传感器选型专题→工控系统对传感器信号的要求

工业上称重传感器的模拟量一般都是标准的0~10V、0~5V、0~20ma、4~20ma，模块采集模拟量以后会对应一个数字量，比如0~10V对应0~65535，那就可以根据这个数字量的大小值来判断外面这个模拟量的大小了，模拟量输出正好反过来，在PLC里面给出一个数字量，然后在模块的端子上输出一个模拟量。

我们传感器本身是mV信号输出，举个例子,

假定某称重传感器标定输出灵敏度为2.0mV/V

(当传感器受力为额定值时，其输出电压与激励电压的比值)

激励电压为10V

输入电阻为500Ω

输出电阻为500Ω

量程为1000N

在使用过程中我们测得其输出为10mV，此时计算其输出电流应该是0.02mA

作为模拟量输出来说，10mV电压信号或0.02mA电流信号，并不能被我们的工控系统直接用来作为输入信号来控制后端设备。

所以，我们在选用传感器作为一个反馈控制部件时，要考虑后期设备对输入信号的要求，即——传感器输出是否要经过信号调理电路，将信号放大或经过压频转换成为0~10V或0~5V、0~20ma或4~20ma，或其他频率信号等能被工控系统读取的模拟量。

放大器，或变送器能解决这一问题。

模数转换的过程

对于电脑及其他数据采集板卡或数显仪表，要读取从放大器输出来的信号或是直接读取传感器输出信号来显示成数字量，那么必须要经过的就是模数转换模块，还有电脑在控制继电器或其他开关量输入的器件过程中数字信号要经过解码转换成模拟信号，即一下两个过程。

1. 数模转换器

是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。

根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱（即Sa函数）的乘积。这样，用Sa函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。

一般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波（Sa函数和理想低通）可以合并（级联），并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。

2. 模数转换器

是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。

模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器， 使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。

上海耐创测试技术有限公司

2023年8月28日