|
|
|
ИЗМЕРИТЕЛИ ОТНОШЕНИЙ СИГНАЛОВИзмерение отношений является хорошим способом улучшения точности датчика, поэтому он широко применяется при построении интерфейсных схем. Однако рекомендуется отметить, что этот метод работает, только когда источники погрешностей имеют мультипликативную, а не аддитивную природу. Это означает, что этот способ, к примеру, не может помочь снизить тепловой шум, но он очень полезен для уменьшения влияния на чувствительность сенсоров таких факторов, как нестабильность источников питания, окружающая температура, влажность, давление, старение и т.д. Метод измерения отношений требует использования в системе двух сенсоров, один из которых является активным, т.е. измеряющим внешнее воздействие, другой — компенсационным, который либо экранируется от измеряемых сигналов, либо не реагирует на них. Остальные внешние факторы воздействуют на оба датчика одинаково, поэтому их рабочие характеристики также меняются одинаково. На вход второго датчика, часто называемого эталонным, подается известный сигнал, обладающий долговременной стабильностью и постоянством. Эталонный и активный датчики не обязательно должны иметь одинаковую природу, но требуется, чтобы они одинаково реагировали на дестабилизирующие факторы. На рис. 5.34Аотображен простой температурный детектор, в котором роль активного датчика выполняет терми-стор ЯТс отрицательным температурным коэффициентом. Значение эталонного резистора R0 равно сопротивлению термистора при нетой заданной температуре (к примеру, 25° С). Оба резистора подключаются к ОУ через аналоговый мультиплексор. Глубина ОС ОУ определяется резистором R. Сигналы на выходе ОУ при подсоединении термистора и эталонного резистора определяются следующими соотношениями: 
Из выражений видно, что оба напряжения зависят от напряжения
питания Ек коэффициента усиления схемы. Источниками погрешностей здесь могут
быть как резистор R, так и напряжение питания Е. Если оба напряжения подать на
схему делителя, его выходной сигнал можно представить в виде: V0 = k VN IVD — kR$
IRT, где
к — коэффициент усиления делителя. Отсюда видно, что на
выходной сигнал делителя не оказывает влияния ни напряжение источника питания,
ни коэффициент усиления ОУ. Он только зависит от отношения сопротивлений
датчика и эталонного резистора. Правда, это утверждение справедливо только
тогда, когда напряжение питания и коэффициент усиления ОУ остаются практически
неизменными в период мультиплексирования. Отсюда и определяется предельное
значение частоты мультиплексирования.
Рис. 5.34. Относительный температурный детектор (А) и
аналоговый делитель сопротивлений (Б)
В состав измерителя отношений всегда входит делитель,
который может быть цифровым, и аналоговым. В случае цифрового делителя выходные
сигналы обоих сенсоров мультиплексируются и конвертируются в двоичные коды при
помощи АЦП, после чего передаются в компьютер или микропроцессор, где и
выполняется сама операция деления. Аналоговый делитель часто является составной
частью интерфейсной схемы. Выходной сигнал аналогового делителя (напряжение или
ток), отображенного на рис. 5.35А, пропорционален отношению двух входных
напряжений (VD и VN) или токов:
При равенстве входных напряжений, коэффициент к равен
выходному напряжению. Рабочие диапазоны переменных (рабочие квадранты)
определяются полярностью и пределами изменений входных напряжений. к примеру,
когда VD и VN оба являются либо положительными, либо отрицательными, рабочим
квадрантом является первый. А в случае, когда V является биполярным, делитель
относится двухквадрантному типу. На напряжение VD обычно наложено ограничение:
оно должно быть униполярным. Поскольку при переходе от одной полярности к
другой происходит пересечение нулевой точки, в той выходной сигнал
становится бесконечным (если только числитель в этот момент также не равен
нулю). На практике VD является сигналом эталонного датчика, обычно имеющего
постоянное значение.
Деление всегда была самой сложной операцией для реализации в
аналоговых схемах. Эта сложность исходит из самой природы деления: при
приближении знаменателя к нулю, числитель резко возрастает. Поэтому идеальный
делитель должен иметь фактически бесконечный коэффициент усиления и бесконечный
динамический диапазон. На практике оба эти фактора ограничены величиной дрейфа
и шума при низких значениях VD; это значит, что коэффициент усиления делителя
для числителя связан со значением знаменателя обратной зависимостью (рис. 5.35Б). Таким образом, на величину суммарной погрешности оказывают влияние
несколько факторов, такие как зависимость коэффициента усиления от величины
знаменателя, входные погрешности (смещение, дрейф и шумы, которые должны быть
намного меньше минимальных значений входных сигналов) и т.д. В дополнение к
этому, выходной сигнал усилителя должен оставаться постоянным при постоянном
соотношении входных сигналов, вне зависимости от их значений; к примеру,
10/10=0.01/0.01 = 1 и 1/10=0.001/0.01=0.1
Рис. 5.35. Схематичное обозначение делителя (А) и
зависимость коэффициента усиления делителя от величины знаменателя (Б)
.
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
