测控电路第一章绪论

中国计量学院测控电路朱维斌仰仪北[e-mail]中国计量学院第一章绪论第五节测控电路的发展趋势第四节测控电路的类型与组成第三节测控电路的输入信号与输出信号第二节对测控电路的主要要求第一节测控电路的功用第六节课程的性质、内容与学习方法中国计量学院第一节测控电路的功用明确以下问题：1、为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术？2、试举例说明测量与控制技术在生产、生活与各种工作中的广泛应用。3、测控系统由那几部分组成？中国计量学院第一节测控电路的功用测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器测量控制电路执行机构图1-1测控系统的组成中国计量学院第二节对测控电路的主要要求一、精度高二、响应快三、转换灵活四、可靠性高五、经济性好中国计量学院一、精度高影响测控电路精度的主要因素有哪些？其中哪几个因素是最基本的？1、噪声与干扰★2、失调与漂移，主要是温漂★3、线性度与保真度4、输入与输出阻抗的影响中国计量学院1.信号的选取和抗干扰能力（噪声与干扰）传感器输出信号反映被测参数情况的测量信号器件内部产生的外界干扰引起的其他伴随信号（载波、谐波、非表征被测参数）噪声信号为了保证精度：①仪器电路本身为低噪声——选用低噪声元件、合理选择参数②采用恰当的抗干扰措施——屏蔽、隔离、合理布线合理接地和电路本身的合理设计——尤其是前级电路③被测信号的调制与解调是电路信号选取、抗干扰的重要和常用措施之一④对伴随信号的分离与选择⑤采用高共模抑制比电路中国计量学院2.低漂移、高稳定性温漂：二极管与三极管由于温度的变化，会引起电路的漂移。表现为：仪器在一次运行中示值发生渐变。（预热）或者冬天和夏天示值不一样措施采用漂移小、经老化处理的元件采用温度负反馈、补偿措施采用自动稳零、自动定标、放大比校正电路规定环境温度和预热要求注意：大功率器件远离前级电路、安排好散热中国计量学院3.线性与保真度好线性度：输入与输出间具有线性关系。问题：为什么仪器电路中我们追求线性关系？非线性的时候怎么办？非线性影响精度么？保真度：从视听设备借用过来的概念，它要求记录下来的数据、图形保持测量原貌当然不仅要求线性度好，还要良好的幅频特性和相频特性。因为我们的原始信号具有不同的频谱成分。中国计量学院4.合适的输入与输出阻抗输出阻抗很高的传感器要求电路有很高的输入阻抗——场效应管、自举电路、电荷放大器前端电路后端电路R0Ri中国计量学院在机械量测试中，例如测定一些高频振动和高速回转轴系的高次谐波（例如1500次谐波），被测信号的频率可达107Hz以上。频率特性的要求看：有些仪器宽频带不失真信号选频特性频带抑制型（例如解调后抑制载波频率或二倍载波频率）电路要求在很大频带范围内选通某一频带的能力在很大频带范围内抑制另一频率范围的能力二、响应快——频率特性和响应速度快实时动态测量已成为测量技术发展的主要趋势中国计量学院三、转换灵活为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？1、模数转换与数模转换2、信号形式的转换直流交流电压电流信号大小频率幅值相位脉宽中国计量学院3、量程与分辨率①模拟式电测量仪②数字式量仪量程主要是由放大器动态工作范围决定量程受传感器线性范围的限制放大器动态工作范围的限制问题：要提高模拟式电测量仪的分辨率要怎么办？分辨率：——提高仪器分辨率有利于减少读数误差中国计量学院4.信号选取信号有用信号噪声5.信号的处理与运算非线性环节进行线性化处理和误差补偿等等加减乘除、求导、积分等电路中国计量学院四可靠性与经济性FPGACPLD异军突起中国计量学院第三节测控电路的输入信号与输出信号输入信号数字信号模拟信号输出信号数字信号模拟信号一、模拟信号1、非调制信号非调制模拟信号120xt电路简单无需解调，抗干扰差中国计量学院2.调制信号输入信号调制器输出信号m(t)调制波c(t)载波s(t)已调波几个重要概念：1、载波频率（carryingfrequency)2、载波信号（carryingsignal)3、调制信号（modulatingsignal)4、已调信号（modulatedsignal)5、调幅信号（amplitudemodulatedsignal)收音机中调频、调幅。长波、中波、短波。中国计量学院1.调幅信号调幅：——用调制信号x（被测量）去控制载波的振幅，使高频振幅按调制信号的规律变化例：用电感传感器测量工件轮廓形状usucx214图1-3用电感传感器测量工件轮廓形状3图1-4调幅信号c)ustuctb)a)OxtxOxO中国计量学院2.调频信号用调制信号（被测量）高频振荡的频率控制xtOOtusa)调制信号b)调频信号调频信号的波形中国计量学院3.调相信号用调制信号（被测量）高频振荡的相位控制干涉仪中a)b)c)txOttucusOO调相信号的波形中国计量学院4.脉冲调制信号用调制信号（被测量）脉冲的宽度控制调宽Ua)调制信号b)脉冲调宽信号txOxTBtO中国计量学院二、数字信号（一）增量码信号定义：被测量值——输出信号的变化周期成正比被测量值与传感器输出信号的变化周期成正比，量值大小由信号变化周期数增量决定。中国计量学院（二）绝对码信号被测量———一定的编码对应于1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001（三）开关信号只有0、1两个状态例如光电开关、继电器中国计量学院第四节测控电路的类型与组成一、测量电路的基本组成(一)模拟式测量电路的基本组成(二)数字式测量电路的基本组成二、控制电路的基本组成(一)开环控制(二)闭环控制中国计量学院电路传感器量程切换电路放大器解调器信号分离电路运算电路模数转换电路计算机显示执行机构振荡器电源图1-6模拟式测量电路的基本组成中国计量学院指令传感器电路传感器显示执行机构计算机锁存器计数器转换电路脉冲当量放大器整形电路细分电路手动采样锁存指令辨向电路图1-7增量码数字式测量电路的基本组成中国计量学院图1-8开环控制系统的基本组成测量电路控制电路扰动量传感器放大电路输出转换电路设定电路执行机构给定机构被控对象中国计量学院设定电路比较电路校正电路转换电路给定机构执行机构被控对象输出传感器扰动放大电路控制电路图1-9闭环控制系统的基本组成中国计量学院第五节测控电路的发展趋势优质化集成化系统设计观数字化通用化、模块化智能化中国计量学院第六节课程的性质、内容与学习方法传感器紧密相连的基本转换电路在《传感器》课程中讲授基础理论——《模拟电路》、《数字电路》自动控制理论、测控系统设计在《自动控制理论》、《光电仪器设计》中讲授微机基础知识——《单片机原理及其应用》朱维斌仰仪北50613588068692[e-mail]