传感器的信号调节技术 电路, 表达式

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对三运放I A 结构可以做一个类似的分析( 图5) 。同样， 省略对三运放IA以及前述项的严谨全电路分析，双运放IA的结果也很好地适用在这里，即，为获得最大动态范围，输出基准电压要设定在AMP1和AMP2的输出电压摆幅的中间(式1)。
电路增益的表达式与双运放IA形式相同(式2)。测得的电路输出电压是针对VREF，VREF设计在AMP1 和AMP2的输出电压摆幅中间；而可以加给三运放IA的最大差分输入电压则由式2决定。

另一个实际例子中，设计者采用了一只Touchstone半导体公司的TS10040.6μA四运放，搭建一个2.5V电源、增益为50的三运放IA。从TS1004的数据表中可查到其在100kΩ负载时的VOH(MIN)和VOL(MAX)规格分别为2.498V和0.001V。用式1，输出级由一个为(2.498V+0.001V)/2=1.249V的VREF偏置， 以获得最大输出动态范围， 避免输出级的饱和。在所述50 增益时， 为避免输出级饱和而能够施加的最大差分输入电压为( 2.498V + 0.001V )/( 2×50 )，约25mV。

能量采集

凌利尔特公司电源产品营销总监TonyArmstrong描述了用可再生能源为远程无线结点供电的情况，只要有正确的采集、电源管理与电池充电设备，就可以高效地获得能源(见附文：“无线传感器网络采集更多真实数据服务于更多公用事业设施”)。可再生能源正在为能源转换和现有能源的更高效使用提供广泛的机会，也为能源采集器件提供了一个机会，帮助为无线传感器网络提供电能。这些无线传感器已普遍用于楼宇自动化和前瞻性维护应用。

Armstrong指出，能源采集的传统方式是通过太阳能电池板和风力发电机，但新出现的能源采集工具能够从各种环境源中产生电能。例如，热电发电机将热能转化为电能，压电元件转换机械振动，光伏电池转换太阳光(或任何光子源)，而电化法是从湿度获得能量。这样就能够为远处的传感器提供电源，或为某种存储设备充电，如电容或薄膜电池。于是，远方地点的微处理器或发射器就有电能供应，而无需在当地设立电源。





凌利尔特公司的能源采集产品提供了各种解决方案(表1)。各系列产品的规格各不相同，但该公司大力宣传的是小于6μA、最低可至450nA的典型静态电流，起动电压低至20mV，输入电压能够达到连续34V，40V瞬态，还能处理交流输入，具有多输出能力和自动的系统电源管理功能，自动极性转换，对太阳能输入的最高功率点控制，可从小到1度温差中获取能源的能力，以及紧凑的解决方案体积。

由于太阳能的功率是变化不定的，几乎所有太阳能供电设备都要使用可充电电池。显然，其目标是获得尽可能多的太阳能源，为这些电池快速充电，以维持它们的充电状态。

虽然太阳能电池天生就是转换效率低的设备，但它们也有一个最大输出功率点，因此在这个点上工作就是一个明确的设计目标。Armstrong发现，问题是最大输出功率的IV特性会随光照而改变。单晶硅太阳能电池的输出电流与光强度成正比，而在最大功率输出时的电压却相对恒定。确定光强度下的最大功率输出发生在每个曲线的拐点处，此时，太阳电池从一个恒压设备转变为一个恒流设备(图6)。





因此，一个能从太阳能板高效获得能量的充电器设计，必须能在光照水平无法满足充电器满功率需求时，将太阳能板的输出电压控制在最大功率点。凌利尔特公司针对太阳能应用的LT3652多化学种类2A电池充电器采用了一个输入稳压回路，通过一个简单的分压网络，当输入电压跌到一个预设的电平以下时，会减小充电电流。当用太阳能板供电时，输入稳压回路可将太阳能板维持在接近峰值输出水平。
集成的AFE方案

完整的传感器解决方案需要解决传感器驱动与输出需求、采样速率、信号路径校正、性能、传感器诊断，以及功耗需求等问题。简化开发周期以及减少开发时间，可能意味着更快地进入市场，每年做出更多的设计。不过， 大多数现行方案只解决了其中少数问题， 用分立元件开发既耗时又复杂。

德州仪器公司的可配置传感器AFE ( 模拟前端) IC 与WebenchSensor AFE Designer是一个集成化软硬件开发平台的组成部分，工程师可以用它来选择传感器， 设计并配置解决方案， 然后几分钟之内就能下载配置。工程师可以在线或在工作台上立即评估整个信号路径解决方案。





在食品加工、水质量管理以及化学处理等行业的精确pH值测量中面临着一些设计挑战， 包括极端温度变化、高输出阻抗、偏移以及漂移等。TI称它的LMP91200可配置AFE提供了一个集成pH传感器的AFE电路，可与所有现有pH传感器连接，是传感器与微处理器之间的桥梁( 图7)，它以一个集成化的小尺寸解决了这些设计挑战。





另外， TI 的LMP91050NDIR( 非分光红外) 气体检测AFE 也支持多个温差电堆传感器，用于NDIR检测、室内空气质量监测、按需控制的通风、HVAC、饮酒呼气分析、温室气体监测， 以及氟里昂检测等(图8)。
附文：无线传感器网络采集更多真实数据服务于更多公用事业设施

无线传感器网络( WSN )正在改变信息收集的方式，使我们更容易从现实世界获取更多的数据。部署一个有线传感器网络的成本通常是传感器本身成本的10~10 0 倍。据凌利尔特公司尘埃网产品部集团总裁Joy Weiss称，WSN的实际价值在于，你可以把一只传感器放到任何地方，不仅是已经有电源线和通信线路的地方，还包括任何想要测量或为一个系统增加控制点的地方。




Weiss举了下面这些因WSN而实现的应用例子：

Vigilent根据其M3闭路控制技术，提供智能能源管理系统，用于数据中心、电信公司以及大型商用建筑。为了收集整个数据中心必要的温度和湿度数据，传感器要做广泛和高密度的分布。然而，对数据中心来说，对通信布线和电源布线做翻新是不现实的，成本高昂。Vigilent采用无线传感器结点解决了这些问题。Vigilent为自己的产品选择了凌利尔特公司的DustNetworks SmartMesh解决方案，认为它是低功耗、高可靠性和强大安全性的关键成功要素。

Emerson Process Management帮助实现化学品、油气、炼油、纸浆造纸、电力、水与废水处理、金属采矿、食品饮料、生命科学以及其它行业的生产、加工和配送的自动化。Emerson的Smart Wireless产品与解决方案基于IEC 62591无线标准，采用了凌利尔特/Dust的SmartMeshWirelessHART产品，扩展了预测智能，超出了以前的物理与经济性范围。

Streetline为城市、车库、机场、大学以及其它泊车商提供智能泊车解决方案(如图所示)，目标是通过采用传感器的移动与Web应用，使智能城市成为现实。Streetline需要一个足够强健的无线网络解决方案，它能在严酷和动态变化的街面情况下工作，街道可能既广又密，可能数年时间不能更换电池。Streetline的智能泊车解决方案在一个覆盖整个好莱坞/洛杉矶区的无线网格网络中采用了凌利尔特/Dust的SmartMesh技术。人行道里预埋的无线传感器可跟踪空出来的泊车位,然后将信息以无线方式发送给智能手机用户。

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