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单端输入与差分输入

单端输入

单端输入测量的是一根导线与地之间的电压差,然后将这个差值放大以提供输出。

然而,单端输入容易受到噪声的影响,因为承载信号的导线会吸收电背景噪声。此外,单端输入上的信号还可能受到地环路的影响。

例如,如果一个传感器导线靠近电源线(承载110V、60Hz的电流),它可能会受到来自该电源线的电磁场(EMF)噪声的影响。这种噪声可能会干扰信号的准确性,降低数据质量。


在这里,一个加速度计导线连接到Simcenter SCADAS移动前端,并安装在一个气罐上。一根电源线位于传感器导线上方。

下面的图形展示了导线上正在发生的事情。在左侧,我们看到导线(灰色框)和从侧面进入的电磁场(EMF,红色箭头)。在导线内部,我们看到了导线上的所需信号(紫色)和导线上的EMF(红色,60Hz)。在右侧,我们看到了导线的输出。


左侧:灰色框代表将传感器连接到Simcenter SCADAS前端的导线。紫色是所需信号,红色是电磁场(EMF)。右侧:输出(在Simcenter SCADAS数据采集系统上显示)系统由所需信号和噪声的叠加组成。右下角:输出的快速傅里叶变换(FFT):它由信号和噪声(60Hz)分量组成。因此,单端输入容易受到噪声的影响。

请记住,噪声是相对于信号水平的。当使用具有高输出电压的传感器(如加速度计)时,EMF噪声可能不会影响输出。但是,如果传感器的输出电压相对较低(如应变片),则噪声将对输出产生很大影响。

差分输入没有参考地。相反,差分输入在两根导线上承载信号,一根是(+)信号线,另一根是(-)信号线。请看下图。(+)和(-)信号线沿着电缆传输,而EMF则从电缆的一侧引入。


左侧的灰色框代表带有(+)和(-)信号线的导线。左侧的紫色波形是导线上的所需信号。红色波形是电磁场(EMF)噪声。红色箭头代表来自电源线的EMF。右侧的紫色波形是两根导线上信号相互抵消后的结果。

输出值是两根导线上信号之间的差异(共模抑制)。请注意,输出消除了噪声,并且所需信号加倍。这是因为(+)导线上的信号与(-)导线上的信号相反(因为(-)导线上的信号被乘以-1)。因此,通过从(+)信号线中减去(-)信号线,所需信号会加倍。每根导线上的感应EMF噪声是相同的(因为它从一侧进入)。通过取两根信号线之间的差异,可以消除大部分EMF噪声。

演示时间!

两个应变片被固定在同一根杆上,并连接到Simcenter SCADAS Mobile前端。一个应变片是全桥应变片(差分输入),另一个是四分之一桥应变片(单端输入)。


问题1:在时间域中,哪种应变片读数会包含更多噪声?是全桥应变片还是四分之一桥应变片?

问题2:当电源砖(110V,60Hz)靠近应变片导线时,哪种信号会更多地受到来自电源砖的电磁场(EMF)的影响?是全桥应变片信号还是四分之一桥应变片信号?

视频显示,四分之一桥应变片(单端)在时间域中的读数噪声要大得多。

四分之一桥应变片(单端)受电磁场(EMF)的影响也更大,而差分输入应变片则可以抑制噪声。

下面的图表显示了两个应变读数的快速傅里叶变换(FFT)。

60Hz的EMF及其谐波正在影响两个应变片信号的FFT。

仔细观察,我们可以发现全桥应变片上60Hz电源砖噪声的幅度远低于四分之一桥应变片。

单端输入受电源砖噪声的影响远大于差分输入。

使用差分输入是减少EMF噪声的好方法!

通道设置提示

想知道您的传感器是单端还是差分的吗?在通道设置中,添加耦合列(工具 --> 通道设置可见性)。根据您设置的InputMode,耦合将自动应用。全桥应变片是差分的,而半桥应变片、四分之一桥应变片和ICP传感器是单端的。

channel setup.png

如果您将InputMode设置为电压交流(AC)、电压直流(DC)或主动传感器,耦合将自动设置为单端。如果您使用的是差分传感器,则必须将耦合更改为差分。


http://www.mrgr.cn/news/19061.html

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