
【电】 differential-input measurement
微分输入测量(Differential Input Measurement) 指在电子测量系统中,通过同时采集两个输入端的电压信号并计算其差值来获取有效数据的方法。其核心在于消除共模干扰(如环境噪声),仅保留目标信号的差异分量,适用于高精度传感器读取、生物电信号检测等场景。
微分(Differential)
源于数学中的导数概念,表示函数变化率。在电子工程中,指对两个物理量(如电压)的差值进行测量,数学表达为:
$$
V{text{diff}} = V+ - V-
$$
其中 ( V+ ) 和 ( V_- ) 分别为正负输入端的电压值。
输入测量(Input Measurement)
指系统通过输入端口采集外部信号的过程,需结合信号调理电路(如仪表放大器)放大微弱的差分信号,同时抑制共模噪声。
衡量系统抑制共模干扰的能力,定义为差分增益与共模增益之比:
$$
text{CMRR} = 20 log{10} left( frac{A{text{diff}}}{A_{text{cm}}} right)
$$
单位dB,值越高抗干扰性越强(典型值≥100 dB)。
采用仪表放大器(如AD620)或差分ADC,通过对称电路设计降低温度漂移和电磁干扰影响。
心电图(ECG)通过差分测量提取毫伏级心电信号,抑制人体与设备间的50/60 Hz工频干扰。
应变片电桥输出差分电压,测量压力或形变时抵抗电机噪声干扰。
差分信号传输(如RS485)提升长距离数据传输的抗噪性。
IEEE 1057规范定义了差分测量的精度校准方法,涵盖ADC动态测试要求。
《电子测量技术》(清华大学出版社)指出微分输入是抑制共模噪声的核心设计策略(第4章)。
来源说明:
“微分输入测量”这一表述需要从“微分”的数学定义和其在测量技术中的应用两方面综合理解:
微分是微积分中的核心概念,表示函数在某一点处的线性近似。设函数 ( y = f(x) ),在点 ( x_0 ) 处,若增量 ( Delta y = f(x_0 + Delta x) - f(x_0) ) 可表示为: $$ Delta y = A Delta x + o(Delta x) $$ 其中 ( A ) 是与 ( Delta x ) 无关的常数,( o(Delta x) ) 是比 ( Delta x ) 高阶的无穷小量,则称 ( A Delta x ) 为函数在 ( x_0 ) 处的微分,记作 ( dy = A Delta x )。此时 ( A ) 即为导数 ( f'(x_0) )。
在工程和电子领域,微分输入测量通常指通过微分电路对输入信号的变化率进行检测:
“微分输入测量”可理解为通过微分运算或微分电路,对输入信号的变化率进行量化分析的过程。其核心是提取信号中的瞬时变化信息,广泛应用于传感器信号处理、控制系统反馈等场景。例如,监测温度变化速率时,微分电路可将温度传感器的输入信号转换为与温度变化速度成正比的输出信号。
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