吉林大学：《传感器原理及检测技术》课程PPT教学课件（讲稿）第九章 现代检测系统

第九章现代检测系就 >计算机检测系统基本组成框图 传感器选择 多路模拟开关 >A/D转换器 >D/A转换器 >取样保持电路

第九章 现代检测系统 ➢计算机检测系统基本组成框图 ➢传感器选择 ➢多路模拟开关 ➢A/D转换器 ➢D/A转换器 ➢取样保持电路

计算机检测系统基組成框圆 多路 显示 被测 信号 取样 模拟 对象 调理 保持 开关 包RAM 检测系统 计算机总线一 CPU ROM 激励 功率 低通 1装置 D/A 放大 滤波 键盘

被测 对象 传 感 器 信号 调理 多路 模拟 开关 取样 保持 检测系统 功率 放大 激励 装置 低通 滤波 A/D 显示 RAM CPU ROM 键盘 计 算 机 总 线 D/A 计算机检测系统基本组成框图

传感器遽 基本参数指标 环境参数指标可靠性其他指标 量程指标 温度指标 工作寿使用有关指标 量程范围、过载能力等 工作温度范围、温度命、平供电方式(直流 灵敏度指标 误差、温度漂移、温均无故 交流、频率及 灵敏度、分辨力、满量程输「度系数、热滞后等 障时间、波形等)、功率 出等 抗冲振指标: 保险期、、各项分布参数 精度有关指标: 允许各向抗冲振的频疲劳性值、电压范围与 精度、误差、线性、滞后、率、振幅及加速度 能,绝稳定度等 重复性、灵敏度误差、稳定冲振所引入的误差 缘电阻、外形尺寸、重量 性 其他环境参数 动态性能指标 耐压及、壳体材质、结 抗潮湿、抗介质腐蚀抗飞弧构特点等 固定频率、阻尼比、时间常等能力、抗电磁场干等 安装方式、馈线 数、频率响应范围、频率特扰能力等 电缆等 性、临界频率、临界速度、 稳定时间等

传感器选择 基本参数指标 环境参数指标 可靠性 指标 其他指标 量程指标： 量程范围、过载能力等 灵敏度指标： 灵敏度、分辨力、满量程输 出等 精度有关指标： 精度、误差、线性、滞后、 重复性、灵敏度误差、稳定 性 动态性能指标： 固定频率、阻尼比、时间常 数、频率响应范围、频率特 性、临界频率、临界速度、 稳定时间等 温度指标： 工作温度范围、温度 误差、温度漂移、温 度系数、热滞后等 抗冲振指标： 允许各向抗冲振的频 率、振幅及加速度、 冲振所引入的误差 其他环境参数： 抗潮湿、抗介质腐蚀 等能力、抗电磁场干 扰能力等 工作寿 命、平 均无故 障时间、 保险期、 疲劳性 能、绝 缘电阻、 耐压及 抗飞弧 等 使用有关指标： 供电方式（直流 、交流、频率及 波形等）、功率 、各项分布参数 值、电压范围与 稳定度等 外形尺寸、重量 、壳体材质、结 构特点等 安装方式、馈线 电缆等

多路模拟开关 要技术指标 SSSSs 导通电阻:<20092 OUT SSS 关断漏电流:nA~pA 译码器 开关时间:数百ns

多路模拟开关 主要技术指标 导通电阻：<200Ω 关断漏电流：nA~pA 开关时间：数百ns 译 码 器 A0 S0 A2 OUT S2 S1 S3 S5 S4 S7 S6

AD特换器 逐次逼近式、双积分式、V/F变换式、并行式、 串行式、过采样∑△型 s() 取样 模拟信号 S() 信号 x(t) 取样 量化 编码 x(n 4t x(n) x(1) x(n 4t) 011 010 001 A/D转换过程

A/D转换器 逐次逼近式、双积分式、V/F变换式、并行式、 串行式、过采样-型 x(t) x(nΔt) Δt q 000 001 010 011 x(n) n A/D转换过程 0 t s(t) 取样 量化 编码 取样 信号 s(t) 模拟 信号 x(t) xs (t) x(nΔt) x(n) 0 0 0 Δt

逐次逼近式 逐次逼近式ADC特点:中速、中精度的反馈型 比较器 启动信号 控制电路 CLK 转换结束 8位 逐次逼近 DIA 寄存器 转换器 (SAR) 缓冲寄存器 D7“--D0

逐次逼近式 逐次逼近式ADC特点：中速、中精度的反馈型

双积分式 S 积分器 R 比较器 积分输 出A 斜率固定 B 控制逻辑 0 TT 时钟 计数器 数字量输出

双积分式 控制逻辑 积分器 比较器 时钟 计数器 数字量输出 A 斜率固定 B T T1 T2 积 分 输 出 0 t R C Vi Vr S

V/F变换式:由ⅴ/F转换器和计数器构成。其特点: 与积分式ADC一样,对工频干扰有一定的抑制能力; 分辨率较高;特别适合现场与系统距离较远的应用场 合;易于实现光电隔离。 并行式:是一种非反馈型的高速ADC,采样速度可 达1G次/秒,也称“闪烁式”ADC。 串行式:将转换结果以串行方式还位输出。 过采样∑△型:以很低的采样分辨率和很高的采样速率 将模拟信号数字化,通过使用过采样、噪声整形和数字 滤波等方法增加有效分辨率,然后对ADC输出进行采样 抽取处理以降低有效采样速率。过采样是指以远远高于奈 奎斯特( Nyquist)采样频率的频率对模拟信号进行采样

过采样 -型：以很低的采样分辨率和很高的采样速率 将模拟信号数字化, 通过使用过采样、噪声整形和数字 滤波等方法增加有效分辨率, 然后对ADC输出进行采样 抽取处理以降低有效采样速率。过采样是指以远远高于奈 奎斯特(Nyquist)采样频率的频率对模拟信号进行采样。 V/F变换式：由V/F转换器和计数器构成。其特点： 与积分式ADC一样，对工频干扰有一定的抑制能力； 分辨率较高；特别适合现场与系统距离较远的应用场 合；易于实现光电隔离。 并行式：是一种非反馈型的高速ADC，采样速度可 达1G次/秒，也称“闪烁式”ADC 。 串行式：将转换结果以串行方式逐位输出

D/A转换器 R r br a r A 2R R 2R 2R U 2

D/A转换器 － + c R b R a R 2R 2R 2R 2R S0 Sn-3 Sn-2 Sn-1 a0 an-3 an-2 an-1 UR A U0 RF 2R

取样保持电路 在对模拟信号进行A/D变换时,从启动变换到变换结 束,需要一定的时间,即A/D转换器的孔径时间。当 输入信号频率较高时,由于孔径时间的存在,会造成 较大的孔径误差。要防止这种误差的产生,必须在 A/D转换开始时将信号电平保持不变,而在A/D转换 结束后又能跟踪输入信号的变化,即输入信号处于取 样状态。能完成上述功能的器件称为取样保持器,取 样保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器” 在A/D转换过程中,取样保持对保证A/D转换的精确 度具有重要作用

取样保持电路 在对模拟信号进行A/D变换时，从启动变换到变换结 束，需要一定的时间，即A/D转换器的孔径时间。当 输入信号频率较高时，由于孔径时间的存在，会造成 较大的孔径误差。要防止这种误差的产生，必须在 A/D转换开始时将信号电平保持不变，而在A/D转换 结束后又能跟踪输入信号的变化，即输入信号处于取 样状态。能完成上述功能的器件称为取样保持器，取 样保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器” 。 在A/D转换过程中，取样保持对保证A/D转换的精确 度具有重要作用