测控电路第一章绪论-ppt课件.ppt

1、中国计量学院中国计量学院测测 控控 电电 路路计量测试工程学院计量测试工程学院 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2pptppt课件课件第一节 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、

2、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？3pptppt课件课件第一节 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 测控系统的组成相对于电量而言，非电量在种类和数量上都多而复杂。相对于电量而言，非电量在种类和数量上都多而复杂。4pptppt课件课件第二节 对测控电路的主要要求v 一、精度高一、精度高v 二、有合适的输入输出阻抗二、有合适的输入输出阻抗v 三、动态性能好三、动态性能好v 四、转换灵活四、转换灵活v 五、可靠性高五、可靠性高v 六、经济性好六、经济性好5pptppt课件课件一、精度高一、

3、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6pptppt课件课件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

4、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、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的措施之一的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7pptppt课件课件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

5、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8pptppt课件课件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？非线性的时候怎

6、么办？非问题：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据、图形保保真度：从视听设备借用过来的概念，它要求记录下来的数据、图形保持测量原貌持测量原貌例如：例如：非线性放大非线性放大 当然不仅要求线性度好，还要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我们的原始信号具有不同的频谱成分。分。9pptppt课件课件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

7、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、电荷放大器为什么：为什么：前端电路前端电路后端电路后端电路R0Ri一般来说，前级电路的输出阻抗越小越好。后级电路的输入阻抗则一般来说，前级电路的输出阻抗越小越好。后级电路的输入阻抗则是前级电路的负载。电路的负载过重，必然要影响前级电路的性能，是前级电路的负载。电路的负载过重，必然要影响前级电路的性能，严重时前级电路甚至不能工作。严重时前级电路甚至不能工作。例如：反向放大器的应用10pptppt课件课件二、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

8、展的主要趋势例如测量一个工件的直径例如测量一个工件的直径动态测量动态测量静态测量静态测量11pptppt课件课件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。（调制情况以上。（调制情况下）载波频率比待测信号的频率至少还要高一个数量级下）载波频率比待测信号的频率至少还要高一个数量级对频率特性的要求看：对频率特性的要求看：有些仪器宽频带有些仪器宽频带 不失真信号不失真信号选频特性选频特性频带抑制型频带抑制型 （

9、例如解调后抑制载波频率或二倍载波频率）（例如解调后抑制载波频率或二倍载波频率）总之电路要求总之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抑制另一频率范围的能力抑制另一频率范围的能力而且在通带范围内衰减程度要求极高而且在通带范围内衰减程度要求极高视听设备：几个分贝之内视听设备：几个分贝之内量仪：衰减量仪：衰减1%1%，不允许了，不允许了12pptppt课件课件三、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，它体现在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？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

10、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信号大小大小频率频率幅值幅值相位相位脉宽脉宽13pptppt课件课件3 3、量程与分辨率、量程与分辨率模拟式电测量仪模拟式电测量仪数字式量仪数字式量仪 量程主要是由放大器动态工作范围量程主要是由放大器动态工作范围决定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14pptppt课件课件问题：要提高数字式电测量仪

11、的分辨率要怎么办？问题：要提高数字式电测量仪的分辨率要怎么办？被测量的变化不到数字显示最低位一个字时，示值不变，这叫量化误差。被测量的变化不到数字显示最低位一个字时，示值不变，这叫量化误差。对于量化误差，常采用对于量化误差，常采用细分电路（在输出一个周期内插值）细分电路（在输出一个周期内插值）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和误差补偿等等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、积分等电路加减乘除、求导、积分等电路15pptppt课件课件四四 可靠性与经济性可靠性与经济性FPGACPLD异军突起

12、异军突起16pptppt课件课件第三节第三节 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 传感器的输出与输入被测量相对应的信号传感器的输出与输入被测量相对应的信号 图图1-2 1-2 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17pptppt课件课件2. 2. 调制信号调制信号 调制：用一个信号（调制信号）去控制另一作为载体的（载波信号），调制：用一个信号（调制信号）去控制另一作为载体的

13、（载波信号），让后者的某一参数（幅值、频率、相位、脉冲宽度等）按前者的值让后者的某一参数（幅值、频率、相位、脉冲宽度等）按前者的值变化。变化。P55P55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

14、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。18pptppt课件课件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（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 xO19pptppt课件课件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

15、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20pptppt课件课件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)b)c)txOttucus OO调相信号的波形调相信号的波形21pptppt课件课件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txOxTBtO22pptppt课件课件二、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

16、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 增量码信号具有模拟信号的特征，但从整体上来说，它是增量码信号具有模拟信号的特征，但从整体上来说，它是利用周期数来计算量值，因此是数字信号利用周期数来计算量值，因此是数字信号23pptppt课件课件（二）绝对码信号（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24pptppt课件课件第四节 测

17、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25pptppt课件课件电路电路传传 感感 器器量程切换电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26pptppt课件课件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

18、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组成27pptppt课件课件图图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28pptppt课件课件 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

19、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 29pptppt课件课件第五节 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通用化、模块化通用化、模块化v智能化智能化30pptppt课件课件第六节 课程的性质、内容与学习方法v 传感器紧密相连的基本转换电路在传感器紧密相连的基本转换电路在传感器传感器课程中讲授课程中讲授v 基础理论基础理论模拟电路模拟电路、数字电路数字电路v 自动控制理论、测控系统设计在自动控制理论、测控系统设计在自动控制理论自动控制理论、光光电仪器设计电仪器设计中讲授中讲授v 微机基础知识微机基础知识单片机原理及其应用单片机原理及其应用31pptppt课件课件