檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)處理技術(shù)9.1信號(hào)處理技術(shù)9.2干擾抑制技術(shù)9.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)9.4傳感器的非線性補(bǔ)償傳感器的輸出信號(hào)具有種類(lèi)多、信號(hào)微弱、易衰減、非線性、易受干擾等不利于處理的特點(diǎn)。1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路系統(tǒng)。9.1信號(hào)處理技術(shù)

9.1.1傳感器信號(hào)的預(yù)處理

（1）信號(hào)調(diào)理電路——是內(nèi)容極為豐富的各種電路的綜合名稱(chēng)。具體采用的信號(hào)調(diào)理技術(shù)及其電路，由傳感器輸出信號(hào)的特性和后續(xù)采樣／保持電路（或A／D轉(zhuǎn)換器）的要求或確定的測(cè)量要求所決定。把信號(hào)調(diào)整到符合A/D轉(zhuǎn)換器工作所需要的數(shù)值（如放大、衰減、偏移等）；濾除信號(hào)中不需要的成分（如低通、帶通、高通、帶阻濾波等）；把信號(hào)調(diào)整到進(jìn)一步處理的需要（如線性修正電路、改善信噪比的“相加平均”電路等）。（2）多路模擬開(kāi)關(guān)——在控制信號(hào)的作用下，按指定的次序把各路模擬信號(hào)分時(shí)地送至A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。作用：讓許多獨(dú)立的模擬信號(hào)共享采樣／保持電路和A／D轉(zhuǎn)換等器件。（3）采樣/保持電路（S/H電路）——A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，為了保證轉(zhuǎn)換的精度，在模擬信號(hào)源與A／D轉(zhuǎn)換器之間接入。

在A／D轉(zhuǎn)換前，應(yīng)使采樣／保持電路處于采樣模式，采樣后使采樣／保持電路處于保持模式。為了提高系統(tǒng)的測(cè)量速度，采樣時(shí)間越短越好；為了有良好的轉(zhuǎn)換精度，保持時(shí)間越長(zhǎng)越好?？刂菩盘?hào)輸入保持實(shí)際保持電壓獲得時(shí)間應(yīng)保持電壓延時(shí)引入誤差SC采樣保持波形采樣保持原理控制開(kāi)關(guān)保持電容（4）A／D轉(zhuǎn)換器——把模擬信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的輸出。常用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近型和雙斜積分型。A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。（5）接口電路及控制邏輯電路——在A／D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的總線之間加入接口電路以實(shí)行電路參數(shù)匹配；邏輯控制電路受控于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一定時(shí)序要求的邏輯控制信號(hào)，讓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照規(guī)定的動(dòng)作次序進(jìn)行工作。接口電路的功能：實(shí)現(xiàn)邏輯電平、驅(qū)動(dòng)能力的匹配等。邏輯控制電路的功能：實(shí)現(xiàn)時(shí)序要求上的匹配。Log2580系列現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)①采樣速率100kHz，16bit分辨率②輸入通道：16單端/8差分模擬信號(hào)，可擴(kuò)至256通道③14個(gè)可編程輸入量程，最大可到20V

④可直接測(cè)試各種傳感器信號(hào)⑤24路通用數(shù)字I/O，16路專(zhuān)用數(shù)字輸入，可擴(kuò)至208通道性能參數(shù)：PersonalDaqsUSB

接口數(shù)據(jù)采集器CBook2000系列高精度便攜數(shù)據(jù)采集器Cerebus多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.傳感器信號(hào)的預(yù)處理方法1）傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)（1）有開(kāi)關(guān)信號(hào)型、模擬信號(hào)型（有電壓型、電流型和阻抗型等）、數(shù)字信號(hào)型等。（2）一般比較微弱，有的傳感器輸出電壓僅有0.1μV。（3）輸出阻抗都比較高，傳感器信號(hào)輸入到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的信號(hào)衰減。（4）動(dòng)態(tài)范圍很寬。（5）輸出與輸入之間的關(guān)系有時(shí)不是線性關(guān)系。（6）輸出量會(huì)受溫度的影響。2）傳感器信號(hào)的預(yù)處理方法傳感器的信號(hào)經(jīng)預(yù)處理后，使其成為可供測(cè)量、控制及便于向微型計(jì)算機(jī)輸入的信號(hào)形式。傳感器信號(hào)預(yù)處理的主要目的：根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)，采取不同的信號(hào)處理方法來(lái)抑制干擾信號(hào)，并對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的非線性、零位誤差和增益誤差等進(jìn)行補(bǔ)償和修正，從而提高檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度和線性度。根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)及后續(xù)檢測(cè)電路對(duì)信號(hào)的要求選擇不同的預(yù)處理電路常用的傳感器信號(hào)預(yù)處理方法：（1）阻抗變換電路：高阻抗→低阻抗（2）放大電路（3）電流電壓轉(zhuǎn)換電路：輸出電流→輸出電壓（4）頻率電壓轉(zhuǎn)換電路：頻率→輸出電流或電壓（5）電橋電路：電阻、電感和電容值→電流或電壓（6）電荷放大器：電荷量→電壓（7）交-直流轉(zhuǎn)換電路：交流輸出→直流輸出（8）濾波電路：消除噪聲（9）非線性校正電路（10）對(duì)數(shù)壓縮電路：對(duì)動(dòng)態(tài)范圍較寬的輸出信號(hào)9.1.2信號(hào)放大技術(shù)1.儀表放大器及其選擇共模干擾：在傳感器的兩條輸出線上產(chǎn)生的完全相同的干擾。儀表放大器——廣泛用于傳感器信號(hào)的放大，特別是微弱信號(hào)及具有較大共模干擾的場(chǎng)合。1）儀表放大器使用場(chǎng)合：主要用于微小信號(hào)的精確測(cè)量，在工業(yè)自動(dòng)控制、多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、航空及生態(tài)研究中，廣泛用于傳感器信號(hào)放大、高阻電橋、光電管、生物電放大及高阻比較器等。又稱(chēng)數(shù)據(jù)放大器，一般由三只高精度運(yùn)放及精密電阻組成。優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高、共模抑制比高、噪聲低、穩(wěn)定性好。差分輸入級(jí)儀表放大器原理圖增益調(diào)整電阻總的電壓放大倍數(shù)為放大器所采用的上述電路形式，使它具有輸入阻抗高、增益調(diào)節(jié)方便、漂移相互補(bǔ)償以及輸出不包含共模信號(hào)等一系列優(yōu)點(diǎn)。調(diào)節(jié)R1可改變放大倍數(shù)。國(guó)產(chǎn)儀表放大器組件ZF603～ZF605，它對(duì)應(yīng)美國(guó)AD公司的AD605。ZF603是一種體積小、價(jià)格低的儀表放大器，內(nèi)部有有源調(diào)零線路，可在±10V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)零輸入時(shí)的輸出電壓，且不影響共模抑制比，它按溫漂參數(shù)不同分為A、B兩檔，可用于需擴(kuò)展輸出電流的場(chǎng)合。表9–

1ZF603～ZF605參數(shù)性能表儀表放大器型號(hào)ZF603A/BZF604ZF605參數(shù)名稱(chēng)條件單位最小典型最大最小典型最大最小典型最大增益范圍-倍1-10001-10001-1000失調(diào)電壓G=1000mV可調(diào)零可調(diào)零-0.20.3輸入電流-nA-5080-5080-3050共模抑制比G=1000dB94100-94100-100110-輸出電流VOPP=±10VmA810-810-25-失調(diào)電壓溫漂G=1000μV/oC7/251增益精度G=100%0.20.20.1非線性畸變G=100%0.050.050.02大信號(hào)帶寬G=1kHz252515輸入噪聲G=10000.1Hz～10HzμV221.5輸入阻抗-Ω108109109輸入電壓-V±10±10±10外形尺寸-mm22×22×1228×28×1838×38×14注：組件可在-40oC～85oC范圍內(nèi)工作，溫漂參數(shù)在正溫區(qū)內(nèi)測(cè)得。ZF605儀表放大器原理圖及管腳排列圖如下圖(a)、(b)所示，圖中2、3端接增益調(diào)整電阻RG。(a)ZF605儀表放大器原理圖(b)ZF605儀表放大器引腳圖（引腳向上）反向輸入2）儀表放大器的選擇（3）高抗干擾性能（4）高輸入阻抗應(yīng)具有如下性能要求：（1）低噪聲（2）高穩(wěn)定性、低漂移（5）高共模抑制比（6）高線性度（7）適宜的頻率特性2．隔離放大器1）隔離放大器的應(yīng)用場(chǎng)合主要功能：在輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間提供優(yōu)良的歐姆隔離。特點(diǎn)：兩個(gè)輸入端完全浮離，輸入與輸出回路之間電絕緣！隔離放大器和普通放大器的區(qū)別？隔離放大器的輸入和輸出信號(hào)之間通過(guò)光耦等元件隔離開(kāi)，彼此之間沒(méi)有直接電位的聯(lián)系，而普通放大器的輸入和輸出信號(hào)都是共地的，有電氣上的直接連接。主要應(yīng)用場(chǎng)合：（4）必須浮地連接的信號(hào)源，例如在低電平信號(hào)測(cè)量中避免地線環(huán)路和噪聲的影響。（1）測(cè)量放大疊加在高共模電壓上的低電平信號(hào)，例如有關(guān)電力環(huán)境的測(cè)量。（2）需要高電壓隔離和極低的漏電流，例如醫(yī)療用的病人監(jiān)護(hù)儀器。（3）對(duì)電子儀器提供保護(hù)，防止高壓對(duì)儀器產(chǎn)生故障和損壞。

反饋信號(hào)不能從輸出端取出，而由輸入部分反饋端取出加在隔離集成運(yùn)放的反相輸入端。隔離集成運(yùn)放的符號(hào)和基本引線端2）隔離放大器的隔離指標(biāo)隔離指標(biāo)一般有以下幾項(xiàng)：（1）絕緣阻抗：輸入公共端與輸出公共端之間的等效阻抗，即右圖中虛線所示的R1與Cc的并聯(lián)阻抗值。（2）絕緣電壓范圍：在保持隔離集成運(yùn)放特性參數(shù)不超過(guò)允許值的情況下，輸入公共端與輸出公共端之間允許加的最大電壓（包括脈沖電壓）值。（3）絕緣電壓抑制比：當(dāng)輸入級(jí)、隔離級(jí)的失調(diào)電壓為零時(shí)，反相端的電壓差與輸出電壓之比。失調(diào)電壓：使放大器輸出為零時(shí)，輸入端加的補(bǔ)償電壓。9.2干擾抑制技術(shù)

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在工作的過(guò)程中，有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)某些不正常的現(xiàn)象，這表明存在著來(lái)自外部和內(nèi)部影響其正常工作的各種因素，尤其是當(dāng)被測(cè)信號(hào)很微弱時(shí)，問(wèn)題就更加突出。這些因素總稱(chēng)為“干擾”。干擾不但會(huì)造成測(cè)量誤差，有的甚至還會(huì)引起系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致生產(chǎn)事故。因此，在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用中都必須充分注意干擾抑制問(wèn)題。干擾的例子：電磁信號(hào)干擾器手機(jī)干擾器9.2.1干擾的來(lái)源1.機(jī)械的干擾根據(jù)產(chǎn)生干擾的物理原因指由于機(jī)械振動(dòng)或沖擊（包括聲波的干擾），使傳感器裝置中的元件發(fā)生振動(dòng)、變形，使連接導(dǎo)線發(fā)生位移，使指針發(fā)生抖動(dòng)。對(duì)于機(jī)械的干擾主要是采用減振措施來(lái)解決，例如使用減振彈簧或減振橡皮墊等。2．熱的干擾在工作時(shí)傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量所引起的溫度波動(dòng)和環(huán)境溫度的變化等都會(huì)引起檢測(cè)電路元器件參數(shù)發(fā)生變化，或產(chǎn)生附加的熱電動(dòng)勢(shì)等，從而影響了傳感器系統(tǒng)的正常工作。對(duì)于熱的干擾，工程上通常采用熱屏蔽、恒溫措施、對(duì)稱(chēng)平衡結(jié)構(gòu)和溫度補(bǔ)償元件等方法進(jìn)行抑制。3.光的干擾閃電擊中摩天樓戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射曳光干擾彈半導(dǎo)體材料在光線的作用下會(huì)激發(fā)出電子空穴對(duì)，使半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生電勢(shì)或引起阻值的變化。半導(dǎo)體元器件應(yīng)封裝在不透光的殼體內(nèi)，對(duì)于具有光敏作用的元件，尤其應(yīng)注意光的屏蔽問(wèn)題。4．濕度變化的影響下雨的路面濕度增加會(huì)使元器件的絕緣電阻下降，漏電流增加，高值電阻的阻值下降，電介質(zhì)的介電常數(shù)增加，吸潮的線圈骨架膨脹等。在南方潮濕地帶、船舶及鍋爐等地方，更應(yīng)注意密封防潮措施。例如，電氣元件印制電路板的浸漆、環(huán)氧樹(shù)脂封灌和硅橡膠封灌等均是強(qiáng)有力的防濕措施。5．化學(xué)的干擾金屬的腐蝕銅晶界的腐蝕化學(xué)物品，如酸堿鹽及腐蝕性氣體等，會(huì)通過(guò)化學(xué)腐蝕作用損壞傳感器裝置，因此，良好的密封和注意清潔是十分必要的。6．電和磁的干擾閃電是很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)電焊也是很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)源電和磁可以通過(guò)電路和磁路對(duì)傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生干擾作用，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化也會(huì)在有關(guān)電路中感應(yīng)出干擾電壓。傳感器系統(tǒng)最普遍和影響最嚴(yán)重的干擾7．射線輻射的干擾切爾諾貝利核泄漏事故現(xiàn)場(chǎng)的資料照片射線會(huì)使氣體電離、半導(dǎo)體激發(fā)電子-空穴對(duì)、金屬逸出電子，等等，因而用于原子能、核裝置等領(lǐng)域內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，尤其要注意射線輻射對(duì)傳感器系統(tǒng)的干擾。受到核污染的患者宇宙中超大質(zhì)量的黑洞天體發(fā)生高能離子輻射時(shí)的效果圖9.2.2信噪比和電磁兼容性1.信噪比衡量噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響常用信噪比（S／N）來(lái)表示，它是指在信號(hào)通道中，有用信號(hào)功率PS與噪聲功率PN之比，或有用信號(hào)電壓US與噪聲電壓UN之比。表示噪聲對(duì)有用信號(hào)影響的大小2．電磁兼容性

電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產(chǎn)生超過(guò)規(guī)定的電磁干擾信號(hào)。自然界干擾源人為干擾源宇宙射電噪聲大氣層的雷電噪聲等太陽(yáng)耀斑輻射噪聲有意發(fā)射干擾源無(wú)意發(fā)射干擾源電磁干擾源可分為：9.2.3電磁干擾的途徑電磁干擾的途徑有“路”和“場(chǎng)”兩種形式。1）漏電流耦合形成的干擾1．通過(guò)“路”的干擾由于絕緣不良，由流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所引起的噪聲干擾。2）傳導(dǎo)耦合形成的干擾當(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)具有噪聲的環(huán)境時(shí)，即拾取噪聲，并經(jīng)導(dǎo)線傳送到電路而造成干擾。3）共阻抗耦合形成的干擾共阻抗耦合是由于兩個(gè)電路共有阻抗，當(dāng)一個(gè)電路中有電流流過(guò)時(shí)，通過(guò)共有阻抗便在另一個(gè)電路上產(chǎn)生干擾電壓。2．通過(guò)“場(chǎng)”的干擾1）靜電耦合形成的干擾電場(chǎng)耦合實(shí)質(zhì)上是電容性耦合，它是由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容，可使一個(gè)電路的電荷變化影響到另一個(gè)電路。2）電磁耦合形成的干擾3）輻射電磁場(chǎng)耦合形成的干擾電磁耦合又稱(chēng)互感耦合，它是在兩個(gè)電路之間存在互感，一個(gè)電路的電流變化，通過(guò)磁交鏈會(huì)影響到另一個(gè)電路。輻射電磁場(chǎng)通常來(lái)源于大功率高頻電氣設(shè)備、廣播發(fā)射臺(tái)和電視發(fā)射臺(tái)等。如果在輻射電磁場(chǎng)中放置一個(gè)導(dǎo)體，則在導(dǎo)體上產(chǎn)生正比于電場(chǎng)強(qiáng)度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。9.2.4抑制電磁干擾的基本措施電磁干擾的形成必須同時(shí)具備三個(gè)要素，即干擾源、干擾途徑以及對(duì)電磁噪聲敏感性較高的接收電路——檢測(cè)裝置的前級(jí)電路。形成電磁干擾的三要素之間的聯(lián)系干擾源干擾途徑接收電路

抑制電磁干擾的基本措施：1.消除或抑制干擾源2．破壞干擾途徑3．削弱接收電路對(duì)電磁干擾的敏感性以上三個(gè)方面的措施可用疾病的預(yù)防來(lái)比喻，即消滅病菌來(lái)源、阻止病菌傳播和提高人體的抵抗能力。1．屏蔽技術(shù)9.2.5抗電磁干擾技術(shù)（電磁兼容控制技術(shù)）利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路包在其中，可以防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的耦合干擾，此種方法稱(chēng)為屏蔽。1）靜電屏蔽以銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬制作封閉的容器并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中。采用導(dǎo)電良好的金屬材料作屏蔽罩，利用電渦流原理，使高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流，消耗干擾磁場(chǎng)的能量，并利用渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)，從而使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高頻電磁場(chǎng)的影響。2）電磁屏蔽

若將電磁屏蔽層接地，則同時(shí)兼有靜電屏蔽作用。通常使用的銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜就能同時(shí)起電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用。收音機(jī)－屏蔽網(wǎng)房防電腦顯示器輻射的屏蔽罩程控交換機(jī)屏蔽機(jī)柜3）低頻磁屏蔽低頻磁屏蔽材料采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，將低頻干擾磁力線限制在磁阻很小的磁屏蔽層內(nèi)部，使屏蔽層內(nèi)的電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。在干擾嚴(yán)重的地方常使用復(fù)合屏蔽電纜，其最外層是低磁導(dǎo)率、高飽和的鐵磁材料，最里層是銅質(zhì)電磁屏蔽層，以便一步步地消耗掉干擾磁場(chǎng)的能量。在工業(yè)中常用的辦法是將屏蔽線穿在鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，以達(dá)到雙重屏蔽的目的。2．接地技術(shù)1—接線盒；2—大地；3—熔斷器；4—相線；5—中性線；6—保護(hù)地線；7—電氣設(shè)備；8—外殼1）地線的種類(lèi)導(dǎo)線接地起源于強(qiáng)電技術(shù)，它的本意是接大地，主要著眼于安全。這種地線也稱(chēng)為“保護(hù)地線”。下圖所示為電氣設(shè)備接大地的示意圖。通常將儀器設(shè)備中的公共參考端稱(chēng)為信號(hào)地線。（1）模擬信號(hào)地線信號(hào)地線又可分為以下幾種：（2）數(shù)字信號(hào)地線（3）信號(hào)源地線（4）負(fù)載地線（1）單級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則。2）一點(diǎn)接地原則圖(a)中有8個(gè)線端要接地；如果將這8個(gè)線端接在接地母線的任意點(diǎn)上，這幾個(gè)點(diǎn)可能相距較遠(yuǎn)，不同點(diǎn)之間的電位差就有可能成為這級(jí)電路的干擾信號(hào)，因此應(yīng)采取圖(b)所示的一點(diǎn)接地方式。接地母線（2）多級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則。

串聯(lián)接地方式：多級(jí)電路利用一段公用地線，在這段公用地線上存在著A、B、C點(diǎn)不同的對(duì)地電位差，有可能產(chǎn)生共阻抗干擾。只有在數(shù)字電路或放大倍數(shù)不大的模擬電路中，為布線簡(jiǎn)便起見(jiàn)，才采取上述電路，但也應(yīng)注意以下兩個(gè)原則：一是公用地線截面積應(yīng)盡量大些，以減小地線的內(nèi)阻；二是應(yīng)把最低電平的電路放在距離接地點(diǎn)最近的地方，即A點(diǎn)接地。公用地線

并聯(lián)接地方式：不易產(chǎn)生共阻耦合干擾，但需要很多根地線，在高頻時(shí)反而會(huì)引起各地線之間的互感耦合干擾，因此只在頻率為lMHz以下時(shí)才予采用。當(dāng)頻率較高時(shí)，應(yīng)采取大面積的地線，這時(shí)允許多點(diǎn)接地，這是因?yàn)榻拥孛娣e十分大，內(nèi)阻很低，反而易產(chǎn)生級(jí)與級(jí)之間的共阻抗耦合。（3）傳感器系統(tǒng)的一點(diǎn)接地原則。(a)系統(tǒng)兩點(diǎn)接地l，2—信號(hào)傳輸線；3—傳感器外殼；4—測(cè)量系統(tǒng)外殼；5—大地電位差傳感元件與測(cè)量裝置構(gòu)成了一個(gè)完整的傳感器系統(tǒng)，兩者之間可能相距甚遠(yuǎn)，所以這兩個(gè)部分的接地點(diǎn)之間的電位一般是不相等的，電位差可能高達(dá)幾伏甚至幾十伏，稱(chēng)為大地電位差。若將傳感元件、測(cè)量裝置的零電位在兩處分別接地，會(huì)有很大的電流流過(guò)信號(hào)傳輸線，在Zi2上產(chǎn)生電壓降，造成干擾。(b)系統(tǒng)一點(diǎn)接地l，2—信號(hào)傳輸線；3—傳感器外殼；4—測(cè)量系統(tǒng)外殼；5—大地電位差為避免這種現(xiàn)象，應(yīng)采取系統(tǒng)一點(diǎn)接地的方法，大地電位差只能通過(guò)分布電容Ci1、Ci2構(gòu)成回路，干擾電流大為減小。若進(jìn)一步采用屏蔽浮置的辦法就能更好地克服大地電位差引起的干擾。3.浮置技術(shù)

浮置指模擬輸入信號(hào)放大器的公共線（即模擬信號(hào)地線）不接機(jī)殼或大地。浮置與屏蔽接地相反，是阻斷干擾電流的通路，檢測(cè)系統(tǒng)被浮置后能大大減小共模干擾電流。4.平衡電路平衡電路又稱(chēng)對(duì)稱(chēng)電路。例如，電橋電路和差分放大器等電路就屬于平衡電路。采用平衡電路可以使對(duì)稱(chēng)電路結(jié)構(gòu)獲得的噪聲相等，并可以在負(fù)載上自行抵消。

5．濾波技術(shù)濾波器是抑制噪聲干擾的重要手段之一。濾波技術(shù)就是用電容和電感線圈或電容和電阻組成濾波器接在電源輸出端、測(cè)量線路輸入端、放大器輸入端或測(cè)量橋路與放大器之間，以阻止干擾信號(hào)進(jìn)入放大器，使干擾信號(hào)衰減。常用的是RC型、LC型及雙T型等形成的無(wú)源濾波器或有源濾波器。6.光電耦合技術(shù)（1）輸入、輸出回路絕緣電阻高（大于1010Ω）、耐壓超過(guò)1kV；（2）因?yàn)楣獾膫鬏斒菃蜗虻?，所以輸出信?hào)不會(huì)反饋影響輸入端；（3）輸入輸出回路完全是隔離的，能很好地解決不同電位、不同邏輯電路之間的隔離和傳輸?shù)拿堋?/p>

光電耦合器是一種電→光→電耦合器件。目前，檢測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越多地采用光電耦合器來(lái)提高抗干擾能力。光電耦合器有如下特點(diǎn)：信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)：把傳感器輸出的緩變信號(hào)先變成具有高頻率的交流信號(hào)，進(jìn)行放大和傳輸，再還原成原來(lái)頻率但已被放大的信號(hào)的過(guò)程。

調(diào)制：利用緩變信號(hào)來(lái)控制高頻振蕩的過(guò)程。調(diào)幅AM：高頻振蕩的幅度受緩變信號(hào)控制調(diào)頻FM：高頻振蕩的頻率受緩變信號(hào)控制調(diào)相PM：高頻振蕩的相位受緩變信號(hào)控制9.3信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)9.3.1信號(hào)調(diào)制的概念調(diào)幅AM原理動(dòng)畫(huà)演示調(diào)頻FM原理動(dòng)畫(huà)演示調(diào)相PM原理動(dòng)畫(huà)演示調(diào)制信號(hào)：控制高頻振蕩的緩變信號(hào)。解調(diào)：從已被放大和傳輸?shù)?，且有原?lái)信號(hào)信息的高頻信號(hào)中，把原來(lái)信號(hào)取出的過(guò)程。載波：載送緩變信號(hào)的高頻振蕩信號(hào)。調(diào)制波：已被緩變信號(hào)調(diào)制的高頻振蕩。調(diào)幅波調(diào)頻波調(diào)相波已調(diào)波

K—接法系數(shù)電橋的輸出與輸入關(guān)系通式為單臂橋接法半橋接法全橋接法ΔR—電橋輸入ui

—電橋的激勵(lì)電壓uo—輸出電壓9.3.2電橋調(diào)幅的原理當(dāng)時(shí)：從信號(hào)調(diào)制角度說(shuō)，電橋激勵(lì)電壓ui是調(diào)制過(guò)程的載波，電橋的輸入ΔR是調(diào)制過(guò)程的調(diào)制信號(hào)，電橋的輸出uo是調(diào)制過(guò)程的調(diào)制波。電橋輸出電壓uo的幅值隨輸入信號(hào)R（t）而變，受R（t）的控制。電橋調(diào)幅的輸出、輸入關(guān)系

調(diào)幅器包絡(luò)線：調(diào)制波的波峰的連線包絡(luò)線與調(diào)制信號(hào)的逼近程度表征了調(diào)制的精度。相敏檢波器（或稱(chēng)相敏解調(diào)器）：能夠辨別調(diào)制信號(hào)極性（相位）的解調(diào)器。解調(diào)過(guò)程：調(diào)幅波經(jīng)過(guò)相敏檢波后，反映出調(diào)制信號(hào)的幅值和極性。再通過(guò)低通濾波器，可得到與信號(hào)一致，但放大了的信號(hào)，達(dá)到了解調(diào)的目的。9.3.3電橋調(diào)幅波的解調(diào)二極管相敏檢波器的結(jié)構(gòu)和輸出、輸入的關(guān)系A(chǔ)B調(diào)幅波參考電壓參考電壓與調(diào)幅波同頻同相或同頻反相（取決于調(diào)制信號(hào)的極性），幅值遠(yuǎn)大于調(diào)幅波，以便有效控制四個(gè)二極管的狀態(tài)。二極管相敏檢波器的結(jié)構(gòu)和輸出、輸入的關(guān)系A(chǔ)B調(diào)幅波參考電壓解調(diào)器的輸出電壓（a）載波（b）調(diào)制信號(hào)（c）調(diào)幅波（d）解調(diào)后信號(hào)（e）輸出波調(diào)幅波在調(diào)制和解調(diào)時(shí)各瞬時(shí)波形圖隨調(diào)制信號(hào)的幅值與極性變化而變化的高頻波調(diào)幅器低通濾波器相敏檢波器Y6D-3型動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀調(diào)制過(guò)程各環(huán)節(jié)的波形

低通濾波電壓（電流）9.3.4應(yīng)用舉例9.4傳感器的非線性補(bǔ)償在傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)中，特別是傳感器的輸出量與被測(cè)物理量之間的關(guān)系，絕大部分是非線性的。造成非線性的原因主要有兩個(gè)：一是許多傳感器的轉(zhuǎn)換原理非線性；二是采用的測(cè)量電路非線性。對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題的解決，常采用增加非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的方法。常用的增加非線性補(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，數(shù)字控制分段校正、非線性A/D轉(zhuǎn)換等。（2）微機(jī)軟件的補(bǔ)償方法利用微機(jī)的運(yùn)算功能進(jìn)行非線性補(bǔ)償。9.4.1非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)特性的獲取方法為保證傳感與檢測(cè)系統(tǒng)的輸入輸出具有線性關(guān)系，必須獲得非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。工程上求取非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)特性有兩種方法，分述如下。1.解析計(jì)算法已知下圖中所示的傳感器特性解析式U1

=f1（x）、放大器特性的解析式U2

=GU1和要求整個(gè)檢測(cè)儀表的輸入與輸出特性U0

=f2（U2），將以上三式聯(lián)立求解，消去中間變量可得非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的輸入與輸出關(guān)系表達(dá)式。2.圖解法當(dāng)傳感器等環(huán)節(jié)的非線性特性用解析式表示比較復(fù)雜或比較困難時(shí)，可用圖解法求取非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的輸入／輸出特性曲線。圖解法的步驟如下（見(jiàn)下圖）：（1）將傳感器的輸入與輸出特性曲線U1

=f1（x）畫(huà)在直角坐標(biāo)的第一象限。（2）將放大器的輸入與輸出特性U2

=GU1畫(huà)在第二象限。（3）將整臺(tái)測(cè)量?jī)x表的線性特性畫(huà)在第四象限。（4）將x軸分成n段，段數(shù)n由精度要求決定。由點(diǎn)1，2，…，n各作x軸垂線，分別與第一、四象限中特性曲線交于11，12，13，…，1n及41，42，43，…，4n各點(diǎn)。再以第一象限各點(diǎn)作x軸的平行線與第二象限中特性曲線交于21，22，23，…，2n各點(diǎn)。（5）由第二象限各點(diǎn)作x軸垂線，再由第四象限各點(diǎn)作x軸平行線，兩者在第三象限的交點(diǎn)連線即為校正曲線U0

=f2（U2）。這也就是非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的非線性特性曲線。9.4.2非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法1.硬件電路的實(shí)現(xiàn)方法目前最常用的是利用由二極管組成非線性電阻網(wǎng)絡(luò)，配合運(yùn)算放大器產(chǎn)生折線形式的輸入／輸出特性曲線。由于折線可以分段逼近任意曲線，從而可以得到非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)所需要的特性曲線。折線逼近法如右圖所示，將非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)所需要的特性曲線用若干個(gè)有限的線段代替，然后根據(jù)各折點(diǎn)xi和各段折線的斜率ki來(lái)設(shè)計(jì)電路?？梢钥闯觯D(zhuǎn)折點(diǎn)越多，折線越逼近曲線，精度也越高，但太多則會(huì)因電路本身誤差而影響精度。右圖所示是一個(gè)最簡(jiǎn)單的折點(diǎn)電路，其中E決定了轉(zhuǎn)折點(diǎn)的偏置電壓，二極管VD做開(kāi)關(guān)用，其轉(zhuǎn)折電壓為：（10–

2）式中，UD為二極管的正向壓降。由式（10–

2）可知，轉(zhuǎn)折電壓不僅與E有關(guān)，還與二極管的正向壓降UD有關(guān)。下圖所示為精密折點(diǎn)單元電路，它是由理想二極管與基準(zhǔn)電源E組成的。當(dāng)Ui與E之和為正時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出為負(fù)，VD2導(dǎo)通，VD1截止，電路輸出為零。當(dāng)Ui與E之和為負(fù)時(shí)，VD1導(dǎo)通，VD2截止，電路組成一個(gè)反饋放大器，輸出電壓隨Ui的變化而改變，有在這種電路中，折點(diǎn)電壓只取決于基準(zhǔn)電壓E，避免了二極管正向電壓UD的影響，在這種精密折點(diǎn)單元電路組成的線性化電路中，各折點(diǎn)的電壓將是穩(wěn)定的。

（10–

3）2.微機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)方法采用硬件電路雖然可以補(bǔ)償測(cè)量系統(tǒng)的非線性，但由于硬件電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、精度低、通用性差，很難達(dá)到理想效果。在有微機(jī)的智能化檢測(cè)系統(tǒng)中，利用軟件功能可方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償，這種方法實(shí)現(xiàn)線性化的精度高、成本低、通用性強(qiáng)。線性化的軟件處理經(jīng)常采用的有線性插值法、二次曲線插值法、查表法。1）線性插值法

線性插值法就是先用實(shí)驗(yàn)測(cè)出傳感器的輸入輸出數(shù)據(jù)，利用一次函數(shù)進(jìn)行插值，用直線逼近傳感器的特性曲線。假如傳感器的特性曲線曲率大，可以將該曲線分段插值，用折線逼近整個(gè)曲線，這樣可以按分段線性關(guān)系求出輸入值所對(duì)應(yīng)的輸出值。下圖是用三段直線逼近傳感器等器件的非線性曲線。圖中y是被測(cè)量，x是測(cè)量數(shù)據(jù)。由于每條直線段的二個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)是已知的，例如圖中直線段2的兩端點(diǎn)（x1，y1）和（x2，y2）是已知的，因此該直線段的斜率也可表示為：

（10–

4）該直線段上的各點(diǎn)滿(mǎn)足方程式：對(duì)于折線中任一直線段i可以得到：

（10–

5）

（10–

6）在實(shí)際應(yīng)用中，預(yù)先把每段直線方程的常數(shù)及測(cè)量數(shù)據(jù)，x1，x2，…，xn存于內(nèi)存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在進(jìn)行校正時(shí)，首先根據(jù)測(cè)量值的大小，找到合適的校正直線段，從存儲(chǔ)器中取出該直線段的常數(shù)，然后計(jì)算直線方程式（10–

6）就可獲得實(shí)際被測(cè)量y。圖10–

16是線性插值法的程序流程圖。線性插值法的線性化精度由折線的段數(shù)決定，所分段數(shù)越多，精度越高，但數(shù)據(jù)所占內(nèi)存越多。一般情況下，只要分段合理，就可獲得良好的線性度和精度。圖10–

16線性插值法的程序流程圖2）二次曲線插值法

若傳感器的輸入和輸出之間的特性曲線的斜率變化很大，采用線性插值法就會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。此時(shí)可采用二次曲線插值法，就是用拋物線代替原來(lái)的曲線，這樣代替的結(jié)果顯然比線性插值法更精確。二次曲線插值法的分段插值如右圖所示，圖示曲線可劃分為a、b、c三段，每段可用一個(gè)二次曲線方程來(lái)描述，即

（10–

7）式（10–

7）中，每段的系數(shù)ai、bi、ci可通過(guò)下述辦法獲得，即在每段中找出任意