Введение
Кондиционирование сигнала - это манипулирование аналоговым сигналом таким образом, чтобы он соответствовал требованиям следующего этапа для дальнейшей обработки. В приложении преобразователя аналогового в цифровой (АДК) кондиционирование сигнала включает ограничение напряжения или тока и антиалиазирующую фильтрацию. В инженерных приложениях управления обычно используется стадия обнаружения (которая состоит из датчика), стадия кондиционирования сигнала (где обычно происходит усиление сигнала) и стадия обработки (часто выполняемая ADC и микроконтроллером). Операционные усилители (оп-усилители) обычно используются для усиления сигнала на стадии кондиционирования сигнала. В некоторых преобразователях кондиционирование сигнала интегрировано с датчиком, например, в датчиках эффекта Холла. В силовой электронике, перед обработкой входных сигналов, воспринимаемых датчиками, такими как датчик напряжения и датчик тока, кондиционирование сигнала масштабирует сигналы до уровня, приемлемого для микропроцессора.
In electronics and signal processing, signal conditioning is the manipulation of an analog signal in such a way that it meets the requirements of the next stage for further processing. In an analog to digital converter (ADC) application, signal conditioning includes voltage or current limiting and anti aliasing filtering. In control engineering applications, it is common to have a sensing stage (which consists of a sensor), a signal conditioning stage (where usually amplification of the signal is done) and a processing stage (often carried out by an ADC and a micro controller). Operational amplifiers (op amps) are commonly employed to carry out the amplification of the signal in the signal conditioning stage. In some transducers, signal conditioning is integrated with the sensor, for example in Hall effect sensors. In power electronics, before processing the input sensed signals by sensors like voltage sensor and current sensor, signal conditioning scales signals to level acceptable to the microprocessor.
Входные данные
Сигнальные входы, принимаемые кондиционерами сигналов, включают напряжение и ток постоянного тока, напряжение и ток переменного тока, частоту и электрический заряд. Входные данные датчика могут быть акселерометром, термопарой, терморезистором, термометром сопротивления, деформатором или мостом, а также LVDT или RVDT. Специализированные входы включают в себя кодер, счетчик или тахометр, таймер или часы, реле или переключатель и другие специализированные входы. Выходами для оборудования, регулирующего сигналы, могут быть напряжение, ток, частота, таймер или счетчик, реле, сопротивление или потенциометр и другие специализированные выходы.
Процессы
Кондиционирование сигнала может включать в себя усиление, фильтрацию, преобразование, сопоставление диапазона, изоляцию и любые другие процессы, необходимые для того, чтобы выходной сигнал датчика был пригодным для обработки после кондиционирования.
Входная связь
Используйте переменную связь, когда сигнал содержит большой компонент постоянного тока. Если вы включите сцепление переменного тока, вы удалите большой смещение постоянного тока для входного усилителя и усилите только компонент переменного тока. Эта конфигурация эффективно использует динамический диапазон АДК
Фильтрация
Фильтрация является наиболее распространенной функцией кондиционирования сигнала, поскольку обычно не весь частотный спектр сигнала содержит действительные данные. Например, 50 или 60 Гц линий переменного тока, присутствующих в большинстве окружений, вызывают шум на сигналах, которые могут вызывать помехи, если их усиливают.
Усиление
Усиление сигнала выполняет две важные функции: увеличивает разрешение входного сигнала и увеличивает его соотношение сигнал/шум. Например, выход электронного датчика температуры, который, вероятно, находится в диапазоне милливольт, вероятно, слишком низок для аналогового цифрового преобразователя (ADC), чтобы обрабатывать его напрямую. В этом случае необходимо поднять уровень напряжения до уровня, требуемого АДС. Обычно используемые усилители, используемые для кондиционирования сигнала, включают усилители выборки и удержания, пиковые детекторы, логистические усилители, антилогистические усилители, усилители приборов и программируемые усилители усиления.
Ослабление
Атенуация, противоположность усиления, необходима, когда напряжения, подлежащие оцифровке, выходят за пределы диапазона АДС. Эта форма кондиционирования сигнала уменьшает амплитуду входного сигнала, так что кондиционированный сигнал находится в пределах диапазона ADC. Ослабление, как правило, необходимо при измерении напряжений, превышающих 10 В.
Возбуждение
Некоторые датчики требуют внешнего источника напряжения или тока возбуждения. Эти датчики называются активными датчиками. (например, датчик температуры, такой как терморезистор и RTD, датчик давления (пиезорезистивный и емкостный) и т.д.). Стабильность и точность возбуждающего сигнала напрямую связаны с точностью и стабильностью датчика.
Линейная форма
Линеаризация необходима, когда датчики производят сигналы напряжения, которые не имеют линейной связи с физическим измерением. Линейная интерпретация - это процесс интерпретации сигнала от датчика, который может быть выполнен либо с помощью кондиционирования сигнала, либо с помощью программного обеспечения.
Электрическая изоляция
Для передачи сигнала от источника к измерительному устройству без физического соединения может использоваться изоляция сигнала. Он часто используется для изоляции возможных источников возмущений сигнала, которые в противном случае могли бы следовать по электрическому пути от датчика до схемы обработки. В некоторых ситуациях может быть важно изолировать потенциально дорогостоящее оборудование, используемое для обработки сигнала после кондиционирования от датчика. Можно использовать магнитную или оптическую изоляцию. Магнитная изоляция преобразует сигнал из напряжения в магнитное поле, так что сигнал может передаваться без физического соединения (например, с помощью трансформатора). Оптическая изоляция работает с использованием электронного сигнала для модуляции сигнала, закодированного передачей света (оптическое кодирование). Затем расшифрованная светопередача используется для ввода для следующего этапа обработки.
Защита от перенапряжения
Защитный приток поглощает всплески напряжения, чтобы защитить следующую ступень от повреждений.