测控电路第一章绪论

1、中国计量学院中国计量学院测测 控控 电电 路路v朱维斌朱维斌 仰仪北仰仪北506Z中国计量学院中国计量学院 第一章 绪论第五节第五节 测控电路的发展趋势测控电路的发展趋势第四节第四节 测控电路的类型与组成测控电路的类型与组成第三节第三节 测控电路的输入信号与输出信号测控电路的输入信号与输出信号第二节第二节 对测控电路的主要要求对测控电路的主要要求第一节第一节 测控电路的功用测控电路的功用第六节第六节 课程的性质、内容与学习方法课程的性质、内容与学习方法中国计量学院中国计量学院 第一节 测控电路的功用明确以下问题：v 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

2、开测量与控制技术？v 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。v 3、测控系统由那几部分组成？中国计量学院中国计量学院 第一节 测控电路的功用v 测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器传感器 测量控测量控 制电路制电路执行机构执行机构图1-1 测控系统的组成中国计量学院中国计量学院 第二节 对测控电路的主要要求v 一、精度高一、精度高v 二、响应快二、响应快v 三、转换灵活三、转换灵活v 四、可靠性高四、可靠性高v 五、经济性好五、经济性好中国计量学院中国计量学院 一、精度高一、精度高v 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？v 1、噪声

3、与干扰v 2、失调与漂移，主要是温漂v 3、线性度与保真度v 4、输入与输出阻抗的影响中国计量学院中国计量学院 1.信号的选取和抗干扰能力（噪声与干扰）信号的选取和抗干扰能力（噪声与干扰）传感器输出信号传感器输出信号反映被测参数情况的测量信号反映被测参数情况的测量信号器件内部产生的器件内部产生的外界干扰引起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）其他伴随信号（载波、谐波、非表征被测参数）噪声信号噪声信号为了保证精度：为了保证精度：仪器电路本身为低噪声仪器电路本身为低噪声选用低噪声元件、合理选择参数选用低噪声元件、合理选择参数采用恰当的抗干扰措施采用恰当的抗干扰措施屏蔽、隔离、

4、合理布线屏蔽、隔离、合理布线 合理接地和电路本身的合理设计合理接地和电路本身的合理设计尤其是前级电路尤其是前级电路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对伴随信号的分离与选择对伴随信号的分离与选择采用高共模抑制比电路采用高共模抑制比电路中国计量学院中国计量学院 2.低漂移、高稳定性低漂移、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。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）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

5、示值不一样或者冬天和夏天示值不一样措施措施采用漂移小、经老化处理的元件采用漂移小、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、安排好散热注意：大功率器件远离前级电路、安排好散热中国计量学院中国计量学院 3.线性与保真度好线性与保真度好线性度：输入与输出间具有线性关系。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？非线性影响怎么办

6、？非线性影响 精度么？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、图形保持测量原貌据、图形保持测量原貌 当然不仅要求线性度好，当然不仅要求线性度好，还要良好的幅频特性和相频特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性。因为我们的原始信号具有不同的频谱成分。不同的频谱成分。中国计量学院中国计量学院 4.合适的输入与输出阻抗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输出阻抗很高的传感器要求电路有很高的输入阻抗抗场效应管、自举电路、电荷放大器场效应管、自举电路、电荷放大器前端电路前端电路后端电路

7、后端电路R0Ri中国计量学院中国计量学院 v 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（例如15001500次谐波），被测信号的频率可达次谐波），被测信号的频率可达10107 7HzHz以上。以上。频率特性的要求看：频率特性的要求看：有些仪器宽频带不失真信号有些仪器宽频带不失真信号选频特性选频特性频带抑制型频带抑制型 （例如解调后抑制载波频率（例如解调后抑制载波频率或二倍载波频率）或二倍载波频率）电路要求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选通某一频带的能力在很大频带范围内抑制另一频率范

8、围的能力在很大频带范围内抑制另一频率范围的能力二、响应快二、响应快频率特性和响应速度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中国计量学院 三、转换灵活三、转换灵活v为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，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？它体现在哪些方面？1 1、模数转换与数模转换、模数转换与数模转换2 2、信号形式的转换、信号形式的转换直流直流交流交流电压电压电流电流信号大小信号大小频率频率幅值幅值相位相位脉宽脉宽中国计量学院中国计量学院 3 3、量程与分辨率、量程与分辨率模拟式电测量仪模拟

9、式电测量仪数字式量仪量程主要是由放大器动态工作范围决定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量程受传感器线性范围的限制传感器线性范围的限制放大器动态工作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？问题：要提高模拟式电测量仪的分辨率要怎么办？分辨率：分辨率：提高仪器分辨率有利于减少读数误差提高仪器分辨率有利于减少读数误差中国计量学院中国计量学院 4.4.信号选取信号选取信号信号有用信号有用信号噪声噪声5.5.信号的处理与运算信号的处理与运算非线性环节进行线性化处理非线性环节进行线性化处理和误差补偿等等和误差补偿等等加减乘除、求导、积分等电路加减乘除、

10、求导、积分等电路中国计量学院中国计量学院 四四 可靠性与经济性可靠性与经济性FPGACPLD异军突起异军突起中国计量学院中国计量学院 第三节第三节 测控电路的输入信号与输出信号输入信号输入信号数字信号数字信号模拟信号模拟信号输出信号输出信号数字信号数字信号模拟信号模拟信号一、模拟信号一、模拟信号1 1、非调制信号、非调制信号 非调制模拟信号非调制模拟信号1 12 2 0 0 x x t t电路简单无需解调，抗干扰差电路简单无需解调，抗干扰差中国计量学院中国计量学院 2. 2. 调制信号调制信号 输入信号输入信号调制器调制器输出信号输出信号m(t)调制波调制波c(t)载波载波s(t)已调波已调波

11、几个重要概念：几个重要概念：1、载波频率、载波频率（carrying frequency)2、载波信号（载波信号（carrying signal)3、调制信号（调制信号（modulating signal)4、已调信号（已调信号（modulated signal)5、调幅信号（调幅信号（amplitude modulated signal)收音机中调频、调幅。长波、中波、短波。收音机中调频、调幅。长波、中波、短波。中国计量学院中国计量学院 1.调幅信号调幅信号调幅：调幅：用调制信号用调制信号x x（被测量）去控制载波的振幅，使高频振幅按调制信号（被测量）去控制载波的振幅，使高频振幅按调制信号

12、的规律变化的规律变化例：用电感传感器测量工件轮廓形状例：用电感传感器测量工件轮廓形状usucx214图图1-3 用电感传感器测量用电感传感器测量 工件轮廓形状工件轮廓形状3图图1-4 调幅信号调幅信号c)ustuctb)a)O xtxO xO中国计量学院中国计量学院 2.调频信号调频信号v 用调制信号（被测量）用调制信号（被测量）高频振荡的频率高频振荡的频率控制控制xtOOtusa) 调制信号调制信号b) 调频信号调频信号调频信号的波形调频信号的波形中国计量学院中国计量学院 3.调相信号调相信号v 用调制信号（被测量）用调制信号（被测量）高频振荡的相位高频振荡的相位控制控制干涉仪中干涉仪中a)

13、b)c)txOttucus OO调相信号的波形调相信号的波形中国计量学院中国计量学院 4.脉冲调制信号脉冲调制信号v 用调制信号（被测量）用调制信号（被测量）脉冲的宽度脉冲的宽度控制控制调宽调宽Ua) 调制信号调制信号b) 脉冲调宽信号脉冲调宽信号txOxTBtO中国计量学院中国计量学院 二、数字信号（一）增量码信号（一）增量码信号定义：被测量值定义：被测量值输出信号的变化周期成正比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，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。量值大小由信号变化周期数增量决定。中国计量学院中国计量学院 （二）绝对

14、码信号（二）绝对码信号被测量被测量 一定的编码一定的编码对应于对应于1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001（三）开关信号（三）开关信号 只有只有0 0、1 1两个状态两个状态 例如光电开关、继电器例如光电开关、继电器中国计量学院中国计量学院 第四节 测控电路的类型与组成v一、测量电路的基本组成一、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v二、控制电路的基本组成二、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中国计量学院 电路电路传传 感感 器器量程切换电

15、路量程切换电路放放 大大 器器 解解 调调 器器信号分离电路信号分离电路运运 算算 电电 路路模数转换电路模数转换电路计计 算算 机机显示执行机构显示执行机构振振 荡荡 器器 电电 源源图图1-6 1-6 模拟式测量电路的基本组成模拟式测量电路的基本组成中国计量学院中国计量学院 指令传感器指令传感器电路电路传传 感感 器器显示执行机构显示执行机构计计 算算 机机锁锁 存存 器器计计 数数 器器转换电路转换电路脉冲当量脉冲当量放放 大大 器器整形电路整形电路细分电路细分电路手动采样手动采样锁存指令锁存指令辨向电路辨向电路图图1-7 1-7 增量码数字式测量电路的基本组成增量码数字式测量电路的基本

16、组成中国计量学院中国计量学院 图图1-8 1-8 开环控制系统的基本组成开环控制系统的基本组成测量电路测量电路 控制电路控制电路 扰动量扰动量传感器传感器放大放大电路电路输出输出转换转换电路电路设定设定电路电路执行执行机构机构给定给定机构机构被控被控对象对象中国计量学院中国计量学院 设定设定电路电路比较比较电路电路校正校正电路电路转换转换电路电路给定给定机构机构执行执行机构机构被控被控对象对象输出输出传感器传感器扰动扰动放大放大电路电路控制电路控制电路图图1-9 1-9 闭环控制系统的基本组成闭环控制系统的基本组成 中国计量学院中国计量学院 第五节 测控电路的发展趋势v优质化优质化v集成化集成化v系统设计观系统设计观v数字化数字化v通