《模拟量的输入输出》课件

模拟量的输入输出课程背景和目标工业自动化数据采集模拟量输入输出技术在现代工业通过模拟量传感器，可将物理量自动化中扮演着重要角色，广泛转换为电信号，并利用转换器A/D应用于各种设备和系统采集数据，实现数据实时处理控制系统数字量信号可用于控制模拟量设备，例如电机、阀门等，实现自动化控制和优化什么是模拟量连续变化的物理量真实世界中的信号模拟量是表示物理量的一种形式许多自然现象和物理量，如温度，其数值可以连续变化，没有明、压力、光照强度、声音等，都显的间断点以模拟量的形式存在电压、电流、电阻在电子技术中，模拟量通常用电压、电流或电阻来表示，并可以通过传感器进行测量模拟量的特点模拟量是连续变化的，可以取任意值模拟量通常由波形表示，例如电压或，不受量化限制电流变化的曲线模拟量常用于传感器，将物理量转换为电信号，如温度、压力、光线等模拟量的分类电压型电流型电阻型以电压大小表示模拟量，常见的如温度传感以电流大小表示模拟量，例如流量传感器、以电阻值变化表示模拟量，如光敏电阻、压器、压力传感器等位移传感器等力传感器等模拟量传感器的原理物理量转化1将物理量转换为可测量的电信号电信号变化2物理量变化引起电信号变化信号输出3输出模拟量信号供后续处理电压型传感器工作原理应用场景特点电压型传感器利用被测物理量变化引起的电压型传感器广泛应用于压力、温度、位输出信号为电压，易于放大和处理电阻、电容或电感变化，进而导致输出电移、流量等物理量的测量压变化电流型传感器原理应用电流型传感器通过测量流过导体的电流来反映被测量的物理量电流型传感器广泛应用于工业自动化、电力电子、医疗设备等领它们通常基于电磁感应原理，利用线圈和磁场之间的关系来感知域例如，在电力系统中，它们用于监控电流，保护电路和设备电流的变化，并进行故障诊断电阻型传感器工作原理应用领域特点基于电阻随物理量的变化而变化的原理工作压力传感器、温度传感器、应变传感器、位结构简单、成本低廉、精度较高置传感器等信号调理电路放大1提高信号强度滤波2去除噪声转换3改变信号形式隔离4防止干扰模拟量信号的采集传感器1将物理量转换为模拟电压或电流信号信号调理2对信号进行放大、滤波和隔离等处理，确保信号质量转换A/D3将模拟信号转换为数字信号，以便计算机处理转换器的原理A/D采样将模拟信号在时间上离散化，得到一系列样本值量化将每个样本值映射到一个离散的数字值，用有限个数字表示模拟信号的幅度编码将量化后的数字值转换为二进制码，以便计算机进行处理转换器的误差A/D量化误差非线性误差由于转换器只能将模拟信号离理想情况下，转换器的输出与A/D A/D散化为有限个数字量，因此会产输入应该是线性关系，但实际情生量化误差量化误差是由于况下，由于器件本身的非线性，A/D转换器的分辨率有限造成的会产生非线性误差漂移误差由于温度、时间或电源电压的变化，转换器的零点和增益可能会发生漂A/D移，从而产生漂移误差影响转换精度的因素A/D量化误差采样率12转换器将模拟信号数字化采样率越低，信号丢失的可能A/D，量化误差是不可避免的，会性越大，导致精度下降导致精度降低噪声温度漂移34来自外界或内部的噪声会干扰温度变化会影响转换器的A/D模拟信号，降低转换精度性能，导致精度发生变化数字量与模拟量的转换模拟信号1连续变化的信号数字信号2离散的信号转换器3连接两者的桥梁转换器的作用D/A数字信号处理控制系统音频处理将数字信号转换为模拟信号，以便在模拟系用于控制模拟系统，例如电机、加热器和传在音频系统中，转换器将数字音频信号D/A统中使用感器转换为模拟音频信号转换器的分类D/A并行型串行型并行型转换器速度快，精度高串行型转换器成本低，但速度D/A D/A，但成本较高慢，精度较低型∑-Δ型转换器精度高，抗噪声能力强，应用广泛∑-ΔD/A转换器的误差D/A量化误差线性误差噪声误差转换器将数字信号转换为模拟信号，每转换器在转换过程中，输出的模拟信号在转换过程中，可能会受到电磁干扰或其他D/A D/A个数字信号对应一个模拟量，但是，由于数与输入的数字信号之间存在线性关系，如果因素的影响，导致输出的模拟信号出现噪声字信号的精度有限，所以转换后的模拟信号这种线性关系存在偏差，就会产生线性误差，这种噪声也会导致误差也会存在误差，这种误差称为量化误差数字量输出电路的应用数字量输出电路广泛应用于工业自动化、数据采集、控制系统等领域，例如工业控制系统中，数字量输出电路用于控制电机、阀门、加热器等•执行机构数据采集系统中，数字量输出电路用于控制数据采集设备的开关状•态，并输出数据到计算机控制系统中，数字量输出电路用于控制系统的逻辑控制功能，例如•，控制系统的开启和关闭模拟量输出电路的应用模拟量输出电路广泛应用于各种工业控制系统、数据采集系统和仪器仪表中例如，在工业控制系统中，模拟量输出电路可以用来控制电机转速、温度、压力等参数在数据采集系统中，模拟量输出电路可以用来将数字信号转换为模拟信号，以便于进行数据处理和分析在仪器仪表中，模拟量输出电路可以用来显示测量结果或控制仪器的操作模拟量信号的隔离防止干扰安全保障隔离可以防止不同电路之间的干隔离可以防止高压电路对低压电扰，确保信号完整性路的影响，提高安全性提高可靠性隔离可以降低电路故障的风险，提高系统可靠性模拟量信号的放大增益带宽放大倍数，即输出信号与输入信号的放大器能够有效放大的频率范围比值噪声放大器自身产生的噪声，会影响信号的质量模拟量信号的滤波消除噪声改善信号质量提升系统稳定性模拟量信号在传输过程中，往往会受到各滤波器可以平滑信号，降低信号中的高频滤波器可以有效地抑制信号中的高频成分种噪声的干扰，影响测量精度滤波器可成分，使信号更加平稳，便于后续处理，提高系统的抗干扰能力，增强系统稳定以有效地去除噪声，提高信号的纯净度性模拟量信号的处理信号滤波信号放大12去除信号中的噪声和干扰，提增强信号强度，提高信噪比高信号质量信号线性化信号校准34将非线性信号转换为线性信号消除系统误差，确保信号的准，便于分析处理确性模拟量信号的故障诊断信号漂移信号噪声检查传感器是否损坏，连接线是检查接地是否良好，信号线是否否松动，环境温度是否变化过大靠近干扰源，屏蔽措施是否有效信号失真检查信号放大电路是否工作正常，滤波器是否损坏，转换器是否出现故A/D障信号线的布线要求双绞线屏蔽线接地线减少电磁干扰阻挡外部噪声确保安全模拟量的接地问题信号接地屏蔽接地确保信号接地完整，避免接地回路，将模拟量信号线屏蔽层接地，以抑制防止信号干扰外部电磁干扰电源接地确保电源接地良好，减少电源噪声的影响模拟量测量中的噪声抑制滤波屏蔽接地数字信号处理使用滤波器来消除特定频率范使用屏蔽线或金属外壳来隔离良好的接地可以降低噪声的干使用数字信号处理技术来消除围内的噪声，例如低通滤波器噪声源，防止噪声信号进入测扰，确保测量电路的稳定性噪声，例如使用数字滤波器或可以去除高频噪声量电路噪声消除算法模拟量测量的注意事项精度噪声12确保传感器、转换器等设采取措施抑制电磁干扰和环境A/D备的精度符合要求，以获得可噪声，避免对测量结果造成负靠的测量结果面影响稳定性安全性34定期校准设备并进行维护，确注意安全操作，防止人员触电保测量系统的稳定性和可靠性或设备损坏，并避免干扰其他设备本课程小结模拟量输入输出是工业自动化领域的重要基础，掌握模拟量信号的采集、处理和输出技术至关重要。