傳感器輸出的是幅值相對較小的電壓、電流信號,而不能直接是數(shù)字信號,在變換為數(shù)字數(shù)據(jù)之前必須進行調(diào)理,信號調(diào)理將數(shù)據(jù)采集設備轉換成一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。信號調(diào)理簡單的說就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉換成采集設備能夠識別的標準信號。
信號調(diào)理電路(signal conditioning circuit)是指把模擬量信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出或其它目的的數(shù)字信號的電路。
模擬傳感器可測量很多物理量,如溫度、壓力等,但由于傳感器信號不能直接轉換為數(shù)字數(shù)據(jù),因此在變換為數(shù)字信號之前必須進行調(diào)理。調(diào)理就是放大、緩沖或定標模擬信號等,使其適合于模/數(shù)轉換器(ADC)的輸入,ADC對模擬信號進行數(shù)字化,并把數(shù)字信號送到MCU或其它數(shù)字器件,以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。
對于絕大多數(shù)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)來說,信號調(diào)理是非常重要的,典型的系統(tǒng)一般都需要信號調(diào)理硬件,用于將原始信號以及傳感器的輸出接口到數(shù)據(jù)采集板或模塊上。信號調(diào)理電路主要具有以下幾點功能:
1、傳感器驅(qū)動:包括為無源傳感器提供所需的電壓源或電流源,為有源傳感器提供其運轉所需的特殊電路結構;
2、信號放大:為了提高模擬信號轉換成數(shù)字信號時的精度,我們希望輸入的模擬信號的最大值剛好等于A/D轉換設備輸入范圍。大多數(shù)傳感器的輸出范圍在mV級,而A/D轉換設備輸入范圍為V級,因此我們需要使用信號調(diào)理電路對傳感器的信號放大;
3、隔離:在測量高電壓信號時,隔離電路可以保護后端設備被意外的高電壓輸入損壞,常用的有光隔離和磁隔離。隔離放大電路的缺點是可能引入噪聲;
4、信號濾波:模擬信號在數(shù)字化前必須進行低通濾波,以消除噪聲和防止混疊現(xiàn)象;
5、擴展通道數(shù):有些信號調(diào)理電路具有多路轉換器或矩陣變換電路功能,可以把信號通道擴展至上千路。