傳感器選型專題一 工控系統(tǒng)對傳感器信號的要求

工業(yè)上稱重傳感器的模擬量一般都是標準的0~10V、0~5V、0~20ma、4~20ma，模塊采集模擬量以后會對應(yīng)一個數(shù)字量，比如0~10V對應(yīng)0~65535，那就可以根據(jù)這個數(shù)字量的大小值來判斷外面這個模擬量的大小了，模擬量輸出正好反過來，在PLC里面給出一個數(shù)字量，然后在模塊的端子上輸出一個模擬量。

我們傳感器本身是mV信號輸出，舉個例子,

假定某稱重傳感器標定輸出靈敏度為2.0mV/V

(當傳感器受力為額定值時，其輸出電壓與激勵電壓的比值)

激勵電壓為10V

輸入電阻為500Ω

輸出電阻為500Ω

量程為1000N

在使用過程中我們測得其輸出為10mV，此時計算其輸出電流應(yīng)該是0.02mA

作為模擬量輸出來說，10mV電壓信號或0.02mA電流信號，并不能被我們的工控系統(tǒng)直接用來作為輸入信號來控制后端設(shè)備。

所以，我們在選用傳感器作為一個反饋控制部件時，要考慮后期設(shè)備對輸入信號的要求，即——傳感器輸出是否要經(jīng)過信號調(diào)理電路，將信號放大或經(jīng)過壓頻轉(zhuǎn)換成為0~10V或0~5V、0~20ma或4~20ma，或其他頻率信號等能被工控系統(tǒng)讀取的模擬量。放大器，或變送器能解決這一問題。

模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程

對于電腦及其他數(shù)據(jù)采集板卡或數(shù)顯儀表，要讀取從放大器輸出來的信號或是直接讀取傳感器輸出信號來顯示成數(shù)字量，那么必須要經(jīng)過的就是模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，還有電腦在控制繼電器或其他開關(guān)量輸入的器件過程中數(shù)字信號要經(jīng)過解碼轉(zhuǎn)換成模擬信號，即一下兩個過程。

1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器

是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實現(xiàn)。數(shù)字信號先進行解碼，即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電平，形成階梯狀信號，然后進行低通濾波。

根據(jù)信號與系統(tǒng)的理論，數(shù)字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積，那么由卷積定理，數(shù)字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜（即Sa函數(shù)）的乘積。這樣，用Sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補償，由數(shù)字信號便可恢復(fù)為采樣信號。由采樣定理，采樣信號的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來模擬信號的頻譜。

一般實現(xiàn)時，不是直接依據(jù)這些原理，因為尖銳的采樣信號很難獲得，因此，這兩次濾波（Sa函數(shù)和理想低通）可以合并（級聯(lián)），并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實現(xiàn)的，所以在真實的系統(tǒng)中只能近似完成。

2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器

是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)，是一個濾波、采樣保持和編碼的過程。模擬信號經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號，然后通過編碼器， 使得階梯狀信號中的各個電平變?yōu)槎M制碼。