信號調理電路的原理及其作用解析

2020-12-08 電子發燒友

信號調理電路的原理及其作用解析

發表於 2017-11-10 10:15:24

　　什麼時候信號調理電路

　　信號調理電路（signal conditioning circuit）是指把模擬信號變換為用於數據採集、控制過程、執行計算顯示讀出或其他目的的數位訊號的電路。

　　模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、光強等。但由於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，在變換為數位訊號之前必須進行調理。調理就是放大，緩衝或定標模擬信號等，使其適合於模/數轉換器（ADC）的輸入。然後，ADC對模擬信號進行數位化，並把數位訊號送到MCU或其他數字器件，以便用於系統的數據處理。

　　信號調理將您的數據採集設備轉換成一套完整的數據採集系統，這是通過幫助您直接連接到廣泛的傳感器和信號類型（從熱電偶到高電壓信號）來實現的。關鍵的信號調理技術可以將數據採集系統的總體性能和精度提高10倍。信號調理簡單的說就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉換成採集設備能夠識別的標準信號。是指利用內部的電路（如濾波器、轉換器、放大器等…）來改變輸入的訊號類型並輸出之。因為工業信號有些是高壓，過流，浪湧等，不能被系統正確識別，必須調整理清之。

　　一般的採集卡上都帶有可編程的增益，但具體要不要作信號調理，要視待採信號的特點而定，若信號很小，則要經過放大將信號調理到採集卡能夠識別的範圍，若信號幹擾較大，就要考慮採集之前作濾波了。

　　

　　信號調理電路原理

　　信號調理電路往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用於數據採集、控制過程、執行計算顯示讀出和其他目的的數位訊號。

　　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。但是傳感器信號不能直接轉換為數字數據，因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或變化，因此，在變換為數字數據之前必須進行調理。

　　調理就是放大，緩衝或定標模擬信號，使其適合於模/數轉換器（ADC）的輸入。然後，ADC對模擬信號進行數位化，並把數位訊號送到微控制器或其他數字器件，以便用於系統的數據處理。

　　

　　信號調理電路功能/作用

　　1、放大

　　放大器提高輸入信號電平以更好地匹配模擬-數字轉換器（ADC）的範圍，從而提高測量精度和靈敏度。此外，使用放置在更接近信號源或轉換器的外部信號調理裝置，可以通過在信號被環境噪聲影響之前提高信號電平來提高測量的信號-噪聲比。

　　2.衰減

　　衰減，即與放大相反的過程，在電壓（即將被數位化的）超過數位化儀輸入範圍時是十分必要的。這種形式的信號調理降低了輸入信號的幅度，從而經調理的信號處於ADC範圍之內。衰減對於測量高電壓是十分必要的。

　　3.隔離

　　隔離的信號調理設備通過使用變壓器、光或電容性的耦合技術，無需物理連接即可將信號從它的源傳輸至測量設備。除了切斷接地迴路之外，隔離也阻隔了高電壓浪湧以及較高的共模電壓，從而既保護了操作人員也保護了昂貴的測量設備。

　　4.多路復用

　　通過多路復用技術，一個測量系統可以不間斷地將多路信號傳輸至一個單一的數位化儀，從而提供了一種節省成本的方式來極大地擴大系統通道數量。多路復用對於任何高通道數的應用是十分必要的。

　　5.過濾

　　濾波器在一定的頻率範圍內去處不希望的噪聲。幾乎所有的數據採集應用都會受到一定程度的50Hz或60Hz的噪聲（來自於電線或機械設備）。大部分信號調理裝置都包括了為最大程度上抑制50Hz或60Hz噪聲而專門設計的低通濾波器。

　　6.激勵

　　激勵對於一些轉換器是必需的。例如，應變計，電熱調節器，和RTD需要外部電壓或電流激勵信號。通常RTD和電熱調節器測量都是使用一個電流源來完成，這個電流源將電阻的變化轉換成一個可測量的電壓。應變計，一個超低電阻的設備，通常利用一個電壓激勵源來用於惠斯登（Wheatstone）電橋配置。

　　7.冷端補償

　　冷端補償是一種用於精確熱電偶測量的技術。任何時候，一個熱電偶連接至一個數據採集系統時，您必須知道在連接點的溫度（因為這個連接點代表測量路徑上另一個「熱電偶」並且通常在您的測量中引入一個偏移）來計算熱電偶正在測量的真實溫度。

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