传感器的输出信号及信号调节.docx

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1、传感器的输出信号及信号调节目录1,序言12 .传感5T常见的信号类型23 .传感器常见的几种输出信号33.1,一a11-11.I1-1.I1-1.I1-1.33.2.绝对码信号43.3.开关信号53，3，2I1.*SiWWWiHiwiWiwiWiWWWiHiwiWiwiWiWWWiHiwiWiwiWiWWWiHiwiWiwiWiWM61.3.3. 小结64 .传感器常见信号形式及信号调理65 .传感器的信号调解86 .数字传感/输出方式86.1.源极猫人86.2.!极输入91 .序目相信大家对传感器并不陌生，传感器是一种检测装置，能感受到被测战的信息，并能将感受到的信息，按定规律变换成为电信号

2、或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传辘、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的输出信号及其信号调节是工业自动化和数据处理中的重要环节。传感徵通过将非电物理量转换为电信号，输出模拟或数字信号，这些信号可能需要进行一系列的调节和处理，以确保信号的准确性、稳定性和适用性。以下是一些常见的传感器输出信号及其调节方法：绝对码信号：与被测对象的状态相对应，具有较强的抗干扰能力，能够确保在干扰后，每种状态时应一组确定的编码。增量码信号：被测量值与传感器输出信号的变化周期数成正比，适用于位移、速度等测量。开关信号：只有。和1两个状态，适用于行程开关、光电开关等传感器的输出。信号调节技术包括但不限于：

3、增益调整：通过放大或减小信号幅度来改变传感器输出的灵敏度，可以通过电路或软件实现。滤波：去除或减小噪音成分，使得传感器输出的信号更加稳定和可靠，可以采用数字滤波或模拟滤波实现。线性化：聘非线性传感器输出的信号转化为线性关系，通常需要利用数学模型进行校准和修正。湿度补偿：消除温度对传感器辘出的影响，通过添加温度传感器或使用温度修正算法实现。写漂调整：调整传感器输出的信号，使得在无物理量输入时，输出信号接近于零。非理想传感器误差校正：消除偏移误差、非线性误差、温度误差等导致的偏差，提高输出的准确性。数字信号转换：将模拟信号通过模数转换罂转换为数字信号，便于进步处理和传输。编码:将连续的信号转换为离

4、散的代码，如脉冲编码调制(PCM),脉宽调制(PWM)等。数据压缩：减少存储或传输的数据量，适用于需要减少数据量的应用场景。此外，传感器变送器是一种符传感器采集到的模拟信号转换成标准信号输出的设备，广泛应用于工业自动化、仪表控制等援域。传感器变送器的核心指标包括精度、稔定性、响应速度、防护等级、工作温度范围和输出信号类型等,这些指标都是评估传感器变送器性能的关键因素。卜面通过简单的概述给大家介绍一下传感涔常见的几种输出信号及信号调节。2 .传感器常见的信号类型传感器常见的输出信号类型包括电压信号、电流信号、频率信号、数字信号和电阻信号.这些信号各有特点，适应于不同的应用场景.D电压信号：例如温

5、度传感器可以直接输出与测量值成比例的电压信号。这种信号适用于需要连续测量值的应用场景。2）电流信号：电流传感那是输出电流信号的典型例子，通常用于测量电路中的电流强度.电潦信号适用r需要远距离传输或高精度测Sc的应用.3）频率信号：如压力传感器会辘出与压力成比例的频率信号，适用于需要快速响应或高精度测量的应用。4）数字信号：数字温度传感罂可以直接输出数字信号，便于与微控制器或计算机接口。这种信号适用于需要高精度控制和数据处理的应用。5）电阻信号：电阻式应变传感器输出信号是电阻值的变化，通常需要通过电路转换为电压或电流信号.这种信号适用于需要测量物理量变化的应用。6）此外，传感器的输出信号还可以通

6、过传感器变送器进行调节和转换，以满足不同控制系统或数据采集设备的需求。传感器变送涔可以将传感黯采集到的模拟信号转换成标准信号输出，如420mA电流信号或O-IOV电压信号，广泛应用于工业自动化、仪表控制、流域、液位、压力等领域，是工业现场控制系统中不可或缺的组成部分。3 .传感器常见的几种输出信号常用的输出信号可以分为:种，分别是是增量码信号、绝对科信号和开关信号。这三者在各有利弊。1. 1.增量码信号是指被测量值与传感器输出信号的变化周期数成正比，即输出量值的大小由信号变化的周期数的增量决定。一般光栅位移传感器、磁栅位移传感器、激光位移传感器等采用干涉法等测量位移时，传感器输出的信号为增量码

7、信号。烟量信号是指在一个方向上发生微小的变化时，电子设备接收到的信号变化量，通常用于测量、控制和反馈系统中。增量信号的主要作用是提高系统的精度和准确性，让设备能够更加精细地进行控制和测量。在工业生产和科学研究等领域，增量信号是非常重要的技术手段。在工业自动化系统中，增量编码器是常用的测量设备之一，它可以将物理量转化为电信号，并提供给计算机或控制罂进行分析。增量编码器的输出信号产生的是递增的脉冲数，每个脉冲的信号可以传递给计算机，以确定测垃量的变化情况。增量编码器使用广泛，可以用于机床控制、印刷机、数控装备等各种测量系统。增疥式传感器是一种将物理量转化为电信号的设备,它可以快速、准确地检测物理量

8、的变化。增量式传感耦除了能够输出数据之外，还能够提供标识、任务和轨迹等信息，这些信息有助于计.算机或控制器进行系统的反馈，使系统能够更好地进行控制和测量。在生产和科学领域，增量式传感器广泛应用于气象、天文学、生物医学、地质探测、机器人等多种应用领域.3. 2.绝对码信号是一种与被测对象的状态相对应的信号。如码盘，它的每一个角度方位对应于一组编码，这种编码称为绝对码。绝对码信号有很强的抗干扰能力，不管测量过程中发生什么情况，干扰过后，一种状态总是对应于一组确定的编码。关于相对编码器和绝对编码罂增量式编码器的特点如下：增加式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加

9、和测量。编码蹲轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码罂光阳的线数决定。需要提高分辨率时，可利用90相位差的A、B两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器.旋转增量式编码器使其在转动时输出脉冲，通过计数设法来知道其位置，为修正停电时或外力产生的偏移，在编码罂中增加参考点，编码冷每经过参考点，聘参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准施性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点、开机找零等方法。绝对编码器如下：(1)绝对式旋转光电编码器，绝对编码器由机械位置决定每个位置的唯一性,它无须记忆，无须找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，

10、编码器的抗干扰特性、数据的可拈性大大提富，目前已经越来越广泛地应用于各种工业系统的角度、长度测量和定位控制中。(2)绝对编码器的光码就上有许多道刻线，各刻线依次以二线、四线、八线、十六线编排，这样，在编码器的每个位置，通过读取每道刻线的通、暗.获得一组从202n1.的唯一的二进制编码(格宙码)，这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码就的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。(3)由于绝对式编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，因此已经越来越多地应用于工控定位中。绝对式编码器精度高、输出位数较多，若仍用并行输出，其每一位输出信号必须确保连接很好，对于较第杂工况还要隔离，连接电缆芯数多，由

11、此带来诸多不便和降低可能性，因此，绝对式编码器在多位数输出时，一般均选用串行输出或总线型输出。3. 3.开关信号4. 3.1.概念及分类开关信号只有0和1两个状态，可视为绝对码只有一位编码时的特例.如行程开关、光电开关等传感器的输出就是开关信号。开关信号是指二元变量，只有两种可能状态，通常表示为O或。它是由开关器件（如电路开关、继电器等）产生的信号，常用于控制电路和信息传输中。根据信号的控制方式和特性，可以将开关信号分为以下几类：1 .手动开关信号：由人工控制的信号，如按钮、开关等。2 .自动开关信号：由机械、电气等特定条件触发的信号，如传感器信号、计数器信号等.3 .数字开关信号：采用数字电

12、路产生的开关信号，主要应用于计算机和数字电路系统中.3.3.2. 应用领域开关信号在各种电子设备中被广泛应用，主要包括以卜.几个方面：1 .控制电路中的开关控制：开美信号可以控制各种电了设备的开关状态，如机器人、汽车电路、家庭电气设备等。2 .信息传输中的开关信号：开关信号可用于数字通信、模拟通信中的调制解调过程，如数字电视、电话等。3 .计算机中的开关电路：计算机中采用数字电路产生的开关信号，用于控制计算机的各种操作，如指令执行、存储器访问等。4 .技术领域中的应用：开关信号还可以被用于特定领域，如自动化控制、医疗设番、安全系统等。3.3.3. 小结开关信号是种常见的数字信号，可以通过手动和

13、自动方式产生。在各种电子设备中得到广泛应用，是控制电路和信息传输过程中不可或缺的一部分。陨着电子技术的不断发展，开关信号的应用范围也不断扩大，将在更多的领域得到应用。4.传感器常见信号形式及信号调理传感涔随处可见，它们用来测量温度、光照、声音和其他各种环境参数。从茫茫的太空,到浩瀚的海洋，以至各种优杂的工程系统，几乎每个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能聘感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。卜面通过简单的概述给大家介绍一下传感器常见信号形式及信号调解.在使用的过

14、程中，传感耦的三种输出信号也发挥了重要的作用。1、绝对码信号是一种与被测对象的状态相对应的信号。如码盘，它的每一个角度方位对应于组编码，这种编码称为绝对码。绝对码信号有很强的抗干扰能力，不管测量过程中发生什么情况，干扰过后，一种状态总是对应于一组确定的编码。2,增量码信号的特点是，被测量值与传感器输出信号的变化周期数成正比，即输出量值的大小由信号变化的周期数的增量决定。一般光栅位移传感器、磁栩位移传感器、激光位移传感器等采用干涉法等测量位移时，传感器输出的信号为增量码信号。3、开关信号：开关信号只有。和1两个状态，可视为绝对码只有一位编码时的特例。如行程开关、光电开关等传感落的输出就是开关信号

15、。传感器的信号调解传感元件（传感器）将有用的物理信号转换为电信号，例如:用于测St压力的压阻桥、用于检测超声波的压电传感器以及用于测地气体浓度的电化单元等。传感元件产生的电信号都很小,并且为非理想状态，例如：温度漂移和非线性传输函数等。传感器模拟前端和传感器信号调节器，用于把这些传感元件所产生的小信号放大到可用水平。传感器包含完整的信号调节电路，以及可刺激传感元件、管理功率并与外部控制器连接的一些电路.为了实现信号调节或更高层次的监测，通常需要测量多个传感器元件的输出。举例来说，处理一个典型压阻桥的输出，就需要同时测量压阻桥和温度传感器的输出。此外，热电偶的输出处理，要求同时测量热电偶的输出和

16、传感器的输出，测量接头的温度。对接头温度的测量是为了完成冷接头补偿。同一倍号调整器处理多个感测元件的情形称为“多模态信号调控器”。传感罂信号调节的另个方面是发生信号调节的电域。传感器的电阻桥传感元件的信号调节发生在模拟域内。在传感器中，信号调节同时发生在模拟和数字域内。后一种情况被称作“混合信号信号调节”。混合信号调节器的一个关键组成部分是模数转换器（ADe）。在信号达到智能补偿模块以前，两个传感元件始终都有独立的信号通路。之后，该模块组合这两个信号，产生经过处理之后的输出。5 .传感器的信号调解传感元件（传感器）将有用的物理信号转换为电信号，例如：用于测量压力的压阻桥、用手检测超声波的压电传

17、感器以及用于测量气体浓度的电化单元等。传感元件产生的电信号都很小，并且为非理想状态，例如：温度漂移和非线性传输函数等。传感器模拟前端和传感器信号调节器，用于把这些传感元件所产生的小信号放大到可用水平。传感器包含完整的信号调节电路，以及可剌激传感元件、管理功率并与外部控制涔连接的一些电路。为了实现信号调节或更高层次的监测，通常需要测量多个传感器元件的输出。举例来说，处理一个典型压阻桥的输出，就需要同时测量压阻桥和温度传感器的输出。此外，热电偶的输出处理，要求同时测量热电偶的输出和传感器的输出，测显接头的温度。对接头温度的测星是为了完成冷接头补偿。同信号调整器处理多个感测元件的情形称为“多模态信号

18、调整器”。传感涔信号调节的另一个方面是发生信号谢节的电域。传感的电阻桥传感元件的信号调节发生在模拟域内。在传感器中，信号调节同时发生在模拟和数字域内“后一种情况被称作“混合信号信号调节”。混合信号谢节涔的一个关键组成部分是模数转换器（ADC）e在信号达到智能补偿模块以前，两个传感元件始终都有独立的信号通路。之后，该模块组合这两个信号，产生经过处理之后的输出.6 .数字传感器输出方式6.1. 源极输入源极输入用于连接漏极输出设备，如图1所示。图1源极输入示意图漏极输出设备提供电源到地的电流通道，图2所示的NPN集电极开路为典型的漏极输出设备。当需要输出低电平时，三极管处于饱和状态，等效于输出端与地接通;输出高电平时，三极管处于截至状态，等效于输出端与地断开（输出端悬空）。源极输入设备的信号源（漏极输出只能提供到地的驱动能力。6.2.漏极输入D1.HJ次图3漏极输入示意图源极输出设备提供电源或正电压，等效丁连接到电源的开关，如图4所示。当输出“逻辑1”时,开关导通。图4源极输出示意图外肿目前