变送器信号的优化处理_变送器小王

       首先,对于传感器与变送器之间的区别,在使用意图上两者的目的是相同的,都可以把被测量物理信号转换为可供后续处理的电信号;在定义上,上世界70年代末的定义是:能够输出标准信号的传感器,我们就可以称之为变送器!其中,国际上公认的标准信号是4~20mA和1~5V等.

     作为国际上公认的标准信号,类似于4~20MA这样的调理电路就得到了广泛的应用,对于大多数厂家来说,都有能力生产此类转换电路板,然而在大多情况下,我们也只是达到了基本的工作目的,而实质是用中的效果却始终不尽人意!能够影响转换电路的因素可包括电路中电子元件的噪声、来至电路本身的干扰和外部干扰等。

    微弱信号检测是利用电子学、信息学和物理学方法综合应用达到的。为了放大微弱的信号就不许使用放大器和其他电路对其进行处理。但是,放大电路内部几乎多有的器件都存在噪声源,在放大微弱信号的同时,这些噪声源产生的噪声同样被放大。因此在微弱信号的检测过程中对噪声和干扰的处理就显得格外重要!

1噪声和干扰

广泛的意思上,可以认为噪声就是扰乱或干扰有用信号的某种不期望的扰动。可处理的{zg}电平受电路特性的限制,但系统的动态范围和最小可检测电平取决于噪声。所以,噪声是一个集重要的工程问题。

干扰是外界因素对放大电路中各部分的影响所造成的。一般来说,干扰主要是外界电磁场、接地线不合理和整流电源的交流纹波等原因造成的,及当放大电路输入端输入信号电压Vi=0时,输出端可能出现交流干扰电压!

2 噪声的种类

1)电阻的热噪声

在放大电路中各处都存在电阻,电路中的各处都会产生电阻引起的热噪声。放大电路的输入电阻对输出端的噪声起着主要作用。因为它的噪声电压将逐级被放大。所以,一个放大电路的频带比较宽时候,要求它的输入电阻低,才能使热噪声电压限制在一定的范围内,而不会影响到放大电路的正常工作.

2)三极管的热噪声

当有电流流过三极管的时候,就会产生噪声。三极管的噪声来源有热噪声、噪声和粒噪声三种。

由于三极管噪声还跟工艺有关,所以不仅不同型号的管子噪声电压有很大区别,而且同一型号的不同厂家的管子噪声电压也不相同。

3.降低噪声的措施

减少在实际电路中可能遇到的噪声首先要切断噪声源、切断噪声传播途径和传感器要多噪声不敏感。

1)选择降噪声的元器件

在电子电路中,元件的内部噪声起着重要的作用,因此要选择用低噪声的元件。在器件放买你宜采用场效应管代替三极管;选择低噪声集成运放,如-OP系列AD745等;同时避免用高阻值的电阻,为了减小电阻噪声宜选用绕线式电阻,其次是金属膜电阻。

2)选择合适的放大电路

在低噪声电路中,一般在低噪声运放电路钱加上一高稳定和低噪声的共源-----共基串接的前置差分放大电路。当信号源内阻较大或者信号为电流源时,要选用场效应管对管;信号源内阻较小时须选择用三极管超⒈β对管的前置差分放大电路。

3)加滤波环节或加入负反馈电路

在放大电路中频带越宽,噪声越大。而有用信号的频率往往在一定的范围内,故可以在电路中加入滤波环节去掉噪声;当有用信号为直流或者缓慢变化的信号时,可以在电路中加入负反馈来抑制噪声。除了在硬件电路采取措施外,有时候还用计算机软件的数据处理方法减小噪声的影响。

4 电路中的干扰及抑制措施

1)电磁干扰和抑制措施

电路工作的环境一般有许多电磁干扰源,包括高压电网、机电设备、电台和自然界的雷电现象等,他们所产生电池波和尖峰脉冲,可以通过接线电容(电场)耦合、电感(磁场)耦合,或者交流电源线进入放大电路,就引入干扰电压。对于一个高增益放大电路来说,只要{dy}级引入一点微弱的干扰电压,经过各级放大,放大电路的输出端就有一个较大的干扰电压存在了。对于杂散电磁场的干扰,可以采取下列措施抑制他们

{dy}:合理布局

从放大电路的结构布线来说,电源变压器要尽量远离{dy}级输入电路,要尽量远离放大电路。在安装变压器的时候要选择他们的安装位置,使之不易对放大电路产生严重干扰。

此外,放大电路的布线要合理,放大电路的输入线与输出线,交流电源线要分开走线,不要平行走线。输入走线愈长,俞易受到干扰。放大电路要尽量远离干扰源。

第二:合理屏蔽

为例减小外界干扰,可以采用屏蔽措施。屏蔽有静电屏蔽和磁场屏蔽两种。屏蔽的结构一般可以用铜、铝等金属薄板材料制成,它可以将干扰源或受干扰的元件用屏蔽罩屏蔽起来,并将它妥善接地,特别是多级放大电路的{dy}级更加重要。如果{dy}级的输入线采用具有金属套的屏蔽线,屏蔽线的外套要选一点接地。在抗干扰要求较高时,可把放大电路的前级或者整个放大电路都屏蔽起来。静电屏蔽采用导电率高度材料,屏蔽用具有高导磁率的磁性材料如薄膜合金或铁等。

静电屏蔽的原理是在屏蔽罩接地后,干扰电流经屏蔽层短路入地。而干扰源不经过放大电路的输入电阻。因此,屏蔽的妥善接地十分重要,否则不但不会减小干扰,反而会使干扰增大。

对于其他原因造成的干扰还有以下几点:

1)由于接地点安排不正确而引起的干扰

2)由于电子设备的共同端没有正确接连而产生的干扰

3)由于直流电源电压波动引起的干扰

4)由于交流电源串如对干扰

微弱信号的检测目前涉及到很多行业,对微弱信号中包含的噪声干扰的处理目前在油田等领域的信号接收和处理中的意义重大!

      

     



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