在許多工業(yè)應(yīng)用中，需要通過計算機(jī)有意義地記錄或操作模擬測量(例如壓力、溫度、流量、負(fù)載、pH/電導(dǎo)率和位置)。固有的數(shù)字事件(例如電機(jī)跳閘或正排量流量計生成的脈沖)也必須可解釋為晶體管到晶體管邏輯 (TTL) 電平的電壓變化。為了使數(shù)據(jù)采集設(shè)備有效、準(zhǔn)確地工作，這些不同傳感器輸出的信號需要信號調(diào)節(jié)。

信號調(diào)節(jié)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中執(zhí)行的一個重要過程，涉及對傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行操作，為下一階段的處理做好準(zhǔn)備。信號調(diào)節(jié)將來自各種傳感器和變換器的信號放大并轉(zhuǎn)換為易于讀取、兼容的形式，以供數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用。

這種“調(diào)節(jié)”信號的過程是通過一種稱為信號調(diào)節(jié)器的儀器來執(zhí)行的，該設(shè)備可將一種類型的信號轉(zhuǎn)換為與過程監(jiān)視和控制設(shè)備兼容的信號。

一、為什么信號調(diào)理很重要?

在實(shí)際應(yīng)用中，連接到測量系統(tǒng)的傳感器和換能器經(jīng)常暴露在可能發(fā)生故障的惡劣環(huán)境中。此外，大多數(shù)傳感器的滿量程輸出都相對較弱。輸出通常由小電壓、電流或電阻變化組成。

如果向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入微弱信號，則輸出很可能毫無意義。信號調(diào)節(jié)器提供傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的基本電路。該電路確保在進(jìn)行任何進(jìn)一步的信號處理之前對輸出進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。對于每個特定的傳感器，信號調(diào)節(jié)器充當(dāng)激發(fā)、縮放或緩沖現(xiàn)實(shí)世界信號的接口。

二、信號調(diào)節(jié)器如何工作?

信號調(diào)節(jié)器是對信號執(zhí)行一組操作并使其適合進(jìn)一步處理的電路。它由輸入和輸出組成——其中輸入通常是測量環(huán)境和/或結(jié)構(gòu)變量的傳感器。

以下是常見的信號調(diào)節(jié)類型：

1、放大

放大是指信號的整體幅度增加，從而提高測量分辨率以及信號的靈敏度。精心布置的外部信號調(diào)節(jié)器可以在電壓電平受到環(huán)境噪聲影響之前對其進(jìn)行放大。將 0-10mV 信號轉(zhuǎn)換為 0-10V 信號就是放大的一個示例。熱電偶和應(yīng)變儀是通常需要放大的傳感器。

2、隔離

超出數(shù)字化儀范圍的輸入信號可能會對敏感設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞。隔離斷開輸入和輸出信號之間的電流路徑。通過斷開電流路徑，可以防止輸入線上不需要的信號傳遞到輸出。該隔離器還可以濾除信號路徑中任何不需要的噪聲，并消除接地環(huán)路引起的任何靜電干擾，這也可能損壞連接到傳感器的任何設(shè)備。通常通過將輸入轉(zhuǎn)換為光或磁信號來將其傳輸?shù)捷敵?，然后在輸出上進(jìn)行重建。隔離還用于防止接地環(huán)路。如果傳感器與測量傳感器位于不同的接地平面上，例如安裝在發(fā)動機(jī)上的熱電偶，則也可能需要隔離。

3、線性化

線性化是將非線性輸入信號轉(zhuǎn)換為線性輸出信號的操作，當(dāng)傳感器產(chǎn)生與物理測量非線性相關(guān)的信號時，線性化是必要的。熱電偶是需要線性化的傳感器的一個例子。

4、過濾

并非所有信號頻譜都包含有效數(shù)據(jù)。事實(shí)上，某些頻率(例如 50-60 赫茲交流電源線中的頻率)可能會在信號中產(chǎn)生不需要的噪聲。在這里，過濾用于消除那些不需要的頻率，以獲得干凈且一致的信號。

5、勵磁

有源傳感器(例如熱敏電阻、RTD 或壓力傳感器)的運(yùn)行需要激勵電壓。激勵信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性直接影響傳感器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

6、冷端補(bǔ)償

冷端補(bǔ)償 (CJC) 用于熱電偶，是確保準(zhǔn)確測量所必需的。CJC 針對室溫波動調(diào)整熱電偶信號并提高測量精度。 信號調(diào)節(jié)器是任何數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個重要方面，信號調(diào)節(jié)器有許多不同類型，要根據(jù)它們測量的物理值以及具體功能而有所不同。

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