测控系统总体设计技术

1、测控系统总体设计技术测控系统总体设计技术 测控系统总体设计是一个战略性测控系统总体设计是一个战略性的工作，它的优劣直接影响到测控系的工作，它的优劣直接影响到测控系统和仪器的性能和使用，总体设计不统和仪器的性能和使用，总体设计不合理可能制造出后不久就被淘汰，缺合理可能制造出后不久就被淘汰，缺乏竞争力，所以总体设计是创造性的乏竞争力，所以总体设计是创造性的工作，特别是现代测控系统，是光、工作，特别是现代测控系统，是光、电、机、液、气、计算机技术的综合。电、机、液、气、计算机技术的综合。测控系统总体设计概述测控系统总体设计概述n设计方法概述设计方法概述 传统工程设计中，将设计过程划分为：方传统工程设

2、计中，将设计过程划分为：方案设计、技术设计和工艺设计。案设计、技术设计和工艺设计。 现代工程设计中，将设计过程划分为：产现代工程设计中，将设计过程划分为：产品规划、制造、检测、试验、营销、运行、品规划、制造、检测、试验、营销、运行、维护、报废、回收等全过程的全方位设计。维护、报废、回收等全过程的全方位设计。 从设计的过程和方法看，特点如下：从设计的过程和方法看，特点如下：（1）设计是一种工程活动）设计是一种工程活动（2）设计是一种创造性的智力活动）设计是一种创造性的智力活动（3）设计是一个综合、决策、迭代、）设计是一个综合、决策、迭代、寻优的过程寻优的过程 从设计任务的要求来划分，通常有三从设

3、计任务的要求来划分，通常有三种不同类型的设计：种不同类型的设计：（1）开发性设计）开发性设计（2）适应性设计）适应性设计（3）变型设计）变型设计n测控系统设计过程的划分测控系统设计过程的划分 1、根据工作对象的性质来划分、根据工作对象的性质来划分（1）行为描述和设计（功能描述）行为描述和设计（功能描述）（2）结构描述和设计（行为映射为结构模块）结构描述和设计（行为映射为结构模块）（3）物理描述和设计（结构映射为物理实现）物理描述和设计（结构映射为物理实现） 2、根据工作特点来划分、根据工作特点来划分（1）分析设计任务）分析设计任务（2）总体设计）总体设计（3）在专家评审的基础上优化总体设计）在

4、专家评审的基础上优化总体设计（4）详细技术设计）详细技术设计（5）组装调试样机）组装调试样机（6）修改优化设计）修改优化设计（7）整理归档）整理归档n总体设计及其内容总体设计及其内容 包括设计任务分析、功能的规划、技术指包括设计任务分析、功能的规划、技术指标、经济指标、可靠性指标的确定，工作标、经济指标、可靠性指标的确定，工作原理、测量方案的选择，结构布局造型设原理、测量方案的选择，结构布局造型设计，模块划分与相互接口设计、人机界面计，模块划分与相互接口设计、人机界面设计，供电与功耗设计，电磁兼容设计以设计，供电与功耗设计，电磁兼容设计以及通信与对外接口设计等内容。及通信与对外接口设计等内容。

5、测控系统设计需求分析测控系统设计需求分析“需求需求”是用户想要的非形式化的描述，用是用户想要的非形式化的描述，用户的需求分功能性需求和非功能性需求两种。户的需求分功能性需求和非功能性需求两种。功能性需求说明了要设计的系统必须能做什功能性需求说明了要设计的系统必须能做什么，例如测量某物理量的量值；非功能性需么，例如测量某物理量的量值；非功能性需求是指设计系统的技术指标，包括测量量程、求是指设计系统的技术指标，包括测量量程、准确度、物理尺寸、重量、价格、功耗、设准确度、物理尺寸、重量、价格、功耗、设计进度、可靠性等。计进度、可靠性等。n设计任务分析设计任务分析1、对设计任务的要求、对设计任务的要求

6、（1）正确性）正确性（2）无二义性）无二义性（3）完整性）完整性（4）可检验性）可检验性（5）一致性）一致性（6）可修改性）可修改性（7）可溯源性）可溯源性n设计任务分析设计任务分析2、设计任务分析的内容、设计任务分析的内容（1）了解仪器的功能用途）了解仪器的功能用途（2）了解被测控参数的特点）了解被测控参数的特点（3）了解被测控参数载体的特点）了解被测控参数载体的特点（4）了解仪器的使用条件和环境）了解仪器的使用条件和环境（5）了解国内外同类产品）了解国内外同类产品（6）应考虑设计的其他影响因素）应考虑设计的其他影响因素（7）了解国内外的加工工艺水平以及关键元）了解国内外的加工工艺水平以及关

7、键元器件的生产销售情况器件的生产销售情况n功能规划和指标确定功能规划和指标确定n调试仪器仪表的组成及使用调试仪器仪表的组成及使用 电子测量仪器总体分为专用仪器和通用仪电子测量仪器总体分为专用仪器和通用仪器两大类。器两大类。 专用仪器为一个或几个产品而设计，可检专用仪器为一个或几个产品而设计，可检测该测该 产品的一项或多项参数，例如电视信产品的一项或多项参数，例如电视信号发生器、电冰箱性能测试仪等。号发生器、电冰箱性能测试仪等。 通用仪器为一项或多项电参数的测试而设通用仪器为一项或多项电参数的测试而设计，可检测多种产品的电参数，例如示波计，可检测多种产品的电参数，例如示波器、函数发生器等。器、函

8、数发生器等。 对通用仪器，一般按功能又可细分为以下对通用仪器，一般按功能又可细分为以下几类几类： 信号产生器信号产生器 电压表及万用表电压表及万用表 信号分析仪器信号分析仪器 频率时间相位测量仪器频率时间相位测量仪器 元器件测试仪元器件测试仪 电路特性测试仪电路特性测试仪 其他仪器，用于和上述仪器配合使用的辅其他仪器，用于和上述仪器配合使用的辅助仪器助仪器各种测试仪器按显示特性各种测试仪器按显示特性可分为以下三类：可分为以下三类： 模拟式模拟式 数字式数字式 屏幕显示屏幕显示n在在调试调试（调调整、测整、测试试）流水作业线上，每）流水作业线上，每个调试工序（位）所需的仪器仪表，调试个调试工序（

9、位）所需的仪器仪表，调试工艺文件中都要明确的规定。操作者必须工艺文件中都要明确的规定。操作者必须按连接示意图正确接线，然后按调试工艺按连接示意图正确接线，然后按调试工艺卡要求完成调试。为了保证仪器仪表的正卡要求完成调试。为了保证仪器仪表的正常工作和测试结果的精度，应注意以下几常工作和测试结果的精度，应注意以下几个问题：个问题： 调试线上所用仪器仪表，都应经过计量并调试线上所用仪器仪表，都应经过计量并在有效期内（生产线上的测试仪器一般每在有效期内（生产线上的测试仪器一般每年进行一次计量年进行一次计量校准校准）。）。 为了保证测量精度，应满足测量仪器仪表为了保证测量精度，应满足测量仪器仪表的的使用

10、条件使用条件。对于需要预热的仪器仪表，。对于需要预热的仪器仪表，开始使用时应达到规定的预热时间。开始使用时应达到规定的预热时间。 仪器仪表在通电前要检查机械仪器仪表在通电前要检查机械校零校零，通电，通电后要进行电校零。在调试过程中，要选择后要进行电校零。在调试过程中，要选择合适的量程。合适的量程。调试与检测安全调试与检测安全n调试周围环境安全调试周围环境安全 调试场所除调试场所除整洁整洁外，要保持适当的外，要保持适当的温度温度和和湿度湿度，不应有剧烈的，不应有剧烈的振动振动和很强的和很强的电磁干电磁干扰扰，测试台及工作场地必须铺设，测试台及工作场地必须铺设绝缘胶垫绝缘胶垫。配备的配备的灭火器灭

11、火器应适应灭电气起火。应适应灭电气起火。n供电安全供电安全 调试场所应有调试场所应有漏电保护开关漏电保护开关和和过载保护开过载保护开关关，电源开关、电源线及插头插座必须符，电源开关、电源线及插头插座必须符合合安全用电要求安全用电要求，任何带点导体，任何带点导体不得裸露不得裸露。总电源开关，应放在明显且易于操作的位总电源开关，应放在明显且易于操作的位置，并设置相应的指示灯。置，并设置相应的指示灯。 注意注意交流调压器交流调压器的接法。调试中往往使用的接法。调试中往往使用交流调压器进行加载和调整试验。由于普交流调压器进行加载和调整试验。由于普通调压器输入与输出端不隔离，必须正确通调压器输入与输出端

12、不隔离，必须正确区分相线与零线的接法。区分相线与零线的接法。 在调试场所最好装备在调试场所最好装备隔离变压器隔离变压器，一方面可以保，一方面可以保证调试人员操作安全，另一方面防止检测设备故证调试人员操作安全，另一方面防止检测设备故障与电网之间相互影响。接入隔离变压器之后，障与电网之间相互影响。接入隔离变压器之后，再接调压器，则无论如何接线均可保证安全。这再接调压器，则无论如何接线均可保证安全。这是因为次级抽头对地是悬浮的，对地不能形成回是因为次级抽头对地是悬浮的，对地不能形成回路。所以单独接触次级的任一端对地都不会形成路。所以单独接触次级的任一端对地都不会形成放电的回路。但是如果将任意一端接地

13、放电的回路。但是如果将任意一端接地,另一端就另一端就是是“火线火线”(相对地是高电位相对地是高电位)，这时也是危险的。，这时也是危险的。另外另外,如果同时接触到两端也是会发生触电事故的。如果同时接触到两端也是会发生触电事故的。还有还有:如果隔离变压器的初次级绝缘不良也是很危如果隔离变压器的初次级绝缘不良也是很危险险,有可能使次级两端都变成有可能使次级两端都变成“火火”线。所以使用线。所以使用隔离变压器隔离变压器,最好是初次级不在同一个线包上。最好是初次级不在同一个线包上。几个必须记住的安全操作观念：几个必须记住的安全操作观念：1.1.不通电不等于不带电不通电不等于不带电断开电源开关不等于断开电

14、源，如图所示虽然开关处断开电源开关不等于断开电源，如图所示虽然开关处于于OFFOFF位置，但相关部分仍然带电，只有拔下电源插位置，但相关部分仍然带电，只有拔下电源插头才是真正断开电源头才是真正断开电源。2.2.对大容量高压电容只有进行放电操作后才是不带电对大容量高压电容只有进行放电操作后才是不带电调试技术调试技术 调试调试技术包括技术包括调整调整和和测试测试两部分：两部分： 调整：调整：主要是对电路的参数调整。一般是主要是对电路的参数调整。一般是对电路中可调元件，如电位器、电容器、对电路中可调元件，如电位器、电容器、电感等以及有关机械部分进行调整，使电电感等以及有关机械部分进行调整，使电路达到

15、预定的功能和性能要求。路达到预定的功能和性能要求。 测试：测试：主要是对电路的各项技术指标和功主要是对电路的各项技术指标和功能进行测量和试验，并同设计性能指标进能进行测量和试验，并同设计性能指标进行比较，以确定电路是否合格。行比较，以确定电路是否合格。 调整和测试是相互依赖、相互补充的，通调整和测试是相互依赖、相互补充的，通常统称为常统称为调试调试。在实际工作中，二者是一。在实际工作中，二者是一项工作的两个方面，测试、调整；再测试、项工作的两个方面，测试、调整；再测试、再调整；再调整；直到实现电路设计指标直到实现电路设计指标。调试时。调试时对前期的对前期的装配技术装配技术和和设计工作设计工作的

16、总检查，的总检查，各种缺陷和错误都会在调试中暴露和发现。各种缺陷和错误都会在调试中暴露和发现。调试有两种不同类型：调试有两种不同类型：1、产品调试：是电子产品生产过程中的一个工序，调试的质量直接影响产品的性能指标。产品调试有如下要点：正常情况下无原理性错误；元器件都已检测过，基本没有失效；由于是流水线作业，故障往往有一定的规律。产品调试流程产品调试流程2、样机调试：是产品研制和电子制造中的重要环节，对调试工作者理论和实际能力以及经验要求较高，一般是由技术人员自己完成。调试要点：充分估计装配差错（错装、桥接、虚焊等）；不可忽视的工艺欠缺（零件选用、印制板设计和制造、干扰等）；也要考虑原理设计问题

17、。调试要领：电源第一、先静后动、先分后合。整机检测：整机检测：产品检验一般分三阶段：零件入库检验、生产逐级检验、整机检验。整机检验包括指标检测、考机、环境试验。直接检测：外观完好、附件齐全、旋钮和按键灵活等。指标测试：产品的主要指标以及耐压、绝缘等。考机（老化）：带负荷长时间工作。环境试验： 模拟极限工作环境。 温度上下限温度试验424小时； 湿度一定湿度下放置412小时后测试： 振动和冲击 在专用振动台上振动一定时间后，再在冲击台上进行几十次冲击试验； 运输试验如在三级公路上行驶200km； 跌落试验由3080cm高度跌落在硬地面上，然后进行检测。故障检测方法故障检测方法采用适当的方法，查找

18、、判断和确定故障具体部位及其原因，是故障检测的关键。具体应用中要针对具体检测对象，交叉、灵活加以运用，并不断总结适合自己工作领域的经验方法，才能达到快速准确有效排除故障的目的。 n观察法观察法 通过人体感觉发现电子线路故障的方法。通过人体感觉发现电子线路故障的方法。观察法观察法静态观察法 (不通电观察法 )动态观察法 (通电观察法 )1、静态观察法：不通电的情况下，按照先外后内、循序渐进的顺序，静心凝神、仔细观察。打开机壳前，先检查外表，看有无碰伤、按键和插口电缆有无损坏、保险是否完好等；打开机壳后，看元件有无相碰、断线、烧坏等现象，然后用手和工具进一步检查。2、动态观察法：线路通电后，运用人

19、体视觉、嗅觉、听觉、触觉检查线路故障。 通电时最好采用隔离变压器并逐步加电，同时应使用仪器（电流、电压表）监视电路状态。通电后，注意看电路有无打火、冒烟等现象；听有无异常响声；闻有无烧焦、烧糊等异味；触摸一些管子、集成块是否发烫，发现异常立即断电。n测量法测量法电阻法、电压法、电流法、逻辑状态法、电阻法、电压法、电流法、逻辑状态法、波形法。波形法。测量法测量法电阻法 “在线”和“离线”两种方式电压法 交流和直流两种电压测量电流法 直接测量和间接测量逻辑状态法波形法1、电阻法：电阻法是利用万用表欧姆档测量电器的集成电路、晶体管各脚和各单元电路的对地电阻值，以及各元器件自身的电阻值来判断故障的一种检修方法。“在线”测量时，需要考虑被测元件受其它并联支路的影响，应对照原理图分析判断；正常所测的阻值会比元器件的实标标注阻值相等或小，不可能存在大于实标标注阻值，若是，则所测的元器件存在故障。“离线”测量又叫脱焊电阻