第六章檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)賈彥伯20130502014機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化6.1概述6.2模擬式傳感器信號(hào)的檢測(cè)6.3數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)6.4檢測(cè)信號(hào)的采集與預(yù)處理6.5傳感器的非線性補(bǔ)償6.6零位誤差和增益誤差補(bǔ)償6.1.1檢測(cè)系統(tǒng)的功能、分類與組成

檢測(cè)系統(tǒng)是機(jī)電一體化產(chǎn)品的必備組成之一，要使機(jī)電一體化系統(tǒng)有效地發(fā)揮功能，必須首先獲得各種各樣的信息。檢測(cè)系統(tǒng)的功能便是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各個(gè)參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，變成可識(shí)信號(hào)，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?。像我們?nèi)祟愡@樣生物系統(tǒng)中，動(dòng)作控制過(guò)程如圖6-1所示。a生物系統(tǒng)b機(jī)電一體化系統(tǒng)圖6-1檢測(cè)的作用

由上述可看出，傳感器與人體的感覺(jué)器官相對(duì)應(yīng)，計(jì)算機(jī)與大腦相對(duì)應(yīng)，執(zhí)行器與人體的運(yùn)動(dòng)器官行對(duì)應(yīng)。這種從外界獲取信息，并從中提取有用信息的過(guò)程成為檢測(cè)。按輸出信息的性質(zhì)可將檢測(cè)裝置分類如下：

檢測(cè)裝置開(kāi)關(guān)式模擬式數(shù)字式接觸式（微動(dòng)開(kāi)關(guān)，接觸開(kāi)關(guān)）非接觸式（光電開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)）電阻式（電位器，電阻應(yīng)變片）電壓，電流式（熱電偶、電壓元件）電感，電容式（電感，電容式位移傳感器）計(jì)數(shù)式（光柵等）代碼式（編碼器等）

盡管檢測(cè)儀器和檢測(cè)系統(tǒng)種類繁多，但都是用于各種物理化學(xué)等參量的檢測(cè)。其組成單元按信號(hào)傳遞的流程來(lái)分，通常由各種傳感器將物理等成分轉(zhuǎn)為電信號(hào)，然后經(jīng)信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理后顯示并輸出，由以上設(shè)備以及系統(tǒng)所需要的交、直流電源和必須的輸入設(shè)備組成一個(gè)完整檢測(cè)系統(tǒng)，如圖6-2所示。傳感器信號(hào)調(diào)理電路被測(cè)對(duì)象信號(hào)處理執(zhí)行器穩(wěn)壓電源輸入設(shè)備控制及功率放大信號(hào)顯示信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)采集信號(hào)記錄圖6-2

①傳感器：直接作用于被測(cè)量，并能按一定規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出。這種輸出通常是電信號(hào)。

②信號(hào)處理：把來(lái)自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更合適傳輸和處理的形式。

③數(shù)據(jù)采集：在檢測(cè)系統(tǒng)中的作用是對(duì)信號(hào)處理后的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號(hào)電壓幅相對(duì)應(yīng)的信息，同時(shí)把這些轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)傳遞給處理器或依次自動(dòng)存儲(chǔ)。

④信號(hào)處理：信號(hào)模塊是現(xiàn)代檢測(cè)儀表、檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)節(jié)，其作用和人的大腦相似。

⑤信號(hào)顯示：記錄信號(hào)顯示。應(yīng)當(dāng)指出，并非所有的檢測(cè)環(huán)節(jié)都具有圖6-2中所有環(huán)節(jié)。6.1.2機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，機(jī)電一體化對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在性能方面的基本要求是

精度、靈敏度和分辨率高。

線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好。

抗干擾能力強(qiáng)，靜動(dòng)態(tài)性能好。

④

體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，便于安裝與維修，耐環(huán)境性能好等。6.1.3檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：根據(jù)使用要求合理選用傳感器，并設(shè)計(jì)或選用相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)與處理電路以構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析與調(diào)試，使之在機(jī)電一體化產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)預(yù)期的計(jì)測(cè)功能。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方法是實(shí)驗(yàn)分析法，即理論分析和計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟如下圖6-3所示。

設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)任務(wù)分析系統(tǒng)方案選擇系統(tǒng)構(gòu)成框圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)與制造總裝調(diào)試及實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)運(yùn)行及考核圖6-3①設(shè)計(jì)任務(wù)分析：對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品整體功能、性能和應(yīng)用場(chǎng)合的了解，以及產(chǎn)品對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)具體性能要求的分析。②系統(tǒng)方案的選擇：系統(tǒng)方案的選擇包括傳感器及信號(hào)加工、處理方法的選擇。③系統(tǒng)構(gòu)成框圖設(shè)計(jì)：當(dāng)方案選定后，就要對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成框圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)確定對(duì)各構(gòu)成環(huán)節(jié)的要求。如變化特性、參數(shù)指標(biāo)等。④環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)與制造：環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)與制造依據(jù)所選定的方案進(jìn)行。⑤總裝調(diào)試及試驗(yàn)分析：各環(huán)節(jié)分別制造，調(diào)試完成后進(jìn)行總裝，構(gòu)成所需要的檢測(cè)系統(tǒng)，并進(jìn)行總體調(diào)試。⑥系統(tǒng)運(yùn)行及考察：檢測(cè)系統(tǒng)最終要納入到機(jī)電一體化產(chǎn)品中與其他系統(tǒng)統(tǒng)一，協(xié)調(diào)地運(yùn)行，因此其性能還要在整個(gè)產(chǎn)品運(yùn)行中進(jìn)行考核，進(jìn)行修復(fù)和完善。以上僅是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法步驟，實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程是很復(fù)雜的，涉及到較深的傳感器。6.2模擬式傳感器信號(hào)的檢測(cè)6.2.1模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的組成

模擬式傳感器的輸出是與被測(cè)物理量相對(duì)應(yīng)的連續(xù)變化的電信號(hào)。典型的模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)如圖所示：傳感器量程變換放大器解調(diào)器濾波器運(yùn)算電路A/D計(jì)算機(jī)

顯示、執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩器模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的典型組成6.2.2基本轉(zhuǎn)換電路

被測(cè)物理量經(jīng)傳感器變換后，往往成為電阻、電容、電感等電參數(shù)的變化，或電荷、電壓、電流等電量的變化。當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)是電參數(shù)形式時(shí)，需采用基本轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成電量形式，然后再送入后續(xù)檢測(cè)電路。（1）分壓電路式中:ω是交流電源角頻率；M2是變壓器互感。C并聯(lián)諧振式分壓電路，其中L、C、r分別為傳感器電感、電容和內(nèi)阻。輸出電壓U0隨L、C的變化規(guī)律圖（b)、(c)兩種分壓電路都可用于L或C發(fā)生變化的場(chǎng)合，且應(yīng)通過(guò)參數(shù)配置使電路工作在諧振點(diǎn)附近，以獲得較高的精度。

d）圖（d）光電分壓電路，傳感器是一種光敏元件，電阻為Rx。當(dāng)照射到傳感器上的光通量發(fā)生變化時(shí)，Rx也隨之變化，則電路的輸出電壓為：（2）差動(dòng)電路

差動(dòng)電路主要用于差動(dòng)式傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換。該電路的輸入端是兩個(gè)信號(hào)的輸入，這兩個(gè)信號(hào)的差值，為電路的有效輸入信號(hào)，電路的輸出是對(duì)這兩個(gè)輸入信號(hào)之差的放大。（如果存在干擾信號(hào)，會(huì)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生相同的干擾，通過(guò)二者之差，干擾信號(hào)的有效輸入為零，這就達(dá)到了抗共模干擾的目的）

如圖所示給出了四中常見(jiàn)用的差動(dòng)電路：圖（a）利用傳感器的一對(duì)差動(dòng)阻抗Z1和Z2構(gòu)成分壓器，在平衡狀態(tài)，Z1=Z2=Z0；被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，傳感器阻抗也隨之變化，設(shè)變化量為ΔZ，則Z1=Z0+ΔZ，Z2=Z0-ΔZ于是

阻抗的變化轉(zhuǎn)換成了輸出電壓的變化。圖（b）采用對(duì)稱電源供電，在傳感器處于平衡位置時(shí)，電路輸出為零；當(dāng)傳感器失衡后，輸出電壓與阻抗的變化成正比，即:圖（c）主要用于直流電橋中，兩個(gè)阻抗元件Z的中點(diǎn)接地，構(gòu)成對(duì)稱供電形式。當(dāng)傳感器處于平衡位置時(shí)，輸出電壓為零；當(dāng)傳感器失衡后，輸出電壓為:C）

圖（d）通過(guò)具有中間抽頭的變壓器二次線圈對(duì)傳感器的一對(duì)差動(dòng)阻抗對(duì)稱供電，其輸出電壓與傳感器阻抗變化之間的關(guān)系為：（d）圖（a）中的傳感器是差動(dòng)式的，其阻抗為Z1，采用標(biāo)準(zhǔn)電阻ZR作為電橋的另一臂，若傳感器的基準(zhǔn)阻抗為Z0，并取Z1=ZR=Z0,傳感器阻抗隨被測(cè)量的變化為ΔZ，則：（3）非差動(dòng)橋式電路當(dāng)電容傳感器的電容C或電阻傳感器的電阻R變化時(shí)，輸出電壓的幅值U0＝Ui／2不變，但相位角φ卻隨之變化，其輸出特性表達(dá)式為：b）圖（c）阻感相位電橋，其輸出信號(hào)相位隨傳感器電感L和電阻R的變化關(guān)系為(4)調(diào)頻電路傳感器電容C和標(biāo)準(zhǔn)電感L構(gòu)成諧振電路并接入振蕩器中，振蕩器輸出信號(hào)的頻率f隨傳感器電容C的變化關(guān)系為:(五)脈沖調(diào)寬電路輸出信號(hào)U0的脈寬占隨電容C或電阻R的變化而變化，即:式中，k是與UR／Ui有關(guān)的常數(shù)。6.2.3信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路（放大器），用于將傳感器或經(jīng)基本轉(zhuǎn)換電路輸出的微弱信號(hào)不失真地加以放大，以便于進(jìn)一步加工和處理。特點(diǎn)：放大倍數(shù)可大于1也可小于1；輸出與輸入相位相反；輸入阻抗低；不承受共模信號(hào)。（1）反相放大器基本電路其放大倍數(shù)只取決于RF與R1的比值UoR3UiR1RF-+N1UoR3UiR1RF-+N1（2）同相放大器。其放大倍數(shù)，只取決于RF與R1的比值，放大倍數(shù)大于1；輸入阻抗高?；倦娐份敵鲭妷海篟FUoR3U2R1-+N1R2U1（3）差動(dòng)放大器基本電路優(yōu)點(diǎn)：抑制共模信號(hào)，抗干擾能力極強(qiáng)輸出電壓：（4）電荷放大器利用壓電式傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，壓電元件輸出的信號(hào)是電荷量的變化。電荷放大器是一種帶電容負(fù)反饋的高輸入阻抗、高放大倍數(shù)的運(yùn)算放大器，其優(yōu)點(diǎn)在于可以避免傳輸電纜分布電容的影響。K為運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)，Cf為反饋電容，RF為反饋電阻，Ca為壓電傳感器的等效電容，C0為電纜分布電容，Ci為電荷放大器的輸入電容，Ra為電壓傳感器的等效電阻如果忽略較高的輸入電阻后，電荷放大器的輸出電壓為：此式表明，電荷放大器輸出電壓U0只與電荷Q和反饋電容Cf有關(guān)，與傳輸電纜的分布電容無(wú)關(guān)，說(shuō)明電荷放大器的輸出不受傳輸電纜長(zhǎng)度的影響電荷放大器等效電路

濾波器是一種具有選頻功能的裝置，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中應(yīng)用非常廣泛。其具體功用是：濾除在信號(hào)放大和傳輸過(guò)程中引入的噪聲和干擾；濾除在信號(hào)調(diào)制過(guò)程中的載波等無(wú)用信號(hào)；將不同頻率的有用信號(hào)分開(kāi)；對(duì)系統(tǒng)頻率特性進(jìn)行補(bǔ)償。6.2.4濾波器

濾波器種類繁多，對(duì)應(yīng)地也有多種分類方法。按照所處理信號(hào)形式不同，可將濾波器分為模擬式濾波器和數(shù)字式濾波器，其中模擬式濾波器又有機(jī)械式和電氣式兩類；按照所采用的元器件不同，又可分為無(wú)源濾波器和有源濾波器；按照所選通的信號(hào)頻率范圍的不同，還可分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種；此外還可根據(jù)濾波器傳遞函數(shù)的階次將其分為一階、二階和高階濾波器。

如圖所示（a）、（b）、（c）、（d）分別是低通、高通、帶通和帶阻濾波器的幅頻特性曲線。稱為截止頻率，和分別稱為下、上截止頻率。、、分別為（a）、（b）、（c）的通頻帶；對(duì)于（d）來(lái)說(shuō)和之間的頻率范圍稱為阻帶圖6-18各種濾波器的幅頻特性截止頻率若濾波器在通頻帶內(nèi)的增益為，則當(dāng)其增益下降到（即下降了3dB）時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率被稱為戒指頻率帶寬對(duì)于低通或帶通濾波器，帶寬是指其通頻帶寬度，對(duì)于高通或帶阻濾波器，帶寬是指阻帶的寬度。帶寬決定著濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力。品質(zhì)因數(shù)定義為帶通或帶阻濾波器的中心頻率與帶寬之比，即倍頻程選擇性是指在和之間，或在與之間，幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)幅頻特性的衰減量，用dB表示，它反映了濾波器對(duì)通頻帶以外的頻率成分的衰減能力。⑴無(wú)源RC濾波器用電阻R和電容C構(gòu)成的無(wú)源濾波器，因電路簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、有較好的低頻特性等優(yōu)點(diǎn)，而在檢測(cè)系統(tǒng)中有較多的應(yīng)用。圖6-19RC低通濾波器①RC低通濾波器圖6-19（a）是一典型RC低通濾波器。根據(jù)基爾霍夫定律，可列出電路的微分方程式：

式中，，稱為電路的時(shí)間常數(shù)。對(duì)上式進(jìn)行拉氏變換，得電路的傳遞函數(shù)為：用代替式中的s，得幅頻及相頻特性為：根據(jù)式（6-24）和（6-25）可繪出該濾波器的幅頻和相頻特性曲線，如圖6-19（b）所示。顯然這是一個(gè)低通濾波器，其截止角頻率為，對(duì)應(yīng)的截止頻率為：

②RC高通濾波器圖6-20（a）是一典型RC高通濾波器，其微分方程和傳遞函數(shù)分別為：用代替式中的s，得到幅頻和相頻特性為：對(duì)應(yīng)的幅頻及相頻特性曲線如圖所示。顯然，這是一個(gè)高通濾波器，期截止頻率的計(jì)算公式與式（6-26）相同圖6-20RC高通濾波器③RC帶通濾波器如果將圖6-19（a）和圖6-20（a）的兩個(gè)電路串聯(lián)起來(lái)，可構(gòu)成一RC帶通濾波器，如圖6-21所示。當(dāng)時(shí)，后面的低通濾波器對(duì)前面的高通濾波器影響較小，因此帶通濾波器的傳遞函數(shù)可看成是高通濾波器和低通濾波器的傳遞函數(shù)之積。若記和分別為高通和低通濾波器的幅頻和相頻特性，則帶通濾波器的幅頻和相頻特性分別為：其下截止頻率和上截止頻率分別為：圖6-21RC帶通濾波器⑵有源濾波器無(wú)源RC濾波器主要作為一階濾波器使用，其缺點(diǎn)是頻率選擇性較差。若將RC濾波器串聯(lián)起來(lái)，雖然可以提高s的階次，但受級(jí)間耦合的影響，效果較差。有源濾波器采用RC網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器組成，其中運(yùn)算放大器即可起到級(jí)間隔離作用，又可起到對(duì)信號(hào)的放大作用，而RC網(wǎng)絡(luò)則通常作為運(yùn)算放大器的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。圖6-22一階有源低通濾波器③有源低通濾波器圖6-22（a）是將簡(jiǎn)單的低通濾波器接到運(yùn)算放大器的同相輸入端而構(gòu)成的一階有源低通濾波器，其中RC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)濾波作用，運(yùn)算放大器用于隔離負(fù)載的影響，提高增益和帶負(fù)載能力。該濾波器的截止頻率為增益為6-22（b）是將一RC高通濾波器作為運(yùn)算放大器的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)成的一階有源低通濾波器，其截止頻率為增益為一階濾波器的倍頻程選擇性僅為4dB，說(shuō)明其頻率選擇能力較差。為提高頻率選擇能力，使通頻帶以外的頻率成分盡快衰減，應(yīng)提高濾波器的階次。圖6-23是二階有源低通濾波器的電路原理，其中圖6-23（a）可看作是圖6-22（a）、（b）所示的兩個(gè)一階低通濾波器的簡(jiǎn)單組合，其傳遞函數(shù)為：式中，分別是前后兩個(gè)低通濾波器的傳遞函數(shù)；分別是兩個(gè)低通濾波器的時(shí)間常數(shù)；，是二階濾波器的通頻帶增益；是二階濾波器的固有角頻率；，是二階濾波器的阻尼比。圖6-23二階有源低通濾波器檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了在低頻區(qū)獲得比較平坦的幅頻特性，常取=0.707，則，倍頻程選擇為7.4dB，顯然高于一階低通濾波器的倍頻程選擇性，因?yàn)槎A濾波器比一階濾波器具有較強(qiáng)的選頻特性。圖6-23（b）所示電路是對(duì)6-23（a）所示電路的改進(jìn)，其中通過(guò)多路負(fù)反饋以削弱在調(diào)諧頻率附近的負(fù)反饋?zhàn)饔?，使濾波器的特性更接近理想的低頻濾波器。該二階濾波器的傳遞函數(shù)、幅頻特性、相頻特性、截止角頻率、分別與式（6-35）~（6-38）具有相同的表達(dá)式，但其中的參數(shù)、、不同，這里分別為，，②有源高通濾波器圖6-24（a）是一個(gè)二階有源高通濾波器的電路原理，它將兩個(gè)RC高通濾波器串聯(lián)在運(yùn)算放大器的同相輸入端，其傳遞函數(shù)為式中分別為通頻帶增益、固有角頻率和阻尼比。該高通濾波器的截止角頻率的計(jì)算公式同式（6-38）圖6-24二階有源高通濾波器圖6-24（b）是另一二階有源高通濾波器的電路原理，其中信號(hào)從運(yùn)算放大器的反相端輸入，并通過(guò)多路負(fù)反饋來(lái)抑制元件參數(shù)變化的影響，保證在任何參數(shù)情況下阻尼比總是正值，濾波器總是工作在穩(wěn)定狀態(tài)。該濾波器的傳遞函數(shù)具有與（6-39）相同的表達(dá)形式，但其中各參數(shù)應(yīng)按廈門的公式來(lái)確定可見(jiàn)，無(wú)論電路中各元件參數(shù)取值如何，阻尼比永遠(yuǎn)是正值，該二階系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。該濾波器的截止角頻率也可按式（6-38）計(jì)算。③有源帶通濾波器圖6-25所示二階有源帶通濾波器是由一個(gè)RC低通濾波器和一個(gè)RC高通濾波器串聯(lián)在運(yùn)算放大器的同相輸入端構(gòu)成的，其傳遞函數(shù)為式中圖6-25二階有源帶通濾波器④有源帶阻濾波器圖6-26是二階有源帶阻濾波器的電路原理，濾波器的傳遞函數(shù)為式中濾波器的通帶增益、阻帶寬度及品質(zhì)因數(shù)分別為運(yùn)算電路是能對(duì)信號(hào)運(yùn)算處理的電路，根據(jù)信號(hào)形式的不同可分為模擬和數(shù)字運(yùn)算電路。由于計(jì)算機(jī)的普及和許多眾所周知的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字運(yùn)算電路的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但模擬運(yùn)算電路具有直接、簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的運(yùn)算，仍可采用模擬運(yùn)算電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。本節(jié)僅簡(jiǎn)單介紹一些常用的模擬運(yùn)算電路。6.2.5運(yùn)算電路加減混合運(yùn)算電路⑴線性加、減運(yùn)算電路圖6-27輸出是輸入的線性相加，即圖6-28是一減法運(yùn)算電路，兩個(gè)輸入信號(hào)分別從同相和反相輸入端輸入，其輸出信號(hào)為實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的減法運(yùn)算及差值的比例運(yùn)算圖6-27加法運(yùn)算電路圖6-28減法運(yùn)算電路

圖6-29所示電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的加減混合運(yùn)算。若取則電路的輸出與各輸入信號(hào)之間的關(guān)系為圖6-29加減混合運(yùn)算電路⑵積分與微分電路圖6-30是采用運(yùn)算放大器和電阻、電容構(gòu)成的基本積分運(yùn)算電路，其輸出電壓為：圖6-31是一基本微分運(yùn)算電路，可實(shí)現(xiàn)下述微分運(yùn)算。圖6-30積分運(yùn)算電路圖6-31微分運(yùn)算電路6.4.1模擬量的轉(zhuǎn)換輸入方式

圖6-50模擬量轉(zhuǎn)換輸入方式

模擬量的轉(zhuǎn)換輸入方式主要有四種，如圖6-50所示。圖6-50(a)是最簡(jiǎn)單的一種方式，但僅適用于只有一路檢測(cè)信號(hào)的場(chǎng)合。第二種方式如圖6-50(b)所示，多路檢測(cè)信號(hào)共用一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)模擬多路開(kāi)關(guān)依次對(duì)各信號(hào)進(jìn)行采樣，其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，節(jié)省元器件，但信號(hào)采集速度低，不能獲得同一瞬時(shí)的各路信號(hào)。第三種方式如圖6-50(c)所示，它與第二種方式的主要區(qū)別是信號(hào)的采樣／保持電路在多路開(kāi)關(guān)之前，因而可獲得同一瞬時(shí)的各路信號(hào)。圖6-50(d)所示為第四種方式，其中各路信號(hào)都有單獨(dú)的采6.3數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)

數(shù)字傳感器是指將傳統(tǒng)的模擬式傳感器經(jīng)過(guò)加裝或改造A/D轉(zhuǎn)換模塊，使之輸出信號(hào)為數(shù)字量(或數(shù)字編碼)的傳感器，主要包括：放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、通訊接口電路等。數(shù)字式傳感器可直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，既可提高檢測(cè)精度、分辨率和抗干擾能力，又易于信號(hào)的運(yùn)算處理、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)距離傳輸最常見(jiàn)的數(shù)字式傳感器有光柵、磁柵、容柵、感應(yīng)同步器、光電編碼器及激光干涉儀等，主要用于幾何位置、速度等的測(cè)量6.3.1數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的組成數(shù)字式傳感器的特點(diǎn)：1）具有較高的測(cè)量精度和分辨率,測(cè)量范圍大；2）抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好；3）信號(hào)易于處理、傳送和自動(dòng)控制；4）便于動(dòng)態(tài)和多路測(cè)量，讀數(shù)直觀；5）安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。

傳感器放大器整形電路細(xì)分電路脈沖當(dāng)量變換電路計(jì)數(shù)器寄存器計(jì)算機(jī)顯示、執(zhí)行機(jī)構(gòu)變相電路數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的典型組成6.3.2多路采集細(xì)分與辯向當(dāng)兩塊光柵靠近放置，并讓其刻線面平行，且刻線方向形成一個(gè)很小的夾角時(shí)，在與光柵刻線垂直的方向上可形成明暗交替的莫爾條紋。標(biāo)尺光柵指示光柵光柵測(cè)量線位移原理透過(guò)莫爾條紋光通量的變化這種利用多傳感元件對(duì)同一別測(cè)量同時(shí)采集多路相位不同的信號(hào)而實(shí)現(xiàn)的細(xì)分方法稱為多路信號(hào)采集細(xì)分鎢合金的光柵運(yùn)用原理光柵信號(hào)的四細(xì)分與辯向電路信號(hào)的整形功能還常采用集成化的過(guò)零比較器或具有回差的零值比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用具有回差的零值比較器可防止在信號(hào)過(guò)零時(shí)由于干擾的影響而使比較器來(lái)回翻轉(zhuǎn)，但會(huì)存在相位偏差。6.3.3電阻鏈移相細(xì)分與辯向由于受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制，多路信號(hào)采集細(xì)分的方法一般僅用于四細(xì)分，如果采用光電管陣列和電耦合器件，最高可實(shí)現(xiàn)十細(xì)分。為了實(shí)現(xiàn)更高的細(xì)分?jǐn)?shù)，可在多路信號(hào)采集細(xì)分的基礎(chǔ)上，利用細(xì)分電路對(duì)所獲得信號(hào)進(jìn)一步細(xì)分。電阻鏈移相細(xì)分就是這樣一種細(xì)分方法，其細(xì)分?jǐn)?shù)可達(dá)8-60。電阻鏈移相細(xì)分原理其中根據(jù)疊加原理，輸出信號(hào)u0為并聯(lián)電阻鏈移相細(xì)分電路6.3數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)

各路細(xì)分信號(hào)Ui在經(jīng)整形、微分或單穩(wěn)電路變成窄信號(hào)后，可送入右圖所示的順序式辯向電路進(jìn)行辯向。為簡(jiǎn)化分析，途中僅示出了細(xì)分?jǐn)?shù)n=4的辯向電路。若實(shí)際應(yīng)用中n>4，只需按同樣原理對(duì)該電路稍加修改即可。順序式辯向電路6.4.1模擬量的轉(zhuǎn)換輸入方式

圖6-50模擬量轉(zhuǎn)換輸入方式

模擬量的轉(zhuǎn)換輸入方式主要有四種，如圖6-50所示。圖6-50(a)是最簡(jiǎn)單的一種方式，但僅適用于只有一路檢測(cè)信號(hào)的場(chǎng)合。第二種方式如圖6-50(b)所示，多路檢測(cè)信號(hào)共用一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)模擬多路開(kāi)關(guān)依次對(duì)各信號(hào)進(jìn)行采樣，其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，節(jié)省元器件，但信號(hào)采集速度低，不能獲得同一瞬時(shí)的各路信號(hào)。第三種方式如圖6-50(c)所示，它與第二種方式的主要區(qū)別是信號(hào)的采樣／保持電路在多路開(kāi)關(guān)之前，因而可獲得同一瞬時(shí)的各路信號(hào)。圖6-50(d)所示為第四種方式，其中各路信號(hào)都有單獨(dú)的采樣／保持電路和A／D轉(zhuǎn)換通道，可根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)，分別采用不同的采樣／保持電路或不同精度的A／D轉(zhuǎn)換器，因而靈活性大，抗干擾能力強(qiáng)，但電路復(fù)雜，采樣的元器件多。

上述四種方式，除第一種外，其他三種都可用于對(duì)多路檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集，因此對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)常被稱為多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。6.4.2模擬多路開(kāi)關(guān)

模擬多路開(kāi)關(guān)又稱多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱多路開(kāi)關(guān)，其作用是分別或依次把各路檢測(cè)信號(hào)與A／D轉(zhuǎn)換器接通，以節(jié)省A／D轉(zhuǎn)換器件。多路開(kāi)關(guān)還常在電路中用于信號(hào)通路的切換，如量程切換等。對(duì)多路開(kāi)關(guān)的基本要求是：導(dǎo)通電阻?。婚_(kāi)路電阻大，交叉干擾?。婚_(kāi)關(guān)的切換速度快；傳輸信號(hào)的線性度好。多路開(kāi)關(guān)主要有電力機(jī)械開(kāi)關(guān)和電子開(kāi)關(guān)兩類。電力機(jī)械開(kāi)關(guān)如繼電器等，由于其體積大、開(kāi)關(guān)速度慢，因而不適于信號(hào)采集。電子開(kāi)關(guān)是以二極管、雙極型晶體管、MOS(金屬一氧化物一半導(dǎo)體)場(chǎng)效應(yīng)管等作開(kāi)關(guān)元件而構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路，其中又以MOS場(chǎng)效應(yīng)管集成開(kāi)關(guān)電路應(yīng)用最多。

圖6-51CC4066端子功能表

圖6-51是CC4066型四雙向模擬開(kāi)關(guān)的端子功能圖。該集成電路芯片中共有四個(gè)雙向模擬開(kāi)關(guān)，分別標(biāo)為SA～SD。UDD和Uss分別為電源和接地端子，UCA～UCD分別是模擬開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)端子。當(dāng)控制信號(hào)端子接高電平時(shí)，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)閉合，即每一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)都相當(dāng)于一個(gè)可控的單刀單擲開(kāi)關(guān)。對(duì)CC4066中的四個(gè)雙向模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行適當(dāng)組合，可構(gòu)成各種模擬多路開(kāi)關(guān)。

圖6-52CC4066構(gòu)成的模擬多路開(kāi)關(guān)

圖6—52(a)是用SA、SB兩個(gè)開(kāi)關(guān)組合成的一個(gè)相當(dāng)于單刀雙擲的開(kāi)關(guān)，選通兩路輸入信號(hào)中的一路，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的切換。圖6—52(b)是將四個(gè)開(kāi)關(guān)組合起來(lái)構(gòu)成的一個(gè)四選一模擬多路開(kāi)關(guān)，它要求在任何時(shí)刻，控制信號(hào)UCA~UCD中只能有一個(gè)是高電平，否則各路輸入信號(hào)將互相干擾。

為了采用較少的控制信號(hào)來(lái)選通多路開(kāi)關(guān)，可在各控制信號(hào)UCA～UCD之前加上譯碼電路。集成電路芯片CC4051就是帶有譯碼電路的八選一多路開(kāi)關(guān)，其端子功能如圖6-53所示，其中(IN／OUT)0～(IN／OUT)7分別是八路信號(hào)的輸入端或者輸出端；OUT/IN是公共輸出或輸入端；A、B、C是各開(kāi)關(guān)的數(shù)字控制信號(hào)輸入端，當(dāng)CBA=000～111時(shí)，可分別選通開(kāi)關(guān)通道0～7；INH是禁止端，當(dāng)其為高電平時(shí)，各通道均被關(guān)閉，只有當(dāng)該端子上的信號(hào)為低電平時(shí)，各開(kāi)關(guān)才能在控制信號(hào)的控制下正常通斷。如果信號(hào)分別從(IN／OUT)0～(IN／OUT)7八個(gè)端子輸入，并從公共端OUT／IN輸出時(shí)，該芯片是一個(gè)模擬多路開(kāi)關(guān)；如果信號(hào)從公共端輸入，并向八個(gè)端子分配輸出時(shí)，該芯片可以作為信號(hào)分配器使用。

圖6-53CC4051端子功能表

在CC4051芯片中除電源端子UDD和接地端子Uss外，還有另一電源端子UEE，供電移位時(shí)使用，以便傳輸具有正、負(fù)極性的模擬信號(hào)。例如，當(dāng)UDD=+5V，USS=0V，UEE=-5V時(shí)，該芯片可傳輸幅度范圍為-5～+5V的模擬信號(hào)。6.3.4鎖相倍頻細(xì)分與變相 鎖相倍頻細(xì)分原理如果被檢信號(hào)的變化頻率為f1，通過(guò)鎖相倍頻電路使輸出信號(hào)的頻率為f0=nf1。若對(duì)輸出信號(hào)的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，則輸出信號(hào)每變化一個(gè)周期，在輸出端可計(jì)n個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)n細(xì)分。原理圖如下。計(jì)數(shù)器保持器慮波器n分頻器倍頻壓控振蕩器U1Udf0f0/nf0鑒相器

圖6.3.41鎖相倍頻細(xì)分原理

為了使輸出信號(hào)f0跟蹤輸入信號(hào)f1的變化，并試著保持f0=nf1，電路中對(duì)f0采用了閉環(huán)控制，首先將f0n分頻，然后反饋回來(lái)與f1進(jìn)行比較。當(dāng)f0=nf1時(shí)，輸入信號(hào)與反饋頻率相同，相位差不變，因而鑒相器的輸出保持不變，使倍頻壓控振蕩器頻率的輸出f0也保持不變，當(dāng)f0不等n倍f1時(shí)，輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的相位差發(fā)生變化，相應(yīng)的，鑒相器的輸出Ud也發(fā)生變化，并通過(guò)濾波器使加到振蕩器的電壓發(fā)生變化，震蕩頻率f0發(fā)生變化，直至f0=nf1，重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為止。

圖6.3.42中的鑒相器可以采用相敏檢波鑒相，RS觸發(fā)器或脈沖采樣鑒相等方法，其中以脈沖采樣鑒相應(yīng)用最廣。A是一種帶有積分環(huán)節(jié)的脈沖采樣式鑒相器，其中頻率為f1的輸入信號(hào)u1經(jīng)比較器N1后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)u01，u01經(jīng)R1和C1構(gòu)成的積分電路對(duì)C1充電。由于積分時(shí)間常數(shù)R1C1很大，因而C1上的充電電壓u01為一近似三角波，并通過(guò)耦合電容C2加到場(chǎng)效應(yīng)管VF的極源。鎖相細(xì)分電路中頻率為f0/n的反饋信號(hào)經(jīng)微分或單穩(wěn)電路后形成采樣脈沖Ub，并加到VF的柵極。當(dāng)Vb到來(lái)時(shí)，VF瞬時(shí)導(dǎo)通，該瞬時(shí)電壓ub存儲(chǔ)到電容C3上。由運(yùn)算放大器N2接成的跟隨器具有很高的輸入阻抗用以減慢C2的放電，從而減小由此產(chǎn)生的誤差。N2的輸出即為鑒相器的輸出Ud，它與U1和Ub的相位差成線性關(guān)系。b圖為各信號(hào)的波形圖。6.3.42鑒相器原理圖壓控振蕩器是一種用加在控制端的電壓來(lái)控制振蕩頻率變化的振蕩器，它實(shí)質(zhì)上是一種電壓/頻率變換器。如圖，晶體管VT1和VT2各自的電極電壓分別通過(guò)射極跟隨器VT3、VT4和電容C1、C2耦合到另一振蕩管的基極，形成方形振蕩；振蕩信號(hào)ud從VT2的集電極輸出。設(shè)在某一時(shí)刻，VT1由導(dǎo)通變截止，VT2由截止變導(dǎo)通，這時(shí)各點(diǎn)電位大致如圖中所注，輸出信號(hào)uv為低電平，隨后+12v電源通過(guò)Rb1及由VT3，Rc3至VT3兩條回路向C2反向充電。當(dāng)C2反向充電到一定電位后，使VT1導(dǎo)通，VT3、VT5截止，輸出信號(hào)u0變?yōu)楦唠娖?。與此同時(shí)，VT2和VT6導(dǎo)通，+12v電源又2通過(guò)Rb2和由VT4和Rv6至VT6兩條回路向C1反向充電，直至VT2再次變?yōu)閷?dǎo)通，VT1再次變?yōu)榻刂?。上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，就可從VT2的集電極輸出一定頻率的脈沖信號(hào)u0.圖6.3.43壓控振蕩器原理圖6.3.4574LS393四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯圖N分頻器實(shí)質(zhì)上是一種計(jì)數(shù)電路，可采用上圖所示的集成電路74LS393來(lái)實(shí)現(xiàn)。它是一種雙四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片，每片上有兩個(gè)獨(dú)立的四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器由四個(gè)T觸發(fā)器構(gòu)成。計(jì)數(shù)脈沖有CP上橫崗端輸入，輸出脈沖可取自Qa、Qb、Qc、Qd端，頻率分別是輸入計(jì)數(shù)脈沖頻率的1/2、1/4、1/8或1/16，即實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的2、4、8、16分頻。若將一片74LS393上的兩個(gè)計(jì)數(shù)器互聯(lián)，可構(gòu)成一個(gè)八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)32,64,128,256分頻。鎖相倍頻細(xì)分電路還可以用于相位調(diào)制信號(hào)的細(xì)分，如圖所示，來(lái)自光柵或感應(yīng)器的調(diào)相信號(hào)Umsin（ωt+θ）與參考信號(hào)Umsinωt分別n分頻后，由差值計(jì)數(shù)器求取兩路信號(hào)變化周期數(shù)之差。由于0=2πx/ω，其中x是光柵尺或感應(yīng)同步器的位移，W是柵距，如果信號(hào)不經(jīng)倍頻電路，則x每變化W，θ變化2π，兩路信號(hào)相差一個(gè)周期；在信號(hào)經(jīng)過(guò)n分頻后，x每變化ω，兩路信號(hào)相差n個(gè)周期，差值計(jì)數(shù)器將計(jì)n個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)n細(xì)分。鎖相倍頻器鎖相倍頻器差值計(jì)數(shù)器UmsinωtUmsin（ωt+θ）圖6.3.46調(diào)相信號(hào)的鎖相倍頻細(xì)分原理

由于調(diào)相信號(hào)的頻率很高，由位移X而引起的頻率變化相對(duì)很小，經(jīng)n倍頻后兩路信號(hào)的頻率非常接近，因而有許多脈沖在時(shí)間上是重疊或緊挨著的，若采用可逆計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)差值計(jì)數(shù)，很容易出現(xiàn)差錯(cuò)。為了防止出錯(cuò)，可對(duì)兩路信號(hào)分別計(jì)數(shù)，然后求取差值，或采用對(duì)頂脈沖與交錯(cuò)脈沖來(lái)求取差值。對(duì)頂脈沖與交錯(cuò)脈沖消除電路如圖，其中U1與U2分別是鎖相倍頻器的輸出信號(hào)u1和u2經(jīng)整形后的到的方波；At1和At2是整步雙穩(wěn)觸發(fā)器，即D觸發(fā)器，其Q端的輸出狀態(tài)有時(shí)鐘脈沖CP到來(lái)前的D端狀態(tài)決定，且狀態(tài)的轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在CP脈沖的上升沿。圖6.3.47對(duì)頂脈沖與交錯(cuò)脈沖消除電路Q1和Q2分別送入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器AT1和AT2，得到兩組脈寬r1=r2的窄脈沖B1和B2，他們具有如下特點(diǎn)：B1和B2的個(gè)數(shù)分別與U1和U2的變化周期數(shù)相同；B1和B2的前沿出現(xiàn)在U1和U2下降后的下一個(gè)Cp脈沖的上升沿處，如果B1和B2有同一個(gè)脈沖整步產(chǎn)生那么他們?cè)跁r(shí)間上完全重疊，稱為對(duì)頂脈沖；如果B1、B2由不同的CP脈沖產(chǎn)生，在時(shí)間上互相錯(cuò)開(kāi)，在順序上交替出現(xiàn)，則稱為交錯(cuò)脈沖。圖6.3.48對(duì)頂脈沖與交錯(cuò)脈沖消除電路波形圖將B1、B2分別送入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器AT5，AT6，形成寬度進(jìn)一步縮小的兩路脈沖，再經(jīng)反相器DN1、DN2后得到兩路窄正脈沖B3、B4，其脈寬t3=t4<t1=t2。對(duì)于對(duì)頂脈沖，正脈沖B3完全落在AT1輸出的負(fù)脈沖B2區(qū)間內(nèi)，因而與非門DAN1被關(guān)閉，沒(méi)有脈沖輸出。同樣道理，負(fù)脈沖B1也將與非門DAN2關(guān)閉，使與之對(duì)頂?shù)拿}沖B4不能輸出，因而消除了對(duì)頂脈沖。對(duì)于交錯(cuò)脈沖，因DN1輸出B3期間，B2處于高電平而將DAN1打開(kāi)，讓B3通過(guò)并反向，再經(jīng)DN3得到一個(gè)與B3同樣寬度的正脈沖B5。同樣道理，在DN2輸出B4期間，通過(guò)DAN2和DAN4也可得到一個(gè)與B4同樣寬度的正脈沖B6。這樣，經(jīng)過(guò)對(duì)頂脈沖消除電路后對(duì)頂脈沖被消除，而交錯(cuò)脈沖將全部保留。然后，將保留下來(lái)的脈沖送入交錯(cuò)脈沖消除電路。假設(shè)某時(shí)刻B5到來(lái)，經(jīng)DN5反向及AT7延遲后，將AT0置為0態(tài)，因而關(guān)閉DAN4開(kāi)啟DAN3.若下一刻到來(lái)的是B6脈沖，它將受到DAN0的阻塞而不能通過(guò)，在P2端無(wú)脈沖輸出；若下一刻到來(lái)的是仍B5脈沖，則將通過(guò)DAN3從P1端輸出一個(gè)加法計(jì)數(shù)脈沖，標(biāo)志著U1比U2多變化了一個(gè)周期。同樣道理，B6脈沖到來(lái)后，它經(jīng)DN6，AT8將AT0置于1態(tài)，關(guān)閉DAN3開(kāi)啟DAN4，使緊跟著到來(lái)的B5被DAN5阻塞，而B(niǎo)6可以通過(guò)DAN4，并從P2端輸出一個(gè)減法計(jì)數(shù)脈沖，表明信號(hào)U1和U2少變化了一個(gè)周期。這樣，通過(guò)交錯(cuò)脈沖消除電路后，只有那些既非對(duì)頂也非交錯(cuò)的脈沖被保留了下來(lái)。6.3.5脈沖填充細(xì)分與變相

脈沖填充細(xì)分方法可用于調(diào)相信號(hào)的細(xì)分處理，其工作原理如下圖。圖6.3.51脈沖填充細(xì)分工作原理將調(diào)相信號(hào)，Umsinwt（wt+θ

）作為門電路的開(kāi)門信號(hào)，參考信號(hào)Umsinwt作為關(guān)門信號(hào)，則門電路的開(kāi)啟時(shí)間與兩路信號(hào)的相位差0及傳感器中動(dòng)尺相對(duì)于定尺的位移x成正比。為了實(shí)現(xiàn)n細(xì)分，采用頻率為f=nw/2π的時(shí)鐘脈沖作為關(guān)門信號(hào)，則門電路開(kāi)啟期間，時(shí)鐘脈沖通過(guò)門電路進(jìn)入計(jì)數(shù)器。在調(diào)相信號(hào)的每個(gè)周期內(nèi)，計(jì)數(shù)器所計(jì)的脈沖數(shù)N=n0/2π，與相位差θ成正比。在關(guān)門脈沖的到來(lái)前，門電路被關(guān)閉，阻止時(shí)鐘脈沖通過(guò)，同時(shí)發(fā)出寄存指令，將計(jì)數(shù)器的值n鎖存到寄存器中并在延遲片刻后將計(jì)數(shù)器清零，為下一周期的計(jì)數(shù)做好準(zhǔn)備。由寄存器中的數(shù)值N可確定相位差θ，繼而位移x。脈沖填充法細(xì)分主要用于被檢測(cè)信號(hào)相位變化較小，即θ<2π的情況。當(dāng)θ>2π時(shí)，可先將兩路信號(hào)送入對(duì)頂脈沖與交錯(cuò)脈沖消除電路，求出整周期數(shù)之差，然后再通過(guò)脈沖細(xì)分電路求單周期內(nèi)相位差所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值及相位差、位移量。6.5傳感器的非線性補(bǔ)償

造成非線性的原因主要有兩個(gè)：

(1)許多傳感器的轉(zhuǎn)換原理是非線性，例如溫度測(cè)量時(shí)，熱電阻的阻值與溫度、熱電偶的電動(dòng)勢(shì)與溫度都是非線性關(guān)系；流量測(cè)量時(shí)，孔板輸出的差壓信號(hào)與流量輸入信號(hào)之間也是非線性關(guān)系。

(2)采用的測(cè)量電路也是非線性的，例如，測(cè)量熱電阻用四臂電橋，電阻的變化引起電橋失去平衡，此時(shí)輸出電壓與電阻之間的關(guān)系為非線性。6.5傳感器的非線性補(bǔ)償

對(duì)于這類問(wèn)題的解決，在模擬量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，一般采用三種方法：①縮小測(cè)量范圍，并取近似值；②采用非線性的指示刻度；③增加非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)(亦稱線性化器)。增加非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的方法有：①硬件電路的補(bǔ)償方法，通常是采用模擬電路、數(shù)字電路，如二極管陣列開(kāi)方器，各種對(duì)數(shù)、指數(shù)、三角函數(shù)運(yùn)算放大器等數(shù)字控制分段校正、非線性A／D轉(zhuǎn)換等。②微