Преобразование сигнала - Signal conditioning

В электронике преобразование сигнала это манипуляция аналоговый сигнал таким образом, чтобы он соответствовал требованиям следующего этапа для дальнейшей обработки.

В аналого-цифровой преобразователь применение, преобразование сигнала включает ограничение напряжения или тока и фильтрация сглаживания.

В техника управления приложений, как правило, есть этап зондирования (который состоит из датчик ), этап формирования сигнала (где обычно выполняется усиление сигнала) и этап обработки (часто выполняемый АЦП и микроконтроллер ). Операционные усилители (операционные усилители) обычно используются для усиления сигнала на этапе формирования сигнала. В некоторых преобразователях эта функция будет присуща, например, Датчики на эффекте Холла.

В силовая электроника, перед обработкой входных воспринимаемых сигналов такими датчиками, как датчик напряжения и датчик тока, преобразователь сигнала масштабирует сигналы до уровня, приемлемого для микропроцессора.

Входы

Входные сигналы, принимаемые формирователями сигналов, включают: Напряжение постоянного тока и текущий, Напряжение переменного тока и текущий, частота и электрический заряд. Входы датчиков могут быть акселерометр, термопара, термистор, термометр сопротивления, тензодатчик или мост, и LVDT или же РВДТ. Специализированные входы включают энкодер, счетчик или тахометр, таймер или часы, реле или переключатель и другие специализированные входы. Выходы для оборудования формирования сигнала могут быть выходами напряжения, тока, частоты, таймера или счетчика, реле, сопротивления или потенциометра и других специализированных выходов.

Процессы

Формирование сигнала может включать усиление, фильтрация, преобразование, согласование диапазона, изоляция и любые другие процессы, необходимые для того, чтобы выходной сигнал датчика был пригоден для обработки после кондиционирования.

Фильтрация

Фильтрация является наиболее распространенной функцией преобразования сигнала, поскольку обычно не весь частотный спектр сигнала содержит достоверные данные. Например, линии электропередач переменного тока с частотой 50 или 60 Гц, присутствующие в большинстве сред, создают помехи в сигналах, которые могут вызвать помехи при усилении.

Усиление

Сигнал усиление выполняет две важные функции: увеличивает разрешение входного сигнала и увеличивает его отношение сигнал / шум.^{[нужна цитата ]} Например, выход электронного Датчик температуры, которое, вероятно, находится в диапазоне милливольт, вероятно, слишком мало для аналого-цифровой преобразователь (ADC) для обработки напрямую.^{[нужна цитата ]} В этом случае необходимо довести уровень напряжения до требуемого АЦП.

Обычно используемые усилители, используемые для формирования сигнала, включают: образец и держать усилители, пиковые детекторы, логарифмические усилители, антилогарифмические усилители, инструментальные усилители и усилители с программируемым усилением.^[1]

Затухание

Затухание, противоположное усилению, необходимо, когда оцифрованные напряжения выходят за пределы диапазона АЦП. Эта форма преобразования сигнала уменьшает амплитуду входного сигнала, так что преобразованный сигнал находится в пределах диапазона АЦП. Затухание обычно необходимо при измерении напряжений более 10 В.

Возбуждение

Для работы пассивного датчика требуется внешнее питание. (Например, датчик температуры, такой как термистор и RTD, датчик давления (пьезорезистивный и емкостной) и т. Д.). Стабильность и точность сигнала возбуждения напрямую связаны с точностью и стабильностью датчика.

Линеаризация

Линеаризация необходима, когда датчики вырабатывают сигналы напряжения, которые не связаны линейно с физическим измерением. Линеаризация - это процесс интерпретации сигнала от датчика, который может выполняться либо с помощью преобразования сигнала, либо с помощью программного обеспечения.

Электрическая изоляция

Изоляция сигнала может использоваться для передачи сигнала от источника к измерительному устройству без физического соединения. Его часто используют 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 согласования с датчиком.

Может использоваться магнитная или оптическая изоляция. Магнитная изоляция преобразует сигнал из напряжения в магнитное поле, поэтому сигнал может передаваться без физического соединения (например, с использованием трансформатора). Оптическая изоляция работает с использованием электронного сигнала для модуляции сигнала, закодированного с помощью передачи света (оптическое кодирование). Затем декодированный световой поток используется для ввода на следующем этапе обработки.

Защита от перегрузки

А сетевой фильтр поглощает скачки напряжения, чтобы защитить следующую ступень от повреждений.