R1= R4， R2= R3， R5= R6
16
5.2电平调整
电路的输出为
Vo

21
R4 R3

2
R4 RG

Vi 2
Vi1
Vref Vshift

17
5.3线性化
5.3.1为何进行线性化 检测系统中希望输入输出特性是线性化的。 实际传感器大多数是非线性化的。 减少计算量，提高运算速度； 满足线性刻度； 使用方便。
电阻
RHa RHb RHc
a b c
用简单的无源器件（如电阻）与敏感器件并 联或串联，只要电阻值选择合适，就可以将非 线性校正到满意的程度。
如湿敏电阻的线性化
20
5.3线性化
电阻
RHa RHb RHc
a
b c
RH
Ha Hb Hc 相对湿度RH% 湿敏电阻的线性化
R R’h
21
5.3线性化
并联后的总电阻为
RH'

RRH R RH
信号调理与检测电路关系：界限不很清楚，有 时二者合二为一。如有些教材将电阻抗-电压转 换电路（电阻、电感、电容等检测电路）归为 信号调理电路。
3
5.1概述
5.1.3信号调理的类型
电平调整（放大或衰减） 线性化（非线性信号调正成线性信号） 信号形式变换（如电压电流变换） 滤波与阻抗匹配（滤波电路、传感器内 部阻抗或电缆阻抗引起重大误差的处理）
整电路
7
5.2电平调整
5.2.3有源电平调整
有源电平调整电路普遍采用
Rf
运算放大器，如反相放大电
路、同相放大电路等。
Vo


Rf Ri
Vi
Vi Ri Rp

-+ +
R2
Vo
反相放大电路
8
5.2电平调整
有源电平调整的特点
可以实现放大或衰减，调整方便； 满足了阻抗匹配要求；
放大电路的带宽有限，一般厂家给增益带宽积， 如30MHz，若G=1000，则带宽小于30KHz ；
R3 R2
双运放电压调整电路的输出简化为：
Vo


R4 R3
1Vi2

Vi1 Vref
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
12
5.2电平调整
双运放电压调整电路的增益为
G R4 1 R3
改变增益且保证CMRR不变，须同时调整两个电阻值。 能否只调整一个电阻值就达到目的？
13
5.2电平调整
R2
RG
R4
Vref
使a，b，c三点一线应满足
即满足
RH' a RH' b RH' b RH' c
RRHa RRHb RRHb RRHc R RHa R RHb R RHb R RHc22
5.3线性化
解得：
R RHb RHb RHc 2RHaRHc
RHa RHc 2RHb
放大器本身的噪声影响； Et 4kTRf
放大器参数影响：输入失调电流、输入失调电压9
5.2电平调整
5.2.4有源电平调整实例
某差动压力传感器的输出为33mV~58mV，数据 采集卡输入范围为0.5V~4.5V，因此中间需要电 平调整电路。
调整电路应具有如下特性： 33mV~58mV调整成0.5V~4V（留0.5V余量）
笔式记录仪 光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡
数据处理器 频谱分析仪
FFT 实时信号分析仪 电子计算机
被测对象 传感器 激发装置
中间变换 测量装置
显示及 记录装置
实验结果 处理装置
2
5.1概述
5.1.2信号调理的基本概念
信号调理：对传感器输出信号进行操作，将其 转换成满足后续传输与处理系统要求的信号
10
5.2电平调整
R2
R4
Vref
R1
Vi1 Vi2

-+ +
R2
R3

-+ +
R2
双运放电压调整电路
Vo
11
5.2电平调整
双运放电压调整电路的输出为
Vo


R4 R3

R2 R1
1Vi1


R4 R3
1Vi 2

R4 R2 R3 R1
Vref
选取电阻值，使 R4 R1 ，则电路具有较高CMRR，
Vref
选取电阻值，使 R4 R1 R2 R3 输出简化为：
Vo

1
R4 R3

2
R4 RG
Vi2

Vi1 Vref
15
5.2电平调整
Vshift R5
R6
R2
RG
R4
Vref
R1
Vi1 Vi2

-+ +
R2
R3

-+ +
R2

-+
+ R2
Vo
具有正负零位电压调整的三运放电压调整电路
第五章 信号调理
5.1概述 5.2电平调整 5.3线性化 5.4信号变换 5.5滤波与阻抗匹配 5.6模拟数字转换电路
1
5.1概述
5.1.1检测系统的构成
力 位移 速度 加速度 压力 流量 温度
电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式
电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器
R1
Vi1 Vi2

-+ +
R2
R3

-+ +
R2
增益可调的双运放电压调整电路
Vo
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5.2电平调整
电路的输出为
Vo


R4 R3

R4 RG

R4 R2 R3 RG

R4 R2 R3 R1
Vi1


R4 R3

R4 RG

R4 R2 R3 RG
1Vi 2


R4 R2 R3 R1
18
5.3线性化
5.3.2线性化的方法 数字式线性化：单片机、嵌入式系统、专用芯片；
灵活，适用性强，速度有限，难
以满足动态检测场合。
模拟式线性化：在信号调理电路中加入模拟非线
性环节。
按使用元件分：无源线性化、有源线性化
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5.3线性化
硬件线性化的特点
实时性强、简便、经济、可靠，应用广泛。 5.3.3无源线性化电路
5.2电平调整
5.2.2无源电平调整
该电路可以实现信号的衰减
Vo

R2 R1 R2
Vi
Vi
R1
Vo
R2
无源电平调整电路
6
5.2电平调整
注意： 两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果 作为传感器电路的负载希望电阻大些，作为
后续电路的输入希望电阻小些，折中考虑 大阻值（如MΩ）的电阻精度与噪声均较差 常用于精度要求较低的场合，否则用有源调
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5.2电平调整
5.2.1为何进行电平调整 检测系统中虽然可以采用输出标准信号的变送器， 但在具体设计中也常用传感器加电平调整的方案。 原因有三：
变送器虽然方便但成本较高，缺乏调节环节；
在检测系统设计与调试过程中，为了得到理想的 传函常常调整传感器/放大器的传函；
变送器量程也是标准的，不能全满足工程要求。 5