平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书
2.2.2结构框图
电源变换供给电路信号输出电路测量电桥可编程信号放大A/D转换数据处理控制中心本机键盘电路瓦斯气体遥控接收数据显示与遥控信号处理LED显示
图2.1瓦斯传感器结构框图
2.3输出接口电路的设计方案
2.3.1传感器输出信号类型分析
在矿井监控系统中，被测物理量可分为开关量和模拟量两大类。开关量就是只取两种状态的物理量，如：采掘机、运输机、水泵、风机的开停等。开关量可以用电压的有无、电流的有无和极性等来表示，如图2.2开关量用电压有无表示 所示，我们称这种反映开关量状态的非编码信号为开关信号。开关量状态也可以用一组码字中的一位的取值（0 或l ）来表示，如图2.3所示，我们称这种反映开关量状态的编码信号为数字信号。一组编码的数字信号可以表示多个开关量。
图2.2开关量用电压有无表示
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图2.3数字信号表示开关量状态
模拟量如图2.4a可以也可以用数字编码所示，我们称这种反映模拟量大的编码来近似表示（存在量化误差），如图2.5 所示，我们称这种反映模拟量大小的编码信号为数字信号。
图2.4 模拟信号
图2.5 数字信号表示模拟量大小
数字信号和频率型模拟信号均用脉冲表示，但有以下根本区别：
( l ）数字信号的脉冲持续时间恒定不变（当传输速率一定时）；而频率型模拟信号的脉冲持续时间随着频率的增高而减小；
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平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 ( 2 ）数字信号采用脉冲编码表示数值大小，由于编码长度有限，因此数字信号表示模拟量大小存在量化误差；而频率型模拟信号的脉冲频率可以连续变化，因此频率型模拟信号可以准确表示模拟量大小；
( 3 ）数字信号不同位置的脉冲表示不同的数值；而频率型模拟信号的任何位置的脉冲均表示同一数值。
虽然数字信号表示模拟量大小存在量化误差，但当数字信号的字长较长时，其量化误差完全能够满足要求，例如字长为8 位的数字信号的量化误差小于1/256 。由于数字信号较模拟信号和开关信号具有许多优点，因此数字信号获得了越来越广泛的应用。矿用传感器输出信号宜采用数字信号，并应满足煤炭行业标准《 煤矿用信息传输装置》 的有关要求。
2.3.2模拟输出信号特点比较
模拟信号主要有电压型、电流型和频率型。 1 电压型
电压型模拟信号的电压随被测物理量变化而变化，如图2.6所示。电压型模拟信号一般为0-5V 。由于传感器输出的电压型模拟信号Uo 需经电缆传输至分站，如图2.7所示，因此分站输入的电压型模拟信号Ui受信号电缆长度、芯线直径、材质、接触电阻和负载电流I 的影响。若电缆环路电阻和接触电阻用R 表示，则分站输人的电压型模拟信号Ui 可用下式表示：
Ui＝Uo-RI
图2.6电压型模拟信号
( a ）被测物理量；( b ）电压型模拟信号
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图2.7 分站输入的电压型模拟信号
在实际应用中，为减小电缆长度、芯线直径、材质、接触电阻和负载电流I 对分站输入的电压型模拟信号的影响，通常在传感器的输出端串接一个可变电阻，通过调节这个可变电阻，使可变电阻值与电缆环路电阻和接触电阻之和为一个常数Rx，当负载电流I一定的情况下，电压降RxI为常数，则可通过补偿解决。但由于电缆长度和接触电阻受工作面搬迁和环境潮湿等影响，因此需要经常调整可变电阻，大大增加了维护工作量。因此电压型模拟信号不宜采用。 2 电流型
电流型模拟信号的电流随被测物理量变化而变化，如图2.8 所示。电流型模拟信号一般为1～5 mA （优选）和4～20mA （仅用于地面）。规定输出信号下限不为O ，是为了监测传感器的工作状态。因为当规定传感器输出信号下限不为0时，传感器在正常工作时，其输出信号不会为0 ；若出现传感器输出信号为0 的情况，则说明传感器工作不正常，发生了断线、停电、传感器故障等问题。
图2.8 电流型模拟信号
( a ）被测物理量；( b ）电流型模拟信号
传感器输出的电流型模拟信号也需经电缆传输至分站，如图2.9所示。但由于电流型模拟信号主要受电缆绝缘电阻所造成的漏电流从的影响，并且矿用电缆的绝缘电阻R 较大所造成的漏电流越大，因此分站输人的电流型模拟信号Ii受信号电缆长度、芯线
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平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 直径、材质、接触电阻、负载电阻的影响.
图2.9分站输入的电流型模拟信号
3 频率型
频率型模拟信号的频率随被测物理量变化而变化，如图2.10 所示。频率型模拟信号一般为200～1000HZ （优选），在整个频率范围内其正脉冲和负脉冲宽度均不得小于0.3ms 。频率型模拟信号的输出分有源和无源两种：
( 1 ）有源输出高电平电压应不小于＋3V （输出电流为2mA 时），有源输出低电平电压应不大于＋0.5v （输出电流为2mA 时）;
( 2 ）无源输出截止状态的漏电阻应不小于100kΩ时 ，无源输出导通状态的电压降应不大于＋0.5v （灌入电流为2mA 时）。规定输出信号下限不为0 ，也是为了监测传感器的工作状态。
图 2.10 频率型模拟信号
( a ）被测物理量； ( b ）频率型模拟信号
由于频率型模拟信号是用单位时间内脉冲个数表示被测物理量大小的，因此在判决门限允许的范围内，脉冲幅度的变化对频率型模拟信号的正确接收影响不大。因此，无论是电流脉冲还是电压脉冲受信号电缆长度、芯线直径、材质、接触电阻、负载电阻和电缆绝缘电阻的影响都很小，并且具有一定的抗电磁噪声能力。这是因为频率型模拟信号是用单位时间内脉冲个数表示被测物理量大小的，当频率型模拟信号在传输过程中受到干扰而发生增加脉冲或减少脉冲时，所带来的相对误差为单位时间内增减的脉冲数与
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