在電工，電子領(lǐng)域，我們經(jīng)常會遇到各種模擬量信號如電壓，電流，在大自然中更是有多種模擬量信號，如溫度，風(fēng)速，壓力，濕度，酸堿度，那么如何定義模擬量信號呢？在模擬電子技術(shù)中：是指用連續(xù)變化的物理量所表達的信息。

那么生活中我們有如何衡量這些模擬量信號呢？如溫度多少？壓力多大？風(fēng)速是多少？對于很多學(xué)習(xí)過模擬電子技術(shù)的同學(xué)，這個問題并不難理解。只需要A/D電路就可以實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)化。

模擬量介紹：

模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號需要經(jīng)過采樣、保持、量化與編碼四個基本步驟。前兩步由采樣保持電路完成，后兩步由A/D轉(zhuǎn)換電路完成。

采樣是對連續(xù)信號在時間上進行離散，即按照特定的時間間隔在原始的模擬信號上逐點采集瞬時值。采集到其瞬時值后要在原位置保持一段時間，這樣行成的鋸齒型波信號提供給后續(xù)信號量化。

對采集得到的離散信號進行量化是將特定幅度的信號轉(zhuǎn)化為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最小單位的整數(shù)倍，這個最小單位也被稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化單位。每個采樣值代表一次采樣所獲得模擬信號的瞬時幅度。通常量化單位都是2的倍數(shù)，量化位數(shù)越多，量化誤差就越小，量化得到的結(jié)果就越好。

對量化后的離散信號進行編碼是模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的最后環(huán)節(jié)，常見的采用并行比較A/D轉(zhuǎn)換電路，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)，通過借助一定的電路，可以將量化后的離散信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號。

最常見的模擬量是12位，及精度為2~12，當(dāng)然也有高精度的如16位的。

模擬量的優(yōu)點：

模擬信號的主要優(yōu)點是其精確的分辨率，與數(shù)字信號相比，模擬信號的信息密度更高。它的信號波形隨著信息的變化而變化，其特點是幅度連續(xù)(連續(xù)的含義是在某一取值范圍內(nèi)可以取無限多個數(shù)值)，由于不存在量化誤差，它可以對自然界物理量的真實值進行盡可能逼近的描述。

模擬信號的另一個優(yōu)點是，模擬信號處理比數(shù)字信號處理更簡單。模擬信號的處理可以直接通過模擬電路組件（例如運算放大器等）實現(xiàn)。

模擬量的缺點：

抗干擾能力差，信號在沿線路的傳輸過程中會受到外界的通信系統(tǒng)內(nèi)部的各種噪聲干擾，噪聲和信號混合后難以分開，從而使得通信質(zhì)量下降。線路越長，噪聲的積累也就越多。例如翻錄錄音帶、錄像帶，每翻錄一次，聲音、圖像質(zhì)量就差一次，原因就在于此。

可以使用接地屏蔽、線路良好接觸、使用同軸電纜或屏蔽雙絞線，甚至是光纖，可以在一定程度上緩解這些負面效應(yīng)。

模擬信號的保密性也差，尤其是微波通信和有線通信，容易被竊聽。只要收到模擬信號，就很容易得到通信的內(nèi)容。

模擬信號的數(shù)字化實現(xiàn)：

在現(xiàn)實的工業(yè)現(xiàn)場，人們常使用各種傳感器，變送器實現(xiàn)模擬量信號的采集轉(zhuǎn)換等功能。在工業(yè)現(xiàn)場常見的這類儀器儀表都有什么呢？

壓力變送器：是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號進行控制和遠傳的設(shè)備，常見的是電動信號的，它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號（如4~20mA電流信號，0-5V/0-10V電壓信號），以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。

溫度變送器：采用熱電偶、熱電阻作為測溫元件，從測溫元件輸出信號送到變送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的4～20mA電流信號0-5V/0-10V電壓信號。

液位變送器：是對壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，根據(jù)不同比重的液體在不同高度所產(chǎn)生壓力成 線性關(guān)系 的原理，實現(xiàn)對水、油及糊狀物的體積、液高、重量的準(zhǔn)確測量和傳送。當(dāng)然液位測量的方式很多，還有雷達液位計，超聲波液位計，磁翻板液位計，磁致伸縮液位計等等。這里不再累述，有需要了解的可以留言。

可燃氣體濃度變送器：是可燃氣體檢測儀是對單一或多種可燃氣體濃度響應(yīng)的探測器。可燃氣體檢測儀有催化型、紅外光學(xué)型兩種類型。催化型可燃氣體檢測儀是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來測定可燃氣體濃度。

顏色傳感器：顏色傳感器是一種傳感裝置，是將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色的裝置。當(dāng)兩個顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時，輸出檢測結(jié)果。

圖像傳感器：圖像傳感器是利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能。將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號。與光敏二極管，光敏三極管等“點”光源的光敏元件相比，圖像傳感器是將其受光面上的光像，分成許多小單元，將其轉(zhuǎn)換成可用的電信號的一種功能器件。圖像傳感器分為光導(dǎo)攝像管和固態(tài)圖像傳感器。與光導(dǎo)攝像管相比，固態(tài)圖像傳感器具有體積小、重量輕、集成度高、分辨率高、功耗低、壽命長、價格低等特點。因此在各個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。常用的有兩種：CCD是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件，CMOS則應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，它的優(yōu)點是制造成本較CCD更低，功耗也低得多。

以上介紹的只是各種傳感器/變送器中冰山一角，還有很多如濕度，風(fēng)速，重量，密度，流量，聲音等沒有介紹。

那么這些變送器/傳感器將模擬信號采集后，人們?nèi)绾潍@取到可以人類識別的信號呢。大部分這類設(shè)備帶有顯示單元，可以通過數(shù)字顯示具體的數(shù)據(jù)，如壓力變送器可以顯示具體的壓力值是多少kPa，溫度變送器顯示多少攝氏度，液位變送器顯示多少厘米/米高度等。

而在工業(yè)現(xiàn)場人們需要實時監(jiān)控這些數(shù)值的變化，以控制其他設(shè)備的運行或者報警，防止意外的發(fā)生。目前大部分設(shè)備處于經(jīng)濟性考慮，大部分都是提供模擬量信號輸出，我們可以通過其他二次數(shù)顯儀表，PLC（可編程控制器），DCS等進行數(shù)據(jù)的采集與顯示。

通常這些儀表輸出的電流或者電壓信號，工業(yè)現(xiàn)場常用標(biāo)準(zhǔn)是4～20mA電流信號和0-5V/0-10V電壓信號。因大部分信號需要遠傳，所以4～20mA是我們常用的信號類型。而0-5V/0-10V電壓信號主要作為接收。

而對于電流信號/電壓信號，在接線方式上還分為二線值，三線制，四線制，不同接線方式具有不同的作用。

如果對變送器多線制接線，PLC，DCS感興趣的朋友，可以繼續(xù)關(guān)注文章，下一節(jié)將詳細介紹相關(guān)知識點。