第一篇：傳感器信號(hào)調(diào)理電路（大全）

傳感器信號(hào)調(diào)理電路

傳感器信號(hào)調(diào)理電路

信號(hào)調(diào)理往往是把來自傳感器的模擬信號(hào)變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計(jì)算顯示讀出和其他目的的數(shù)字信號(hào)。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、力、流量、運(yùn)動(dòng)、位置、PH、光強(qiáng)等。通常，傳感器信號(hào)不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因?yàn)閭鞲衅鬏敵鍪窍喈?dāng)小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之前必須進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標(biāo)模擬信號(hào)，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號(hào)送到微控制器或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。此鏈路工作的關(guān)鍵是選擇運(yùn)放，運(yùn)放要正確地接口被測的各種類型傳感器。然后，設(shè)計(jì)人員必須選擇ADC。ADC應(yīng)具有處理來自輸入電路信號(hào)的能力，并能產(chǎn)生滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分辨率、精度和取樣率的數(shù)字輸出。

傳感器

傳感器根據(jù)所測物理量的類型可分類為：測量溫度的熱電偶、電阻溫度檢測器(RTD)、熱敏電阻；測量壓力或力的應(yīng)變片；測量溶液酸堿值的PH電極；用于光電子測量光強(qiáng)的PIN光電二極管等等。傳感器可進(jìn)一步分類為有源或無源。有源傳感器需要一個(gè)外部激勵(lì)源(電壓或電流源)，而無源傳感器不用激勵(lì)而產(chǎn)生自己本身的電壓。通常的有源傳感器是RTD、熱敏電阻、應(yīng)變片，而熱電偶和PIN二極管是無源傳感器。為了確定與傳感器接口的放大器所必須具備的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員必須考慮傳感器如下的主要性能指標(biāo)：

·源阻抗

——高的源阻抗大于100KΩ

——低的源阻抗小于100Ω

·輸出信號(hào)電平

——高信號(hào)電平大于500mV滿標(biāo)

——低信號(hào)電平大于100mV滿標(biāo)

·動(dòng)態(tài)范圍

在傳感器的激勵(lì)范圍產(chǎn)生一個(gè)可測量的輸出信號(hào)。它取決于所用傳感器類型。

放大器功用

放大器除提供dc信號(hào)增益外，還緩沖和定標(biāo)送到ADC之前的傳感器輸入。放大器有兩個(gè)關(guān)鍵職責(zé)。一個(gè)是根據(jù)傳感器特性為傳感器提供合適的接口。另一個(gè)職責(zé)是根據(jù)所呈現(xiàn)的負(fù)載接口ADC。關(guān)鍵因素包括放大器和ADC之間的連接距離，電容負(fù)載效應(yīng)和ADC的輸入阻抗。

選擇放大器與傳感器正確接口時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須使放大器與傳感器特性匹配。可靠的放大器特性對于傳感器——放大器組合的工作是關(guān)鍵性的。例如，PH電極是一個(gè)高阻抗傳感器，所以，放大器的輸入偏置電流是優(yōu)先考慮的。PH傳感器所提供的信號(hào)不允許產(chǎn)生任何相當(dāng)大的電流，所以，放大器必須是在工作時(shí)不需要高輸入偏置電流的型號(hào)。具有低輸入偏置電流的高阻抗MOS輸入放大器是符合這種要求的最好選擇。另外，對于應(yīng)用增益帶寬乘積(GBP)是低優(yōu)先考慮，這是因?yàn)閭鞲衅鞴ぷ髟诘皖l，而放大器的頻率響應(yīng)不應(yīng)該妨礙傳感器信號(hào)波形的真正再生。

傳感器和放大器匹配電路

PH電極緩沖器

高阻抗PH傳感器可與具有低功率電路(僅需要2個(gè)1.5V電池供電)的放大器配對。放大器MOS輸入晶體管為傳感器提供高阻抗，傳感器輸出阻抗為1MW或更大。此放大器的輸入偏置電流小于1pA，所以，放大器工作消耗非常小的電流。放大器的失調(diào)電壓小于1mV。放大器提供軌到軌工作并具有高驅(qū)動(dòng)能力，能在長線上發(fā)送信號(hào)(放大器遠(yuǎn)離ADC的情況)。在電路中增加了一個(gè)精密溫度傳感器，可以測量PH傳感器的溫度。這使得具有精確的PH溫度補(bǔ)償值。

完整的傳感器橋接口

·測量應(yīng)變片傳感器通常要通過橋網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)變片構(gòu)成橋的兩個(gè)(或4個(gè))臂。應(yīng)變片是低源阻抗器件，其輸出信號(hào)范圍是小的(幾百微伏~幾毫伏)。圖3所示的電路能為精確測量傳感器信號(hào)提供測量橋穩(wěn)定激勵(lì)電壓和高共模電壓抑制(CMR)，消除了任何共模電壓。用高精度和非常低漂移(隨溫度)的精密電壓基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)放大器A1。這可為橋提供非常精確、穩(wěn)定的激勵(lì)源。因?yàn)楣材ｋ妷捍蠹s為激勵(lì)電壓的一半，所以被測信號(hào)僅僅是橋臂之間小的差分電壓。放大器A2、A3、A4必須提供高共模抑制比(CMRR)，所以僅測量差分電壓。這些放大器也必須具有低值輸入失調(diào)電壓(VOS)漂移(也稱之為失調(diào)電壓溫度系數(shù)TCVOS)和輸入偏置電流，以使得從傳感器能精確地讀數(shù)。放大器A1~A4連接成儀表放大器以達(dá)到上述目標(biāo)。這種配置的電壓增益(AV)為：AV=(1+2R2/bR2)(aR1/R1)，其中a和b是確定總增益的比值。

輻射分析儀通道

輻射譜測量來自輻射源的發(fā)射能量的分布，輻射源可以是粒子，X射線或γ射線。輻射照到閃光晶體上并發(fā)射強(qiáng)度正比于能量的短脈沖。然后由PIN光電二極管把光轉(zhuǎn)換為電流。放大器(見圖4)用做首置放大器和PIN光電二極管輸出的電流/電壓轉(zhuǎn)換器。此電路為用于基本輻射譜的單通道分析儀。信號(hào)的脈沖幅度包含重要信息，所以低輸入失調(diào)電壓和低失調(diào)電壓漂移是重要的。寬帶寬為處理脈沖(可窄到幾納秒)提供快速響應(yīng)。首置放大器輸出(VOUT)到脈沖幅度分析儀(如快速ADC)來測量和儲(chǔ)存每個(gè)峰值發(fā)生的數(shù)。分布是單個(gè)源的光譜。反饋電阻R1值取決于來自PIN光電二極管的最大電流和到ADC的最大輸出電壓。因此，R1=(MaxVOUT)/(MaxISIGNAL)。電容C1用于PIN光電二極管寄生電容的補(bǔ)償。R2和C2相當(dāng)于R1和C1用于補(bǔ)償放大器非倒相輸入的輸入偏置電流。

熱電耦接口電路

熱電偶根據(jù)兩個(gè)不同金屬線結(jié)點(diǎn)之間的溫度差提供電壓信號(hào)。熱電偶溫度傳感器具有一個(gè)感測端(金屬A/金屬B連接端)和一個(gè)參考端(金屬A和金屬B與銅導(dǎo)線連接端)。冷端參考溫度與熱電偶信號(hào)一道進(jìn)行控制和測量。熱電偶具有大約10mV/℃~80mV/℃的小信號(hào)電平范圍和小的源阻抗。配置成差分放大器的單放大器(圖5)把信號(hào)放大到ADC輸入所需的電平。差分放大器增益為：

AV=xR/R

其中x是電阻比，它決定增益。差分配置有助于抑制熱電偶線的共模拾取。放大器應(yīng)具有低失調(diào)電壓和低失調(diào)電壓漂移。

信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)的最后級(jí)——ADC

信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)的基本目標(biāo)是盡可能快速、完整和便宜地把模擬傳感器數(shù)據(jù)變換為數(shù)字形式，此任務(wù)就落在ADC身上。所用ADC的類型由一系列參數(shù)決定。這包括所需的分辨率(位數(shù))、速度(數(shù)據(jù)吞吐率)、ac或dc信號(hào)輸入、精度(dc和ac)、等待時(shí)間(取樣周期開始和第一個(gè)有效數(shù)字輸出之間的時(shí)間)和電源電平。在輸出端(接口到微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器)的重要參數(shù)包括串行或并行、處理器的輸入電壓電平、有效的電源電壓和功耗考慮。

大多數(shù)信號(hào)調(diào)理應(yīng)用采用逐次逼近(SAR)或積分型ADC。這兩種ADC能很好地處理dc信號(hào)，而SAR型ADC對快速ac信號(hào)能提供更好的支持。SAR轉(zhuǎn)換器是所有ADC中最通用的，這種轉(zhuǎn)換器把高分辨率(高達(dá)

16位)和高吞吐能力結(jié)合在一起。

積分ADC具有長操作時(shí)間，這是因?yàn)樗棉D(zhuǎn)換方法的原因，但通過信號(hào)平均使其具有噪音低的特點(diǎn)。對于中頻ac信號(hào)，D-S轉(zhuǎn)換器是最好的選擇，因?yàn)樗鼈兙哂懈叻直媛屎透呔?。D-S轉(zhuǎn)換器分辨率高達(dá)24位，但以降低速度為代價(jià)，其等待時(shí)間非常長。其他兩類ADC—流水線和分段ADC是高速器件，非常適合用于轉(zhuǎn)換高頻ac信號(hào)。

第二篇：信號(hào)調(diào)理電路

信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)處理電路，把模擬信號(hào)變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計(jì)算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號(hào)。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、光強(qiáng)等...但由于傳感器信號(hào)不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因?yàn)閭鞲衅鬏敵鍪窍喈?dāng)小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字信號(hào)之前必須進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標(biāo)模擬信號(hào)等，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號(hào)送到MCU或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。

信號(hào)調(diào)理將您的數(shù)據(jù)采集設(shè)備轉(zhuǎn)換成一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這是通過幫助您直接連接到廣泛的傳感器和信號(hào)類型(從熱電偶到高電壓信號(hào))來實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵的信號(hào)調(diào)理技術(shù)可以將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能和精度提高10倍。

信號(hào)調(diào)理簡單的說就是將待測信號(hào)通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。是指利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器等…)來改變輸入的訊號(hào)類型并輸出之。因?yàn)楣I(yè)信號(hào)有些是高壓，過流，浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識(shí)別，必須調(diào)整理清之。

一般的采集卡上都帶有可編程的增益，但具體要不要作信號(hào)調(diào)理，要視待采信號(hào)的特點(diǎn)而定，若信號(hào)很小，則要經(jīng)過放大將信號(hào)調(diào)理到采集卡能夠識(shí)別的范圍，若信號(hào)干擾較大，就要考慮采集之前作濾波了。

第三篇：干涉型光纖擾動(dòng)傳感器信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)和仿真

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干涉型光纖擾動(dòng)傳感器信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)和仿真

作者：盛興 鄧大鵬 廖曉閩 張建成來源：《現(xiàn)代電子技術(shù)》2011年第04期

第四篇：熱電偶溫度傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)與仿真介紹

電子工藝設(shè)計(jì)

錄

第1章 緒 論.........................................................................................................1 1.1 課題背景與意義..........................................................................................1 1.2 設(shè)計(jì)目的與要求..........................................................................................1 1.2.1 設(shè)計(jì)目的...........................................................................................1 1.2.2 設(shè)計(jì)要求...........................................................................................1 第2章 設(shè)計(jì)原理與內(nèi)容...........................................................................................2

2.1 熱電偶的種類及工作原理.............................................................................3

2.1.1熱電偶的種類....................................................................................3

2.1.2 工作原理分析....................................................................................4

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容......................................................................................................4 2.2.1 總體設(shè)計(jì)...........................................................................................4 2.2.2 原理圖設(shè)計(jì).......................................................................................5 2.2.3 可靠性和抗干擾設(shè)計(jì).......................................................................7 第3章 器件選型與電路仿真...................................................................................8 3.1 器件選型說明..............................................................................................8 3.2 電路仿真......................................................................................................8 第4章 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)...........................................................................................9 參考文獻(xiàn).....................................................................................................................10 附錄1：電路原理圖...................................................................................................11 附錄2：PCB圖............................................................................................................11 附錄3：PCB效果圖....................................................................................................11

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第1章 緒 論

1.1 課題背景與意義

溫度是一個(gè)基本的物理量，在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，如機(jī)械、食品、化工、電力、石油、等領(lǐng)域，溫度常常是表征對象和過程狀態(tài)的重要參數(shù)，溫度傳感器是最早開發(fā)、應(yīng)用最廣的一類傳感器。本設(shè)計(jì)中正是關(guān)于溫度的測量，采用熱電偶溫度測量具有很多的好處，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，測量范圍廣，精度高，慣性小和輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，熱電偶作為有源傳感器，測量時(shí)不需外加電源，使用十分方便，所以常在日常生活中被應(yīng)用，如測量爐子，管道內(nèi)的氣體或液體溫度及固體的表面溫度。熱電偶作為一種溫度傳感器，通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。熱電偶可直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

1.2 設(shè)計(jì)目的與要求 1.2.1 設(shè)計(jì)目的

(1)了解常用電子元器件基本知識(shí)（電阻、電容、電感、二極管、三極管、集成電路）；(2)了解印刷電路板的設(shè)計(jì)和制作過程；(3)掌握電子元器件選型的基本原理和方法；

(4)了解電路焊接的基本知識(shí)和掌握電路焊接的基本技巧；

(5)掌握熱電偶溫度傳感器信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，并利用仿真軟件進(jìn)行電路的調(diào)試。

1.2.2 設(shè)計(jì)要求

選用熱電偶溫度傳感器進(jìn)行溫度測量，要求測溫范圍100-300℃、精度為0.1℃。設(shè)計(jì)傳感器的信號(hào)調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)以下要求：

（1）將傳感器輸出4.096-12.209mV的信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5V直流電壓信號(hào)；（2）對信號(hào)調(diào)理電路中采用的具體元器件應(yīng)有器件選型依據(jù)；（3）電路的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮可靠性和抗干擾設(shè)計(jì)內(nèi)容；（4）電路的基本工作原理應(yīng)有一定說明；

（5）電路應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)的仿真軟件上進(jìn)行仿真以驗(yàn)證電路可行性

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第2章 設(shè)計(jì)原理與內(nèi)容

2.1 熱電偶的種類及工作原理 2.1.1 熱電偶種類

1、K型熱電偶鎳鉻

Ｋ型熱電偶是抗氧化性較強(qiáng)的賤金屬熱電偶，可測量0～1300℃的介質(zhì)溫度，適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200℃，長期使用溫度為1000℃，其熱電勢與溫度的關(guān)系近似線性，是目前用量最大的熱電偶。然而，它不適宜在真空、含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛下裸絲使用；當(dāng)氧分壓較低時(shí)，鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化，使熱電勢發(fā)生很大變化，但金屬氣體對其影響較小，因此，多采用金屬制保護(hù)管。Ｋ型熱電偶缺點(diǎn)：

(1)熱電勢的高溫穩(wěn)定性較Ｎ型熱電偶及貴重金屬熱電偶差，在較高溫度下(例如超過1000℃)往往因氧化而損壞；

(2)在250～500℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即在同一溫度點(diǎn)，在升溫降溫過程中，其熱電勢示值不一樣，其差值可達(dá)2～3℃；

(3)其負(fù)極在150～200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，致使在室溫至230℃范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表，尤其是在磁場中使用時(shí)往往出現(xiàn)與時(shí)間無關(guān)的熱電勢干擾；

(4)長期處于高通量中系統(tǒng)輻照環(huán)境下，由于負(fù)極中的錳(Ｍn)、鈷(CO)等元素發(fā)生蛻變，使其穩(wěn)定性欠佳，致使熱電勢發(fā)生較大變化。

2、S型熱電偶

該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑。其特點(diǎn)是：

(1)熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長期使用溫度可達(dá)1300℃ 超達(dá)1400℃時(shí)，即使在空氣中、純鉑絲也將會(huì)再結(jié)晶，使晶粒粗大而斷裂；(2)精度高，在所有熱電偶中準(zhǔn)確度等級(jí)最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測量較高溫度；(3)使用范圍較廣，均勻性及互換性好；

(4)主要缺點(diǎn)有：微分熱電勢較小，因而靈敏度較低；價(jià)格較貴，機(jī)械強(qiáng)度低，不適宜在原

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性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。

3、E型熱電偶(鎳鉻－銅鎳[康銅]熱電偶)Ｅ型熱電偶為一種較新產(chǎn)品，正極為鎳鉻合金，負(fù)極為銅鎳合金(康銅)。其最大特是 在常用的熱電偶中，其熱電勢最大，即靈敏度最高；它的應(yīng)用范圍雖不及Ｋ型偶廣泛但要 求靈敏度高、熱導(dǎo)率低、可容許大電阻的條件下，常常被選用；使用中的限制條件與型相 同，但對于含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。

4、N型熱電偶(鎳鉻硅－鎳硅熱電偶)

該熱電偶的主要特點(diǎn)：在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強(qiáng)，長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃范圍內(nèi)，Ｎ型熱電偶的熱電特性的線性比Ｋ型偶要好；但在低溫范圍內(nèi)(-200～400℃)的非線性誤差較大，同時(shí)，材料較 硬難于加工。

5、J型熱電偶(鐵－康銅熱電偶)

J 型熱電偶：該熱電偶的正極為純鐵，負(fù)極為康銅(銅鎳合金)，具特點(diǎn)是價(jià)格便宜,適 用于真空氧化的還原或惰性氣氛中，溫度范圍從-200～800℃，但常用溫度只在500℃以下，因?yàn)槌^這個(gè)溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長的壽命；該熱電偶能耐氫氣(Ｈ2)及一氧化碳(ＣＯ)氣體腐蝕，但不能在高溫(例如500℃)含硫(Ｓ)的氣氛中使用。

6、T型熱電偶(銅－銅鎳熱電偶)

T型熱電電偶：該熱電偶的正極為純銅，負(fù)極為銅鎳合金(也稱康銅)，其主要特點(diǎn)是： 在賤金屬熱電偶中，它的準(zhǔn)確度最高、熱電極的均勻性好；它的使用溫度是-200～350℃，因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過300℃，在-200～300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高，銅－康銅熱電偶還有一個(gè)特點(diǎn)是價(jià)格便宜，是 常用幾種定型產(chǎn)品中最便宜的一種。

7、R型熱電偶(鉑銠13－鉑熱電偶)該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑，同S 型相比，它的電勢率大15% 左右，其它性能幾乎相同，該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界，作為高溫?zé)犭娕加玫米疃?，而在中國，則用得較少。

熱電偶通常分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩類。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指制造工藝比

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較成熟，應(yīng)用廣泛，能成批生產(chǎn)，性能優(yōu)良而穩(wěn)定，并以利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化元件中的那些熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表，常見的七種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是R型、S型、B型、K型、E型、J型、T型。N型熱電偶為廉金屬熱電偶，是一種最新國際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶。

2.1.2 工作原理分析

熱電溫度計(jì)是由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線及測量儀表構(gòu)成的。其中熱電偶是敏感元件, 它由兩種不同的導(dǎo)體A 和B 連接在一起, 構(gòu)成一個(gè)閉合回路, 當(dāng)兩個(gè)連接點(diǎn)1 與2 的溫度不同時(shí), 由于熱電效應(yīng),回路中就會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)幾到幾十毫伏的熱電動(dòng)勢, 記為EAB。接點(diǎn)1 在測量時(shí)被置于測場所, 故稱為測量端或工作端。接點(diǎn)2 則要求恒定在某一溫度下,稱為參考端或自由端, 如圖1 所示。

實(shí)驗(yàn)證明, 當(dāng)電極材料選定后, 熱電偶的熱電動(dòng)勢僅與兩個(gè)接點(diǎn)的溫度有關(guān), 即.比例系數(shù)SAB 稱為熱電動(dòng)勢率, 它是熱電偶最重要的特征量。當(dāng)兩接點(diǎn)的溫度分別為t1 , t2 時(shí), 回路總的熱電動(dòng)勢為 , 式中eAB(t1)、eAB(t2)分別為接點(diǎn)的分熱電動(dòng)勢。

對于已選定材料的熱電偶, 當(dāng)其自由端溫度恒定時(shí), eAB(t2)為常數(shù), 這樣回路總的熱電動(dòng)勢僅為工作溫度t1 的單值函數(shù)。所以, 通過測量熱電動(dòng)勢的方法就可以測量工作點(diǎn)的實(shí)際溫度

圖 1 熱電偶原理圖

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.2.1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)需要測量溫度為100到300度，選用K型熱電偶，在將測量所得電壓進(jìn)行放大

電子工藝設(shè)計(jì)

處理。

K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2～4.0mm。正極（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr=92：12，負(fù)極（KN）的名義化學(xué)成分為：Ni：Si=99：3，其使用溫度為-200~1300℃。K型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛.，熱電偶測量輸出的信號(hào)為4.096-12.209mV，我們用信號(hào)調(diào)理電路將其轉(zhuǎn)換為0-5V直流電壓信號(hào)

此信號(hào)調(diào)理電路由一個(gè)減法放大器和一個(gè)同相比例放大器組成，減法放大器一端電壓接4.096 mV，這樣在經(jīng)過減法器的時(shí)候電壓變化范圍就會(huì)變成4.096-8.113mV，再由比例放大器輸出，就會(huì)得到0-5V直流電壓信號(hào).2.2.2 原理圖設(shè)計(jì)

同相輸入放大電路如圖2所示，信號(hào)電壓通過電阻RS加到運(yùn)放的同相輸入端，輸出電壓vo通過電阻R1和Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

根據(jù)虛短、虛斷的概念有vN= vP= vS，i1=if

于是求得所以該電路實(shí)現(xiàn)同相比例運(yùn)算。同相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)如下 1.輸入電阻很高，輸出電阻很低。

2.由于vN= vP= vS，電路不存在虛地，且運(yùn)放存在共模輸入信號(hào)，因此要求運(yùn)放有較高的共模抑制比。

電子工藝設(shè)計(jì)

圖 2 同相比例放大電路

差分式減法運(yùn)算電路

電路原理：差分式減法運(yùn)算電路是利用一級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的電路，圖1所示。要進(jìn)行運(yùn)算的兩路信號(hào)分別由運(yùn)放的同相和反相輸入端送入，這是一種差分輸入方式。由于存在著負(fù)反饋，電路屬于線性電路，因此，可以利用疊加定理分析求解電路輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系。

圖3 減法電路圖

當(dāng)令ui1單獨(dú)作用時(shí)，ui2=0，電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)反相輸入比例電路，如圖所示，輸出端電壓

電子工藝設(shè)計(jì)

uo1=-R3*ui1/R2(2-2-1)電阻R2//R3，只起平衡作用，不影響電路輸入輸出關(guān)系。當(dāng)u2單獨(dú)作用時(shí)，令ui1=0,此時(shí)電路實(shí)質(zhì)是所分析的同相輸入比例電路。分析結(jié)果得：

uo2=(1+R3/R2)*Rf*ui2/(R+Ri)(2-2-2)最后，利用疊加定理就可以求出輸入信號(hào)ui1和ui2共同作用時(shí)，輸出電壓為 uo=uo1+uo2=-R3*ui1/R2+R3*ui2/R2=R3(ui2-ui1)/R2(2-2-3)若取R3=R2，則有 uo=ui2-ui1從而實(shí)現(xiàn)對輸入信號(hào)的減法運(yùn)算。減法運(yùn)算也可以看成是對兩個(gè)輸入信號(hào)的差進(jìn)行放大，所以此電路也廣泛應(yīng)用于自動(dòng)檢測儀器中，實(shí)現(xiàn)對輸入信號(hào)的檢測。

2.2.3 可靠性和抗干擾設(shè)計(jì)

抗干擾的應(yīng)用包括避免強(qiáng)磁場，補(bǔ)償導(dǎo)線加屏蔽動(dòng)力電纜，與信號(hào)線、分開布線、保持距離。系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因有很多，在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、微安級(jí)的小信號(hào)，又有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號(hào)；既有低頻直流信號(hào)，也有高頻脈沖信號(hào)等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間信號(hào)傳輸互相干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。出現(xiàn)這種情況除了每個(gè)儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個(gè)十分重要的因素就是由于儀表和設(shè)備之間的信號(hào)參考點(diǎn)之間存在電勢差，因而形成“接地環(huán)路”造成信號(hào)傳輸過程中失真。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，“接地環(huán)路”問題是在系統(tǒng)信號(hào)處理過程中必須解決的問題。解決“接地環(huán)路”的方法 根據(jù)理論和實(shí)踐分析，有三種解決方案： 第一種方案：所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能形成回路，這種方法看似簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中往往很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備要求必須接地才能保證測量精度或確保人生安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。第二種方案：使兩接地點(diǎn)的電勢相同，但由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實(shí)在實(shí)際中無法完全能做到。第三種方案：在各個(gè)過程環(huán)路中使用信號(hào)隔離方法，斷開過程環(huán)路，同時(shí)又不影響過程信號(hào)的正常傳輸，從而徹底解決接地環(huán)路問題

電子工藝設(shè)計(jì)

第3章 器件選型與電路仿真

3.1 器件選型說明

在熱電偶測溫傳感器信號(hào)調(diào)理電路中，用到了電阻、集成運(yùn)算放大器等。具體如下表所示：

表1所用元器件清單表

器件類型 K型熱電偶 電阻 放大器

數(shù)量 1 6 2

單價(jià) 128.00 0.02 2.60

合計(jì) 128.00 0.12 5.20 3.2 電路仿真

Proteus電路仿真軟件功能非常強(qiáng)大，在電路設(shè)計(jì)中，能夠直觀有效的觀察電路的運(yùn)行狀態(tài)，工作點(diǎn)和電路參數(shù)，利用仿真來調(diào)整電路參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)目的，有事半功倍的效果，尤其在單片機(jī)程序調(diào)試過程中，無需搭建實(shí)驗(yàn)電路板，能夠跟Keil C單片機(jī)程序開發(fā)軟件直接聯(lián)調(diào)，方便快捷的調(diào)試單片機(jī)的程序，進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，在儀器的開發(fā)設(shè)計(jì)中，能夠有效地提高效率，減少試驗(yàn)成本，縮短開發(fā)周期。根據(jù)電路原理，將信號(hào)放大電路、溫度采集電路、模擬開關(guān)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)在一個(gè)電路原理圖中。使用proteus軟件的仿真功能，得到如圖4-1所示：

4-1總體電路圖

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第4章 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)

本次課程設(shè)計(jì)我們的選題是熱電偶溫度傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)與仿真，通過本周的課程設(shè)計(jì)。我對電子元器件基本知識(shí)（電阻、電容、電感、二極管、三極管、集成電路）有了更多的了解，增長了知識(shí)也對自己所學(xué)的知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也可以真的切實(shí)的將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，這讓我對所學(xué)的課程知識(shí)和軟件的認(rèn)知更加深刻，了解了如何利用仿真軟件進(jìn)行簡單的電路的調(diào)試，通過本次課設(shè)，我深刻意識(shí)到紙上談兵對知識(shí)的認(rèn)知終究只能停留在表面，只有通過實(shí)驗(yàn)才能對知識(shí)有更好更深刻的理解與感悟。很高興我能有這個(gè)機(jī)會(huì)和大家共同交流學(xué)習(xí)，從中學(xué)到了很多。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己對于軟件使用方面仍有不足，在今后應(yīng)該加強(qiáng).-10-

電子工藝設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)

[1]徐德炳譯，《傳感器的接口及信號(hào)調(diào)理電路》，北京：國防工業(yè)出版社，1984年 [2]劉宏，《電子工藝實(shí)習(xí)》，廣州：華南理工大學(xué)出版社，2009年 [3]俞雅珍，《電子工藝技術(shù)》，上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2007年 [4]康華光，《模擬電子技術(shù)》，北京：高等教育出版社，2004年

電子工藝設(shè)計(jì)

附錄1：電路原理圖

附錄2：PCB圖

附錄3：PCB效果圖

第五篇：淺談生物醫(yī)學(xué)信號(hào)及傳感器

淺談生物醫(yī)學(xué)信號(hào)及傳感器

導(dǎo)論：

人體存在高度精密而復(fù)雜的生物信號(hào)，每一種信號(hào)都在傳遞著身體的工作狀態(tài)，器官機(jī)能是否正常，呼吸、循環(huán)系統(tǒng)是否健全，人體是否處于一種健康狀態(tài)……隨著信息科技的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，產(chǎn)生了“高端”的醫(yī)生，它們通過接收人體信號(hào)，對人體信息進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)疾病的診斷和防治。

生物醫(yī)學(xué)傳感器好比人的五官，人通過五官，即眼（視覺）、耳（聽覺）、鼻（嗅覺）、舌（味覺）和四肢（觸覺）感知和接受外界信息，然后通過神經(jīng)系統(tǒng)傳遞給大腦進(jìn)行加工處理。傳感器則是一個(gè)測量控制系統(tǒng)的“電五官”，他感測到外界的信息，然后送給系統(tǒng)的處理器進(jìn)行加工處理。如果一個(gè)系統(tǒng)沒有傳感器，就相當(dāng)于人沒有五官。

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，也是近年來迅速發(fā)展的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的一個(gè)重要的應(yīng)用方面，正是由于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)工程的緊密結(jié)合，才使得我們在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)特征的檢測、提取及臨床應(yīng)用上有了新的手段，因而也幫助我們加深了對人體自身的認(rèn)識(shí)。

生物醫(yī)學(xué)傳感器的認(rèn)識(shí)

一、定義

我們定義：傳感器是能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件或裝置。傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路組成。也可把傳感器狹義地定義為：能把外界非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件或裝置。

二、分類

生物醫(yī)學(xué)傳感器是一類特殊的電子器件，它能把各種被觀測的生物醫(yī)學(xué)中的非電量轉(zhuǎn)換為易觀測的電量，擴(kuò)大人地感官功能，是構(gòu)成各種醫(yī)療分析和診斷儀器與設(shè)備的關(guān)鍵部件。我們將生物醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)中常用的傳感器按被觀測的量劃分為以下三類：

（1）物理傳感器：用于測量和監(jiān)護(hù)生物體的血壓、呼吸、脈搏、體溫、心音、心電、血液的粘度、流速和流量等物理量的檢測。

（2）化學(xué)傳感器：用于生物體中氣味分子，體液（血液、汗液、尿液等）中的PH值，氧和二氧化碳含量（pO2、pCO2），Na+、K+、Ca2+、Cl-以及重金屬離子等化學(xué)量的檢測。

（3）生物傳感器：用于生物體中組織、細(xì)胞、酶、抗原、抗體、受體、激素、膽酸，乙酰膽堿、五羥色胺等神經(jīng)遞質(zhì)，DNA與RNA以及蛋白質(zhì)等生物量的檢測。

傳感器按尺寸劃分有：常規(guī)傳感器（毫米級(jí)，可用于組織檢測），微型傳感器（微米級(jí)，可用于細(xì)胞檢測）和納米傳感器（納米級(jí)，可用于細(xì)胞內(nèi)檢測）。

三、對傳感器的性能要求：

（1）有較高的靈敏度和信噪比。

靈敏度高時(shí)，輸入較小的信號(hào)即可產(chǎn)生較大的輸出信號(hào)。傳感器輸出信號(hào)電壓與噪聲電壓之比稱為信噪比。信噪比越高，說明獲得的有用的輸出信號(hào)就越大，信噪比越小，信號(hào)與噪聲越難分辨，嚴(yán)重時(shí)將出現(xiàn)信號(hào)被噪聲淹沒的現(xiàn)象，無法獲得有用的信號(hào)，測量無效。

（2）有良好的線性和較高的響應(yīng)速度

線性好是指傳感器的輸出信號(hào)在規(guī)定的工作范圍內(nèi)與輸出信號(hào)成比例關(guān)系，而不產(chǎn)生信號(hào)非線性失真。響應(yīng)速度快表明輸出和輸入的延遲時(shí)間短、實(shí)時(shí)性好。

（3）重復(fù)性、一致性和選擇性好

重復(fù)性好是指傳感器反復(fù)使用，其性能不變。一致性好是指傳感器的互換性強(qiáng)，在生產(chǎn)與修理中尤為重要。選擇性好是指傳感器只對確定目標(biāo)的變量有響應(yīng)，不受其他變量的影響。

（4）化學(xué)、物理性能好

傳感器必須與人體的化學(xué)成分相容，既不會(huì)腐蝕也不會(huì)給人體帶來毒性。傳感器的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)與待測部位的解剖結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，對被測對象的影響要小，使用時(shí)應(yīng)不損傷組織。

（5）電氣安全性好

傳感器要與人體有足夠的電絕緣，即使在傳感器損傷的情況下，人體收到的電擊也應(yīng)在安全之下。

（6）操作性好

傳感器應(yīng)操作簡單、維護(hù)方便、便于消毒。

生物醫(yī)學(xué)傳感器的意義

隨著生物傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，生物傳感器必將在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域掀起一股熱潮。

（1）生物傳感器采用固定化生物活性物質(zhì)作催化劑，價(jià)值昂貴的試劑可以重復(fù)多次使用，克服了過去酶法分析試劑費(fèi)用高和化學(xué)分析繁瑣復(fù)雜的缺點(diǎn)。因此，這一技成本低，在連續(xù)使用時(shí)，每例測定僅需要幾分錢人民幣，術(shù)在很大程度上減輕病患醫(yī)療費(fèi)用上的負(fù)擔(dān)。（2）生物傳感器專一性強(qiáng)，只對特定的底物起反應(yīng)，而且不受顏色、濁度的影響，準(zhǔn)確度高，一般相對誤差可以達(dá)到1％；分析速度快，可以在一分鐘得到結(jié)果。因此，這一技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上不僅提高了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，更是縮短了整個(gè)過程所需的時(shí)間，進(jìn)一步提供了救治病人的先機(jī)。

（3）操作系統(tǒng)比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。在臨床中，許多操作對于病患來說是痛苦的，若能很好的利用生物傳感器的這一特點(diǎn)，我相信將為他們減少很多的痛苦。

當(dāng)前各種利用生物傳感技術(shù)開發(fā)的儀器也已問世，但是在應(yīng)用上還有許多技術(shù)需要深入研究。診斷各種疾病的醫(yī)用傳感器，還有待于引深研發(fā)，例如谷氨酸傳感器是一種穩(wěn)定的脫氫酶、轉(zhuǎn)氨酶、血氨的指示性傳感器，它在臨床急癥室等許多場合可取代光度法測定，有潛在應(yīng)用前景；測定胸外科病人乳酸指標(biāo)的生物傳感器也已開始應(yīng)用,與腎透析聯(lián)用的幾種生物傳感器也有產(chǎn)業(yè)化開發(fā)價(jià)值。今后這些生物傳感器將逐漸得到普及，給廣大病患帶來更多的福音。

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)有一維、二維之分一般而言, 將一維信號(hào)稱為信號(hào), 二維信號(hào)稱為圖像自然界廣泛存在的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是連續(xù)的, 由于計(jì)算機(jī)巨大的計(jì)算能力, 一般先用轉(zhuǎn)換器將

連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào), 然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)用各種方法編制成的軟件進(jìn)行分析處理限于篇幅, 這里只論一維生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理方法。

信號(hào)處理的領(lǐng)域是相當(dāng)廣泛而又深人的, 已在不同程度上滲透到幾乎所有的醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域從預(yù)防醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)到臨床醫(yī)學(xué), 從醫(yī)療、科研到健康普查, 都已有許多成功的例子如心電圖分析, 腦電圖分析, 視網(wǎng)膜電圖分析, 光片處理, 圖像重建, 健康普查的醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì), 疾病的自動(dòng)診斷, 細(xì)胞、染色體顯微圖像處理, 血流速度測定, 生物信號(hào)的混沌測量等等。

一、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)特點(diǎn)

（1）信號(hào)弱：直接從人體中檢測到的生理電信號(hào)其幅值一般比較小。如從母體腹部取到的胎兒心電信號(hào)僅為10～50μV，腦干聽覺誘發(fā)響應(yīng)信號(hào)小于1μV，自發(fā)腦電信號(hào)約5～150μV，體表心電信號(hào)相對較大，最大可達(dá)5mV。

因此，在處理各種生理信號(hào)之前要配置各種高性能的放大器。

（2）噪聲強(qiáng)：噪聲是指其它信號(hào)對所研究對象信號(hào)的干擾。如電生理信號(hào)總是伴隨著由于肢體動(dòng)作、精神緊張等帶來的干擾，而且?；煊休^強(qiáng)的工頻干擾；誘發(fā)腦電信號(hào)中總是伴隨著較強(qiáng)的自發(fā)腦電；從母腹取到的胎兒心電信號(hào)常被較強(qiáng)的母親心電所淹沒。這給信號(hào)的檢測與處理帶來了困難。

因此要求采用一系列的有效的去除噪聲的算法。

（3）頻率范圍一般較低：經(jīng)頻譜分析可知，除聲音信號(hào)（如心音）頻譜成分較高外，其它電生理信號(hào)的頻譜一般較低。如心電的頻譜為0.01～35Hz，腦電的頻譜分布在l～30Hz之間。

因此在信號(hào)的獲取、放大、處理時(shí)要充分考慮對信號(hào)的頻率響應(yīng)特性。

（4）隨機(jī)性強(qiáng)：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是隨機(jī)信號(hào)，一般不能用確定的數(shù)學(xué)函數(shù)來描述，它的規(guī)律主要從大量統(tǒng)計(jì)結(jié)果中呈現(xiàn)出來，必須借助統(tǒng)計(jì)處理技術(shù)來檢測、辨識(shí)隨機(jī)信號(hào)和

估計(jì)它的特征。而且它往往是非平穩(wěn)的，即信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征（如均值、方差等）隨時(shí)間的變化而改變。這給生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理帶來了困難。

因此在信號(hào)處理時(shí)往往進(jìn)行相應(yīng)的理想化和簡化。當(dāng)信號(hào)非平穩(wěn)性變化不太快時(shí)，可以把它作為分段平穩(wěn)的準(zhǔn)平穩(wěn)信號(hào)來處理；如果信號(hào)具有周期重復(fù)的節(jié)律性，只是周期和各周期的波形有一定程度的隨機(jī)變異，則可以作為周期平穩(wěn)的重復(fù)性信號(hào)來處理。更一般性的方法是采用自適應(yīng)處理技術(shù)，使處理的參數(shù)自動(dòng)跟隨信號(hào)的非平穩(wěn)性而改變。

二、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測方法

（1）AEV方法

AEV方法原是通信研究中用于提高信噪比的一種疊加平均法, 在醫(yī)學(xué)研究中也叫平均誘發(fā)反應(yīng)法,簡稱方法所謂誘發(fā)反應(yīng)是指肌體對某個(gè)外加刺激所產(chǎn)生的反應(yīng),AEV方法常用來檢測那些微弱的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)如希氏束電圖、腦電圖、耳蝸電圖等希氏束電圖的信號(hào)幅度僅一拼, 它們在用丫方法檢測出之前, 幾乎或完全淹沒在很強(qiáng)的噪聲中, 這些噪聲包括自發(fā)反應(yīng), 外界干擾, 儀器噪聲方法要求噪聲是隨機(jī)的, 并且其協(xié)方差為零, 信號(hào)是周期或可重復(fù)產(chǎn)生的, 這樣經(jīng)過平方次疊加, 信噪比可提高N倍, 使用方法的關(guān)鍵是尋找疊加的時(shí)間基準(zhǔn)點(diǎn)。

（2）生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的混沌測量

傳統(tǒng)的測量技術(shù)以線性方法為主, 強(qiáng)調(diào)的是穩(wěn)定、平衡和均勻性而非線性系統(tǒng)是在不穩(wěn)定、非平衡的狀態(tài)中提取信息、處理信息, 從而顯示它特有的優(yōu)點(diǎn)混沌用于測量閉可以說是一種嘗試, 也許人們很難想象一個(gè)極不穩(wěn)定的混沌系統(tǒng)能進(jìn)行精確的測量, 可是生物的感覺器官就是極不穩(wěn)定的混沌系統(tǒng), 其檢測靈敏度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前的科技水平, 這是一個(gè)全

混沌系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是初值敏感性和參數(shù)敏感性, 即所謂蝴蝶效應(yīng)混沌測量的基本思路就是把蝴蝶效應(yīng)倒過來應(yīng)用將敏感元件作為混沌電路的一部分, 其敏感參數(shù)隨待測量變化而變化, 并使系統(tǒng)的混沌軌道變化, 測出餛沌軌道的變化就可得到待測量, 這是一種不同于傳統(tǒng)測量的新方法。

三、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理方法

簡單的信號(hào)處理是建立在線性時(shí)不變系統(tǒng)理論基礎(chǔ)上的，這種理論只適用于平穩(wěn)信號(hào)的處理，非平穩(wěn)信號(hào)是多種多樣的。其中有一種是均值緩慢變化而方差不變的信號(hào)。由于生物體對處界刺激的適應(yīng)能力，生物體在接受外界刺激的適應(yīng)過程中產(chǎn)生的生物信號(hào)就具有這樣的特點(diǎn)。均值變化的規(guī)律稱為趨勢函數(shù)，一旦從這類信號(hào)中除去趨勢函數(shù)，信號(hào)就變成了平穩(wěn)的。因而在分析這種信號(hào)時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行消除趨勢函數(shù)處理；另一類非平穩(wěn)的信號(hào)可近似地看成是分段平穩(wěn)的。腦電信號(hào)常具有這個(gè)特點(diǎn)，因?yàn)槟X電信號(hào)隨著精神狀態(tài)的改變而改變，造成逐段平穩(wěn)的狀態(tài)。在處理這類信號(hào)的第一步是把它正確地分段，使它的每一段都可以認(rèn)為是平穩(wěn)的，再用平穩(wěn)信號(hào)處理方法處理它們。

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及與發(fā)展，以及數(shù)字處理方法的通用性和靈活性，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)己成了信號(hào)處理技術(shù)的主流。為了進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，必須在正式處理前先把模擬信號(hào)時(shí)間離散化、量化。在數(shù)字信號(hào)處理中已經(jīng)指出，采樣導(dǎo)致信號(hào)頻譜的周期延托，周期延拓結(jié)果造成頻譜混疊。對一個(gè)頻帶寬度有限的信號(hào)，只要采樣頻率大于信號(hào)最高頻率的兩倍，就可以避免這種頻譜混疊。然而，實(shí)際信號(hào)的頻譜并不像理想的那樣，在高于某個(gè)最高頻率的區(qū)域上幅度就截然變?yōu)榱悖皇潜容^小而已。因此，采樣定理只能近似地滿足，實(shí)際頻譜混疊仍然存在。為了克服這個(gè)問題，必須在采樣以前，將信號(hào)通過一個(gè)高頻抑制能力較理想的低溫濾波器(稱為抗混迭濾波器)進(jìn)行限帶濾波處理。

根據(jù)信號(hào)處理系統(tǒng)任務(wù)要求，有時(shí)在取得信號(hào)后，不需立即得到處理結(jié)果，這時(shí)就可以來用離線處理。大多數(shù)情況下，要求處理結(jié)果在采集同時(shí)或采集結(jié)束后立即得到，就要用實(shí)時(shí)的或在線的處理方法。在實(shí)時(shí)和在線的處理中，處理(運(yùn)算)速度要足夠快，占用內(nèi)存空間也有一定限制，均比離線處理要求高，有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)足夠快的處理速度，不得不采用專用的硬件處理器。

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《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》 電子科技大學(xué)出版社 李凌 饒妮妮 著