发布时间 : 星期四 文章传感器期末论文 - 图文更新完毕开始阅读ced3981111a6f524ccbff121dd36a32d7375c712
图6放大倍数测试曲线图
3、 信号调理模块在压力传感器中的应用 3.1 连接压力传感器性能测试 3.1.1 测试原理
改变活塞式压力计的压力输出( 0 ~ 50M Pa ) 以1 MPa、5M Pa为单位, 正反行程各3次, 利用数据采集电路采集传感器输出的敏感信号, 压力传感器测试实验原理框图如图7所示。
图7 压力传感器标定原理框图
通过测量所得数据得出压力传感器输出测试原始数据, 再利用Origin6. 1软件处理并绘制传感器输出特性曲线加以分析。 3.1.2 测试结果
从传感器输出测试数据及特性曲线得出, 该传感器输出电压经调理电路[13]
放大417.74倍后, 线性度良好, 经正反行程3次采集, 且3组特性曲线的斜率值均相等, 且截距的误差精确到0.01, 说明该电路与传感器相接工作时稳定性较好。对记录数据进行均值处理得到压力传感器标定结果为:Y= - 217331+ 01 00247X
式中: Y为压力, MPa、 X 为量化台阶数。
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3.1.3 误差计算
压力传感器截距的相对误差:
误差/理论值= ( 0.03012 / - 2. 73331) x 100% = - 1. 102% 压力传感器斜率的相对误差:
误差/理论值= ( 21 43647 x 10- 6 /0.00247) x 100% = 0.0099%
3.2 干扰及噪声分析
在性能测试中发现影响该系统的干扰源主要大地上的噪声, 而且由于工作环境中大型机器的运转存在的噪声干扰, 对信号调理电路的输出影响很严重。故分为接大地与不接大地两种情况来分析。
由图8可见, 在系统未上电时, 系统不接大地时地上输出的理论值应该是零, 但实际接地时的噪声比不接大地时更大,说明大地上10 mV 的噪声是输出结果的影响因素。
图8 不接大地和接大地时地上的输出
由图9可见, 在系统上电时, 信号调理电路板的输出在接地与不接地时均约40 mV, 该噪声会影响到系统的输出结果。
图9 不接大地时和接大地时系统的输出噪声
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针对上述情况, 设计了LC 滤波电路, 即对信号调理电路的输出端进行滤波, 具体电路如图10。
图10 信号调理电路的输出滤波电路
由图11可见, 经过滤波之后, 该压力传感器系统接大地与不接大地时的输出均约为10 mV, 相比之前, 使得系统的测量结果更加准确。且在实际应用中, 输出噪声干扰约7 mV, 在此条件下可保证测量数据的可靠性。
图11 滤波后的系统输出噪声
从传感器输出性能测试结果分析, 该电路模块[14]与传感器连接工作时的稳定性有了明显提高。此外, 该电路中采用的自稳零芯片及小容量的镍电容代替了大容量的钽电容技术, 使得调理电路模块的最终尺寸为: 长341544 mm, 宽81 9662 mm, 满足了工程安装设计的要求。
4.开关电容低通滤波器[15]的设计原理分析
为了滤除信号中掺杂的高频噪声，设计一种六阶级联式开关电容低通滤波器，以数据采样技术代替传统有源RC滤波器中的大电阻，有利于电路的大规模
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集成。滤波器由双二阶子电路级联而成，电路中的电容值利用动态定标技术计算确定。用Hspice进行仿真验证，结果表明：开关电容低通滤波器能较好地时信号进行整形，其频率特性符合设计指标。
滤波技术是信号分析和处理中的重要分支，它的作用是从接收到的信号中提取有用的信息，抑制或消除无用的或有害的干扰信号，有助于提高信号完整度和系统稳定性。滤波器正是采用滤波技术的具有一定传输选择性的信号处理装置。随着现代集成电路技术和MOS工艺的飞速发展，模拟集成滤波器的实现已经成为现代工业的一个重大课题，也是当今国际上的前沿课题。
传统的连续时间模拟滤波器采用有源RC结构，能够应用到较高的频率，但是电路中多采用大电容和大电阻，在集成电路制造时会占用大量的芯片面积。在现代集成电路工艺中，很难得到精确的电阻值和电容值，而且电阻值随温度变化很大，精度只能达到30%。
1972年，美国科学家Fried发表了用开关和电容模拟电阻R的论文，由此开关电容技术成为模拟集成滤波器设计中常用的方法。开关电容滤波器是由运算放大器、电容器和MOS开关组成的有源开关电容网络，以数据采样技术代替大电阻，减小了芯片的面积和功耗，且电路的极点和时间常数由电容的比值确定，可实现高精度的模拟集成滤波器。本文设计一种开关电容低通滤波器，用于滤除有用信号中掺杂的高频噪声。 4.1开关电容技术的原理
图12中的开关电容等效电阻电路由两个独立的电压源V1、V2，两个受控开关S1、S2和电容C组成。开关S1和S2受两相不交叠的时钟φ1和φ2控制，时钟频率均为fs。
图12 开关电容等效电阻电路
在时钟φ1和φ2的控制下，两个开关周而复始地闭合与断开。φ1闭合时，C充电到V1，φ2闭合时，C放电到V2，传输的总电荷为C(V1-V2)，流向V2的平
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