常見(jiàn)模擬量信號(hào)的檢測(cè)方法

1、第三章第三章 常見(jiàn)模擬量信號(hào)的檢測(cè)方法常見(jiàn)模擬量信號(hào)的檢測(cè)方法 概概 述述3.1時(shí)間信號(hào)的檢測(cè)時(shí)間信號(hào)的檢測(cè)3.5電壓類信號(hào)的檢測(cè)電壓類信號(hào)的檢測(cè)3.2頻率信號(hào)的檢測(cè)頻率信號(hào)的檢測(cè)3.6電流類信號(hào)的檢測(cè)電流類信號(hào)的檢測(cè)3.3電阻信號(hào)的檢測(cè)電阻信號(hào)的檢測(cè)3.7相位型信號(hào)的檢測(cè)相位型信號(hào)的檢測(cè)3.4電容信號(hào)的檢測(cè)電容信號(hào)的檢測(cè)3.8本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)1. 1. 電壓類信號(hào)的檢測(cè)電壓類信號(hào)的檢測(cè)3. 3. 電阻型信號(hào)的檢測(cè)電阻型信號(hào)的檢測(cè)l 重點(diǎn)重點(diǎn)：2. 2. 頻率及周期型信號(hào)的檢測(cè)頻率及周期型信號(hào)的檢測(cè)返 回3.1 3.1 概述概述 智能儀器中起控制作用的微處理器所處理的信號(hào)是二進(jìn)智能儀器中起控制

2、作用的微處理器所處理的信號(hào)是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，但物理世界中大量的信號(hào)都是連續(xù)變化的制的數(shù)字信號(hào)，但物理世界中大量的信號(hào)都是連續(xù)變化的模擬量，智能儀器能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行處理的前提，先要能把模擬量，智能儀器能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行處理的前提，先要能把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，完成這種變換的電路叫模模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，完成這種變換的電路叫模-數(shù)變數(shù)變換器（換器（A/D變換器，簡(jiǎn)稱變換器，簡(jiǎn)稱ADC）。）。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 對(duì)于常見(jiàn)的各類對(duì)于常見(jiàn)的各類A/D變換器，盡管工作的方式有很大的變換器，盡管工作的方式有很大的差異，都能夠完成將直流電壓信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的功能，差異，都能夠完成將直流電

3、壓信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的功能，因此各類模擬量信號(hào)只要能夠通過(guò)某種方式變換為電壓信號(hào)因此各類模擬量信號(hào)只要能夠通過(guò)某種方式變換為電壓信號(hào)，就可以進(jìn)而變換為數(shù)字信號(hào)送到智能儀器中進(jìn)行處理。其，就可以進(jìn)而變換為數(shù)字信號(hào)送到智能儀器中進(jìn)行處理。其一般原理框圖如圖一般原理框圖如圖3.1所示：所示： 3.2 3.2 電壓類信號(hào)的檢測(cè)電壓類信號(hào)的檢測(cè) 從測(cè)量的觀點(diǎn)看，測(cè)量的主要參量是電壓，因從測(cè)量的觀點(diǎn)看，測(cè)量的主要參量是電壓，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)電阻兩端若測(cè)出電壓值，那么就可通過(guò)計(jì)為在標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端若測(cè)出電壓值，那么就可通過(guò)計(jì)算求得電流與功率，此外，包括測(cè)量?jī)x器在內(nèi)的電算求得電流與功率，此外，包括測(cè)量?jī)x器在內(nèi)的電子設(shè)備

4、，它們的許多工作特性均可視為電壓的派生子設(shè)備，它們的許多工作特性均可視為電壓的派生量，如調(diào)幅度、非線性失真系數(shù)等，可以說(shuō)，電壓量，如調(diào)幅度、非線性失真系數(shù)等，可以說(shuō)，電壓測(cè)量是其它許多電參量，也包括非電參量的基礎(chǔ)。測(cè)量是其它許多電參量，也包括非電參量的基礎(chǔ)。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回1.1.對(duì)電壓測(cè)量的基本要求對(duì)電壓測(cè)量的基本要求 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 頻率范圍寬：被測(cè)電壓的頻率可以是直流、超低頻、低頻、頻率范圍寬：被測(cè)電壓的頻率可以是直流、超低頻、低頻、高頻或超高頻，其頻率范圍為高頻或超高頻，其頻率范圍為0HZ到幾百到幾百M(fèi)HZ，甚至達(dá)到，甚至達(dá)到GHZ量級(jí)。量級(jí)。 電壓測(cè)量范圍廣：被測(cè)電壓值可以小

5、到微伏，甚至毫微伏電壓測(cè)量范圍廣：被測(cè)電壓值可以小到微伏，甚至毫微伏級(jí)，而大到幾千伏，幾十千伏。級(jí)，而大到幾千伏，幾十千伏。 輸入阻抗高：電子測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗就是被測(cè)電路的額輸入阻抗高：電子測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗就是被測(cè)電路的額外負(fù)載，為了使儀器接入電路時(shí)，盡量減小它的影響，要外負(fù)載，為了使儀器接入電路時(shí)，盡量減小它的影響，要求儀器具有高的輸入阻抗。求儀器具有高的輸入阻抗。 測(cè)量準(zhǔn)確度高：由于電壓測(cè)量的基準(zhǔn)是直流標(biāo)準(zhǔn)電池，同測(cè)量準(zhǔn)確度高：由于電壓測(cè)量的基準(zhǔn)是直流標(biāo)準(zhǔn)電池，同時(shí)，在直流測(cè)量中，各種分布性參量的影響極小，直流電時(shí)，在直流測(cè)量中，各種分布性參量的影響極小，直流電壓的測(cè)量可獲得極高的準(zhǔn)確

6、度。壓的測(cè)量可獲得極高的準(zhǔn)確度。 抗干擾能力強(qiáng)：當(dāng)測(cè)量?jī)x器工作在高靈敏度時(shí)，干擾會(huì)引抗干擾能力強(qiáng)：當(dāng)測(cè)量?jī)x器工作在高靈敏度時(shí)，干擾會(huì)引入測(cè)量誤差，故要有高的抗干擾能力。入測(cè)量誤差，故要有高的抗干擾能力。2.2.交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 電壓類信號(hào)又可分為直流電壓和交流電壓兩類，比較簡(jiǎn)電壓類信號(hào)又可分為直流電壓和交流電壓兩類，比較簡(jiǎn)便的方法是將直流電壓和交流電壓分別對(duì)待，對(duì)直流電壓便的方法是將直流電壓和交流電壓分別對(duì)待，對(duì)直流電壓直接處理，對(duì)交流電壓，依據(jù)不同的響應(yīng)變換為直流電壓直接處理，對(duì)交流電壓，依據(jù)不同的響應(yīng)變換為直流電壓再進(jìn)行處理。再進(jìn)行處理。 一個(gè)交流電壓的大小

7、，可以用它的峰值一個(gè)交流電壓的大小，可以用它的峰值 ，平均值，有效值，平均值，有效值v及及波形因數(shù)、波峰因數(shù)來(lái)表征。波形因數(shù)、波峰因數(shù)來(lái)表征。1. 峰值定義：任何一個(gè)交變電壓在所觀測(cè)的時(shí)間或一個(gè)周期峰值定義：任何一個(gè)交變電壓在所觀測(cè)的時(shí)間或一個(gè)周期內(nèi)，其電壓所能達(dá)到的最大值。內(nèi)，其電壓所能達(dá)到的最大值。2. 平均值定義：數(shù)學(xué)上的定義為：平均值定義：數(shù)學(xué)上的定義為：, T為該交流電壓的周期。為該交流電壓的周期。3.有效值有效值U定義：該交流電壓在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)某純阻負(fù)載所定義：該交流電壓在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)某純阻負(fù)載所產(chǎn)生的熱量與一個(gè)直流電壓在同樣條件下產(chǎn)生的熱量相等產(chǎn)生的熱量與一個(gè)直流電壓在同樣條

8、件下產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，該直流電壓的數(shù)值。時(shí)，該直流電壓的數(shù)值。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回4.波形因數(shù)波形因數(shù) 交流電壓的波形因素定義為該電壓的有效值與平均值之比。交流電壓的波形因素定義為該電壓的有效值與平均值之比。5.波峰因數(shù)波峰因數(shù)交流電壓的波峰因數(shù)定義為該電壓的峰值與有效值之比。交流電壓的波峰因數(shù)定義為該電壓的峰值與有效值之比。 進(jìn)行交流進(jìn)行交流/直流變換，必須首先知道變換電路的輸出與被直流變換，必須首先知道變換電路的輸出與被測(cè)交流電壓大小的關(guān)系，根據(jù)上述交流電壓的三種表征，測(cè)交流電壓大小的關(guān)系，根據(jù)上述交流電壓的三種表征，分別有峰值響應(yīng)、平均值響應(yīng)和有效值響應(yīng)三種檢波器電分別有峰值響應(yīng)、平均值響

9、應(yīng)和有效值響應(yīng)三種檢波器電路，對(duì)應(yīng)能夠得到交流電壓的峰值、平均值、有效值的數(shù)路，對(duì)應(yīng)能夠得到交流電壓的峰值、平均值、有效值的數(shù)值。值。 以有效值為例，可以采用熱電變換和模擬計(jì)算電路兩種方以有效值為例，可以采用熱電變換和模擬計(jì)算電路兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)其測(cè)量。熱電變換就是根據(jù)有效值的定義，將交法來(lái)實(shí)現(xiàn)其測(cè)量。熱電變換就是根據(jù)有效值的定義，將交流電壓通過(guò)某純阻負(fù)載所產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱電偶變換為直流電壓通過(guò)某純阻負(fù)載所產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱電偶變換為直流信號(hào)。模擬計(jì)算可以采用圖流信號(hào)。模擬計(jì)算可以采用圖3.2的電路進(jìn)行計(jì)算。的電路進(jìn)行計(jì)算。3.3 3.3 電流信號(hào)的檢測(cè)電流信號(hào)的檢測(cè)1.1.傳統(tǒng)的手動(dòng)分檔測(cè)量方法

10、傳統(tǒng)的手動(dòng)分檔測(cè)量方法 測(cè)量電流的基本測(cè)量電流的基本原理是將被測(cè)電流通原理是將被測(cè)電流通過(guò)已知電阻（取樣電過(guò)已知電阻（取樣電阻），在其兩端產(chǎn)生阻），在其兩端產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓與被電壓，這個(gè)電壓與被測(cè)電流成正比。測(cè)電流成正比。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 圖圖3.3為一種用數(shù)字電壓表分檔測(cè)量直流電流的基為一種用數(shù)字電壓表分檔測(cè)量直流電流的基本電路，該電路將輸入電流分為本電路，該電路將輸入電流分為20A、200mA、20mA、2mA四個(gè)量程，轉(zhuǎn)換電阻用四個(gè)量程，轉(zhuǎn)換電阻用0.01、0.99、9、90四個(gè)電阻串連，將四種量程的電流接入電路的不同四個(gè)電阻串連，將四種量程的電流接入電路的不同點(diǎn)，使得每種量程的電

11、流在滿量程時(shí)得到的電壓都是點(diǎn)，使得每種量程的電流在滿量程時(shí)得到的電壓都是0.2V（盡量選取數(shù)字電壓表電壓量程的最低檔，以便做（盡量選取數(shù)字電壓表電壓量程的最低檔，以便做到盡可能小的電流測(cè)量的內(nèi)阻），從而用到盡可能小的電流測(cè)量的內(nèi)阻），從而用0.2V的數(shù)字電的數(shù)字電壓表配合不同的顯示單位及小數(shù)點(diǎn)位置指示被測(cè)電流的壓表配合不同的顯示單位及小數(shù)點(diǎn)位置指示被測(cè)電流的大小。這種方法是數(shù)字多用表常用的測(cè)量方法。大小。這種方法是數(shù)字多用表常用的測(cè)量方法。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回2.2.自動(dòng)分檔測(cè)量方法自動(dòng)分檔測(cè)量方法 在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中一般在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中一般以電流信號(hào)的最大值確定所以電流信號(hào)的最大值確定所需電阻

12、，如最大值為需電阻，如最大值為100mA，A/D的輸入最大值為的輸入最大值為10V，可選電阻為可選電阻為0.1K，如果將，如果將自動(dòng)量程分為四個(gè)檔位，可自動(dòng)量程分為四個(gè)檔位，可用用4個(gè)個(gè)25歐的電阻串聯(lián)，通過(guò)歐的電阻串聯(lián)，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)引出不同的信號(hào)，模擬開(kāi)關(guān)引出不同的信號(hào)，電路如圖電路如圖3.4所示，圖中運(yùn)算所示，圖中運(yùn)算放大器起輸入緩沖作用。這放大器起輸入緩沖作用。這種方法對(duì)于直流電流和交流種方法對(duì)于直流電流和交流電流的測(cè)量都適用。電流的測(cè)量都適用。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回下 頁(yè)上 頁(yè)3.4 3.4 相位型信號(hào)的檢測(cè)相位型信號(hào)的檢測(cè) 在檢測(cè)系統(tǒng)中相位定義為同頻的兩路信號(hào)之間的相位在檢測(cè)系統(tǒng)中相位

13、定義為同頻的兩路信號(hào)之間的相位之差，嚴(yán)格來(lái)講是指兩路正弦信號(hào)的相位差，但如果是方之差，嚴(yán)格來(lái)講是指兩路正弦信號(hào)的相位差，但如果是方波、三角波等均勻波形時(shí)也可求其基波的相位差。波、三角波等均勻波形時(shí)也可求其基波的相位差。 1. 1. 軟件分析法軟件分析法返 回 如圖如圖3. 5a所示，假如被測(cè)信號(hào)是不含直流分量的標(biāo)準(zhǔn)的所示，假如被測(cè)信號(hào)是不含直流分量的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波正弦波X1和和X2，用同步采樣的方法將兩路信號(hào)量化，對(duì)其進(jìn)，用同步采樣的方法將兩路信號(hào)量化，對(duì)其進(jìn)行分析，求得行分析，求得X1的兩個(gè)同類過(guò)零點(diǎn)、求得的兩個(gè)同類過(guò)零點(diǎn)、求得X2的一個(gè)同類過(guò)零的一個(gè)同類過(guò)零點(diǎn)（這里同類過(guò)零點(diǎn)是指都是由正到負(fù)

14、或都是由負(fù)到正的過(guò)點(diǎn)（這里同類過(guò)零點(diǎn)是指都是由正到負(fù)或都是由負(fù)到正的過(guò)零點(diǎn)），由采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)通過(guò)零點(diǎn)），由采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)通過(guò)X1的兩個(gè)同類過(guò)零點(diǎn)求的兩個(gè)同類過(guò)零點(diǎn)求得信號(hào)的周期得信號(hào)的周期T，通過(guò)，通過(guò)X1的過(guò)零點(diǎn)與的過(guò)零點(diǎn)與X2的過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間的過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間差差T。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 這種方法是借助數(shù)這種方法是借助數(shù)據(jù)采集來(lái)完成的，其精據(jù)采集來(lái)完成的，其精度受采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻度受采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率的限制，但在需要同率的限制，但在需要同步采樣的場(chǎng)合可以兼而步采樣的場(chǎng)合可以兼而求得，如圖求得，如圖3. 5b為一種為一種對(duì)相位信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的對(duì)相位信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的采集電路，圖中采集電

15、路，圖中SHA為為采樣保持放大器，采樣保持放大器，AD為為A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，P為微處為微處理器。理器。下 頁(yè)上 頁(yè)2. 2. 過(guò)零比較器法過(guò)零比較器法返 回 設(shè)設(shè)X1、X2為不含直流分量得正弦波或三角波，將為不含直流分量得正弦波或三角波，將X1、X2分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)零比較器變?yōu)榉讲?，利用兩個(gè)方分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)零比較器變?yōu)榉讲?，利用兩個(gè)方波的上升沿或下降沿的時(shí)間差和其中一個(gè)方波的周期可波的上升沿或下降沿的時(shí)間差和其中一個(gè)方波的周期可求得相位，算法如上。圖求得相位，算法如上。圖3. 6a為用中斷法通過(guò)過(guò)零比較為用中斷法通過(guò)過(guò)零比較器輸出的下降沿求相位的電路，所采用運(yùn)算放大器無(wú)特器輸出的下降沿求相位

16、的電路，所采用運(yùn)算放大器無(wú)特殊要求殊要求. 下 頁(yè)上 頁(yè)2. 2. 過(guò)零比較器法過(guò)零比較器法返 回 過(guò)零比較器的整形過(guò)程見(jiàn)圖過(guò)零比較器的整形過(guò)程見(jiàn)圖3.6b。這里要求。這里要求單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率與被測(cè)信號(hào)頻率相單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率與被測(cè)信號(hào)頻率相比足夠高，例如相位測(cè)試分辨率為比足夠高，例如相位測(cè)試分辨率為0.1，定時(shí)器，定時(shí)器的時(shí)鐘頻率應(yīng)為被測(cè)信號(hào)頻率的的時(shí)鐘頻率應(yīng)為被測(cè)信號(hào)頻率的3600倍。倍。 3.5 3.5 時(shí)間型信號(hào)的檢測(cè)時(shí)間型信號(hào)的檢測(cè) 時(shí)間型信號(hào)的檢測(cè)又稱為時(shí)間間隔的測(cè)量，它可以時(shí)間型信號(hào)的檢測(cè)又稱為時(shí)間間隔的測(cè)量，它可以包括一個(gè)周期信號(hào)波形上，同相位兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔

17、；包括一個(gè)周期信號(hào)波形上，同相位兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔；也可以包括同一信號(hào)波形上兩個(gè)不同點(diǎn)之間的時(shí)間間隔也可以包括同一信號(hào)波形上兩個(gè)不同點(diǎn)之間的時(shí)間間隔；還可以包括兩個(gè)信號(hào)波形上，兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。；還可以包括兩個(gè)信號(hào)波形上，兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。 一個(gè)周期信號(hào)波形上，同相位兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔的一個(gè)周期信號(hào)波形上，同相位兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔的測(cè)量其實(shí)就是波形周期的測(cè)量，而上一節(jié)中相位差的測(cè)測(cè)量其實(shí)就是波形周期的測(cè)量，而上一節(jié)中相位差的測(cè)量也是兩個(gè)信號(hào)波形上，兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔測(cè)量的一量也是兩個(gè)信號(hào)波形上，兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔測(cè)量的一種情況，只不過(guò)是要將計(jì)算的時(shí)間距離差值通過(guò)信號(hào)角種情況，只不過(guò)是要將計(jì)算的時(shí)

18、間距離差值通過(guò)信號(hào)角頻率換算為相位差。頻率換算為相位差。 1.1.定義定義下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 時(shí)間間隔的基本測(cè)量模式時(shí)間間隔的基本測(cè)量模式如圖所示，兩個(gè)獨(dú)立的輸入通如圖所示，兩個(gè)獨(dú)立的輸入通道（道（B和和C）可分別設(shè)置觸發(fā)）可分別設(shè)置觸發(fā)電平和觸發(fā)極性（觸發(fā)沿）。電平和觸發(fā)極性（觸發(fā)沿）。輸入通道輸入通道B為起始通道，用來(lái)為起始通道，用來(lái)開(kāi)通主門，而來(lái)自輸入通道開(kāi)通主門，而來(lái)自輸入通道C的信號(hào)為計(jì)數(shù)器的終止信號(hào)，的信號(hào)為計(jì)數(shù)器的終止信號(hào)，計(jì)數(shù)脈沖（時(shí)標(biāo)）通過(guò)主門計(jì)計(jì)數(shù)脈沖（時(shí)標(biāo)）通過(guò)主門計(jì)數(shù)。數(shù)。2.2.基本方法基本方法下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 這種測(cè)量模式有兩種工作方式：當(dāng)跨接于兩個(gè)輸入端的選這種

19、測(cè)量模式有兩種工作方式：當(dāng)跨接于兩個(gè)輸入端的選擇開(kāi)關(guān)擇開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，兩個(gè)通道是完全獨(dú)立的，來(lái)自兩個(gè)信號(hào)源的斷開(kāi)時(shí)，兩個(gè)通道是完全獨(dú)立的，來(lái)自兩個(gè)信號(hào)源的信號(hào)分別作為起始觸發(fā)和結(jié)束觸發(fā)控制主門的開(kāi)閉，來(lái)控制計(jì)信號(hào)分別作為起始觸發(fā)和結(jié)束觸發(fā)控制主門的開(kāi)閉，來(lái)控制計(jì)數(shù)器工作；當(dāng)數(shù)器工作；當(dāng)S閉合時(shí)，兩個(gè)輸入端并聯(lián)，僅一個(gè)信號(hào)加到計(jì)閉合時(shí)，兩個(gè)輸入端并聯(lián)，僅一個(gè)信號(hào)加到計(jì)數(shù)器，但可獨(dú)立地選擇觸發(fā)電平和觸發(fā)極性的設(shè)置，以完成起數(shù)器，但可獨(dú)立地選擇觸發(fā)電平和觸發(fā)極性的設(shè)置，以完成起始和結(jié)束控制的功能。始和結(jié)束控制的功能。 工作波形如圖工作波形如圖3.8所示。所示。例如測(cè)量脈沖寬度，只需例如測(cè)量脈沖寬度，只

20、需要接入一個(gè)信號(hào)，將觸發(fā)要接入一個(gè)信號(hào)，將觸發(fā)電平設(shè)置為電平設(shè)置為50%的脈沖幅的脈沖幅度，觸發(fā)極性在起始觸發(fā)度，觸發(fā)極性在起始觸發(fā)一路中設(shè)置為上升沿，在一路中設(shè)置為上升沿，在結(jié)束觸發(fā)一路中設(shè)置為下結(jié)束觸發(fā)一路中設(shè)置為下降沿，則在上升沿、脈沖降沿，則在上升沿、脈沖幅度幅度50%電平處開(kāi)始計(jì)數(shù)電平處開(kāi)始計(jì)數(shù)，在下降沿、脈沖幅度，在下降沿、脈沖幅度50%電平處結(jié)束計(jì)數(shù)，所電平處結(jié)束計(jì)數(shù)，所計(jì)時(shí)標(biāo)數(shù)為脈沖寬度所經(jīng)計(jì)時(shí)標(biāo)數(shù)為脈沖寬度所經(jīng)歷的時(shí)間。歷的時(shí)間。 2.2.基本方法基本方法下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 在智能儀器中，可以將在智能儀器中，可以將被測(cè)信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換變?yōu)殡姳粶y(cè)信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娖竭m合于微處理

21、器處理的信平適合于微處理器處理的信號(hào)，如果待測(cè)時(shí)間適合微處號(hào)，如果待測(cè)時(shí)間適合微處理器的定時(shí)器處理，可直接理器的定時(shí)器處理，可直接利用微處理器的定時(shí)器求得利用微處理器的定時(shí)器求得。如圖。如圖3.9的電路可以用查詢的電路可以用查詢的方式采樣電平求取時(shí)間：的方式采樣電平求取時(shí)間：在信號(hào)的上升沿啟動(dòng)內(nèi)部定在信號(hào)的上升沿啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器，在信號(hào)的下降沿關(guān)閉時(shí)器，在信號(hào)的下降沿關(guān)閉定時(shí)器，最后用定時(shí)器的計(jì)定時(shí)器，最后用定時(shí)器的計(jì)數(shù)值和時(shí)基確定所求的時(shí)間數(shù)值和時(shí)基確定所求的時(shí)間值。值。 3.3.利用智能儀器的特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的方法利用智能儀器的特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的方法下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 3.6 3.6 頻率及周期型信

22、號(hào)的檢測(cè)頻率及周期型信號(hào)的檢測(cè) 1.1.頻率及周期型信號(hào)的特點(diǎn)頻率及周期型信號(hào)的特點(diǎn) 下 頁(yè)上 頁(yè) 由于頻率和周期互成倒數(shù)關(guān)系，對(duì)于智能檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)由于頻率和周期互成倒數(shù)關(guān)系，對(duì)于智能檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，計(jì)算倒數(shù)之類問(wèn)題不需要作為主要問(wèn)題考慮，主要考說(shuō)，計(jì)算倒數(shù)之類問(wèn)題不需要作為主要問(wèn)題考慮，主要考慮測(cè)量精度要高，電路盡可能要簡(jiǎn)單。使用電子計(jì)數(shù)器可慮測(cè)量精度要高，電路盡可能要簡(jiǎn)單。使用電子計(jì)數(shù)器可以直接按照以直接按照f(shuō)=N/T所表達(dá)的頻率的定義進(jìn)行測(cè)量，考慮到所表達(dá)的頻率的定義進(jìn)行測(cè)量，考慮到電子計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)時(shí)必然存在的電子計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)時(shí)必然存在的1誤差，測(cè)量低頻信號(hào)誤差，測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜采用直接測(cè)

23、頻的方法，否則時(shí)不宜采用直接測(cè)頻的方法，否則1誤差帶來(lái)的影響比誤差帶來(lái)的影響比較顯著甚至?xí)荏@人。此時(shí)可以改為先測(cè)量信號(hào)的周期，較顯著甚至?xí)荏@人。此時(shí)可以改為先測(cè)量信號(hào)的周期，然后計(jì)算其倒數(shù)得到頻率值，稱之為測(cè)周的方法。測(cè)周的然后計(jì)算其倒數(shù)得到頻率值，稱之為測(cè)周的方法。測(cè)周的方法同樣不具有普遍的適用性，它可以用在測(cè)量較低頻率方法同樣不具有普遍的適用性，它可以用在測(cè)量較低頻率的信號(hào)，而不適用在測(cè)量較高頻率信號(hào)的場(chǎng)合。的信號(hào)，而不適用在測(cè)量較高頻率信號(hào)的場(chǎng)合。返 回下 頁(yè)上 頁(yè) 頻率量和周期量是數(shù)字脈沖型信號(hào)，其幅值的大小頻率量和周期量是數(shù)字脈沖型信號(hào)，其幅值的大小與被測(cè)值無(wú)關(guān)，但幅值過(guò)小達(dá)不到

24、與被測(cè)值無(wú)關(guān)，但幅值過(guò)小達(dá)不到TTL電平時(shí)微處理器將電平時(shí)微處理器將不能識(shí)別，幅值過(guò)大時(shí)又會(huì)損傷測(cè)量電路，所以該類信號(hào)不能識(shí)別，幅值過(guò)大時(shí)又會(huì)損傷測(cè)量電路，所以該類信號(hào)也要有前置放大及衰減電路，以使測(cè)量?jī)x器具有較寬的適也要有前置放大及衰減電路，以使測(cè)量?jī)x器具有較寬的適應(yīng)性，此外被測(cè)型號(hào)也可能帶有一定的干擾信號(hào)，因此加應(yīng)性，此外被測(cè)型號(hào)也可能帶有一定的干擾信號(hào)，因此加適當(dāng)?shù)牡屯V波也是必需的。適當(dāng)?shù)牡屯V波也是必需的。返 回2.2.頻率測(cè)量基本電路頻率測(cè)量基本電路 下 頁(yè)上 頁(yè) 圖圖3.11為基本的頻率測(cè)量電路，適合于測(cè)量頻率適中為基本的頻率測(cè)量電路，適合于測(cè)量頻率適中的頻率量，將被測(cè)信號(hào)的頻率

25、量，將被測(cè)信號(hào)Vf經(jīng)過(guò)放大、衰減、濾波及整形電經(jīng)過(guò)放大、衰減、濾波及整形電路后變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路后變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)，直接加在微處理器的計(jì)數(shù)信號(hào)，直接加在微處理器的計(jì)數(shù)端，用被測(cè)脈沖作為時(shí)鐘觸發(fā)微處理器內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)端，用被測(cè)脈沖作為時(shí)鐘觸發(fā)微處理器內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，微處理器內(nèi)部另設(shè)一個(gè)定時(shí)器，在規(guī)定的時(shí)間根據(jù)計(jì)數(shù)，微處理器內(nèi)部另設(shè)一個(gè)定時(shí)器，在規(guī)定的時(shí)間根據(jù)計(jì)數(shù)數(shù)目，求得被測(cè)信號(hào)的頻率，設(shè)規(guī)定時(shí)間為數(shù)數(shù)目，求得被測(cè)信號(hào)的頻率，設(shè)規(guī)定時(shí)間為T0，計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為的計(jì)數(shù)值為N，則被測(cè)信號(hào)的頻率為，則被測(cè)信號(hào)的頻率為f，則：，則：F=N/T0（Hz）。）。 返 回下 頁(yè)上 頁(yè) 當(dāng)被

26、測(cè)信號(hào)的頻率較高時(shí)，如當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較高時(shí)，如f20MHZ，有可能，有可能單片機(jī)的速度不能支持計(jì)數(shù)器正常工作，此時(shí)可采用圖單片機(jī)的速度不能支持計(jì)數(shù)器正常工作，此時(shí)可采用圖3.12電路，將被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)針對(duì)高頻信號(hào)設(shè)計(jì)的放電路，將被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)針對(duì)高頻信號(hào)設(shè)計(jì)的放大、衰減、濾波及整形電路后，先進(jìn)入一個(gè)高速分頻器大、衰減、濾波及整形電路后，先進(jìn)入一個(gè)高速分頻器（如（如10分頻）后在進(jìn)入單片機(jī)計(jì)數(shù)端，選擇合適得分分頻）后在進(jìn)入單片機(jī)計(jì)數(shù)端，選擇合適得分頻數(shù)可處理較高的頻率信號(hào)。頻數(shù)可處理較高的頻率信號(hào)。 返 回3.3.周期測(cè)量基本電路周期測(cè)量基本電路 下 頁(yè)上 頁(yè) 當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，如果還

27、測(cè)其頻率不但刷當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，如果還測(cè)其頻率不但刷新時(shí)間長(zhǎng)而且測(cè)量精度也將變低，比如新時(shí)間長(zhǎng)而且測(cè)量精度也將變低，比如50HZ的頻率在的頻率在1秒鐘只能計(jì)秒鐘只能計(jì)50個(gè)數(shù)，按個(gè)數(shù)，按1秒的刷新一次的設(shè)置其測(cè)試秒的刷新一次的設(shè)置其測(cè)試精度只有精度只有1HZ。所以當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)我們。所以當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)我們應(yīng)該反過(guò)來(lái)測(cè)信號(hào)的周期。這樣才能提高測(cè)量精度和應(yīng)該反過(guò)來(lái)測(cè)信號(hào)的周期。這樣才能提高測(cè)量精度和刷新頻率。刷新頻率。 無(wú)論要得到頻率值還是周期值，都可以遵循高頻無(wú)論要得到頻率值還是周期值，都可以遵循高頻則測(cè)頻率，低頻則測(cè)周期的原則，這樣做的結(jié)果是不則測(cè)頻率，低頻則測(cè)周期的原則，

28、這樣做的結(jié)果是不管被測(cè)信號(hào)在什么頻段內(nèi)都可以達(dá)到要求的測(cè)量精度。管被測(cè)信號(hào)在什么頻段內(nèi)都可以達(dá)到要求的測(cè)量精度。 返 回3.3.周期測(cè)量基本電路周期測(cè)量基本電路 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 圖圖3.13為測(cè)量周期的基本電路，信號(hào)為測(cè)量周期的基本電路，信號(hào)Vt經(jīng)過(guò)放大、衰減、經(jīng)過(guò)放大、衰減、濾波及整形電路后變?yōu)闉V波及整形電路后變?yōu)門TL電平電平Vt1，然后，然后Vt1再經(jīng)過(guò)再經(jīng)過(guò)2分頻變?yōu)榉诸l變?yōu)?0%占空比的對(duì)稱方波占空比的對(duì)稱方波Vt2，Vt2接入微處理器的中斷口如接入微處理器的中斷口如INT1時(shí)，時(shí)，VT2的正脈沖寬度正好是被測(cè)信號(hào)的周期值，微處理器可的正脈沖寬度正好是被測(cè)信號(hào)的周期值，微處理器可

29、用用INT1上升沿啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，再用上升沿啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，再用INT1下降沿結(jié)束下降沿結(jié)束計(jì)數(shù)器，由此計(jì)算被測(cè)信號(hào)周期，設(shè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器時(shí)鐘周期為計(jì)數(shù)器，由此計(jì)算被測(cè)信號(hào)周期，設(shè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器時(shí)鐘周期為Tc，計(jì)數(shù)值為計(jì)數(shù)值為N，則被測(cè)信號(hào)的周期。如果要得到被測(cè)信號(hào)的頻率，則被測(cè)信號(hào)的周期。如果要得到被測(cè)信號(hào)的頻率求其倒數(shù)圖求其倒數(shù)圖3.13 較低頻頻率測(cè)量電路即可。較低頻頻率測(cè)量電路即可。4.4.通用頻率計(jì)（計(jì)數(shù)器）的一般電路通用頻率計(jì)（計(jì)數(shù)器）的一般電路 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 圖圖3.14為一個(gè)通用頻率計(jì)或計(jì)數(shù)器的基本電路示意圖，該方為一個(gè)通用頻率計(jì)或計(jì)數(shù)器的基本電路示意圖，該方案可

30、測(cè)頻率也可測(cè)周期，也可做計(jì)數(shù)器，通過(guò)鍵盤選擇，顯示用案可測(cè)頻率也可測(cè)周期，也可做計(jì)數(shù)器，通過(guò)鍵盤選擇，顯示用數(shù)碼管顯示?？深A(yù)置數(shù)高速分頻器由數(shù)碼管顯示?？深A(yù)置數(shù)高速分頻器由I/O1口控制；程控放大、衰口控制；程控放大、衰減電路由減電路由I/O2口控制；鍵盤及顯示由微處理器的口控制；鍵盤及顯示由微處理器的I/O3控制；操作控制；操作指令由鍵盤人工給定。輸入信號(hào)經(jīng)放大、衰減、濾波及整形電路指令由鍵盤人工給定。輸入信號(hào)經(jīng)放大、衰減、濾波及整形電路后先通過(guò)可預(yù)置數(shù)的高速分頻器再進(jìn)入微處理器的后先通過(guò)可預(yù)置數(shù)的高速分頻器再進(jìn)入微處理器的T1和和INT1的并的并聯(lián)口，在檢測(cè)時(shí)微處理器用試探法初步判斷信號(hào)頻

31、率的高低，然聯(lián)口，在檢測(cè)時(shí)微處理器用試探法初步判斷信號(hào)頻率的高低，然后決定是用測(cè)頻法還是用測(cè)周法求出頻率或周期。后決定是用測(cè)頻法還是用測(cè)周法求出頻率或周期。 3.7 3.7 電阻型信號(hào)的檢測(cè)電阻型信號(hào)的檢測(cè)1.1.恒流法測(cè)電阻恒流法測(cè)電阻 測(cè)量電阻的最簡(jiǎn)單的方法是根據(jù)歐姆定理利用一個(gè)恒測(cè)量電阻的最簡(jiǎn)單的方法是根據(jù)歐姆定理利用一個(gè)恒定電流通過(guò)電阻先變成電壓再求之。圖定電流通過(guò)電阻先變成電壓再求之。圖3.15為恒流法測(cè)電為恒流法測(cè)電阻的基本電路，阻的基本電路，Rx為被測(cè)電阻，為被測(cè)電阻，Ic是已知的恒流源。圖是已知的恒流源。圖3.16為常見(jiàn)的恒流源產(chǎn)生電路之一，圖中為常見(jiàn)的恒流源產(chǎn)生電路之一，圖中

32、Ve為基準(zhǔn)電壓源，為基準(zhǔn)電壓源，Ro為標(biāo)準(zhǔn)電阻，為標(biāo)準(zhǔn)電阻，Tc為流過(guò)負(fù)載的電流，為流過(guò)負(fù)載的電流， 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回2.2.恒壓法測(cè)電阻恒壓法測(cè)電阻 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 如圖如圖3.173.17電路所示，電路所示，設(shè)設(shè)VrefVref為恒定的電壓，為恒定的電壓，R0R0為標(biāo)準(zhǔn)電阻，則：為標(biāo)準(zhǔn)電阻，則： 用恒壓法測(cè)電阻時(shí)，參考電壓、標(biāo)準(zhǔn)電阻的誤差會(huì)直用恒壓法測(cè)電阻時(shí)，參考電壓、標(biāo)準(zhǔn)電阻的誤差會(huì)直接反映在測(cè)量值中。接反映在測(cè)量值中。3.3.恒阻法測(cè)電阻恒阻法測(cè)電阻 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 如圖如圖3.183.18所示，所示，IcIc電流源電流源, ,先讓先讓IcIc通過(guò)通過(guò)RoRo產(chǎn)生電壓經(jīng)產(chǎn)生電

33、壓經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換得轉(zhuǎn)換得Do,Do,再讓再讓IcIc通過(guò)要測(cè)電阻通過(guò)要測(cè)電阻RxiRxi產(chǎn)生電壓經(jīng)產(chǎn)生電壓經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換得得Di,Di,設(shè)設(shè)A/DA/D轉(zhuǎn)換的系數(shù)為轉(zhuǎn)換的系數(shù)為K,K,即即D=KVoD=KVo，或，或Vo=D/K,Vo=D/K,設(shè)設(shè)VoiVoi為為IcIc流過(guò)流過(guò)RxRx產(chǎn)生的電壓，產(chǎn)生的電壓，VooVoo為為IcIc流過(guò)流過(guò)RoRo產(chǎn)生的電壓產(chǎn)生的電壓 3.3.恒阻法測(cè)電阻恒阻法測(cè)電阻 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 因因 IcIc* *RxiRxiVoxVox，IcIc* *RoRoVoo Voo 可見(jiàn)電阻的測(cè)試結(jié)果與電流源可見(jiàn)電阻的測(cè)試結(jié)果與電流源IcIc無(wú)關(guān)而只與標(biāo)準(zhǔn)電阻無(wú)關(guān)而只與標(biāo)準(zhǔn)電阻有關(guān)，這是恒阻法測(cè)量的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，此外該方法測(cè)試有關(guān)，這是恒阻法測(cè)量的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，此外該方法測(cè)試結(jié)果與模擬開(kāi)關(guān)的道通電阻也無(wú)關(guān)系，而且非常適用于同結(jié)果與模擬開(kāi)關(guān)的道通電阻也無(wú)關(guān)系，而且非常適用于同時(shí)檢測(cè)多個(gè)電阻。時(shí)檢測(cè)多個(gè)電阻。4.4.積分法測(cè)電阻積分法測(cè)電阻 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 積分法的基本原理是用同一個(gè)