅滤波法和中值滤波法等。中值滤波法等。 对于小幅度高频噪声，如电子器件热噪声、量化噪声对于小幅度高频噪声，如电子器件热噪声、量化噪声等，常采用算术平均滤波法、滑动平均滤波法、加权平均等，常采用算术平均滤波法、滑动平均滤波法、加权平均滤波法和复合滤波法。滤波法和复合滤波法。14.3 抗干扰技术抗干扰技术河南科技大学机电学院河南科技大学机电学院小小 结结 在研究传感器的基本原理、基本特性、信号在研究传感器的基本原理、基本特性、信号调理电路及应用的同时，有必要探讨传感器的选择、调理电