測(cè)控系統(tǒng)電子技術(shù)第一章課件

測(cè)控電路設(shè)計(jì)

主講人周嚴(yán)第一章

緒論1.1電子技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的

作用和地位1.什么是測(cè)控電路

是具體應(yīng)用在測(cè)量與控制系統(tǒng)中的電子電路。其特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)電路與測(cè)量、控制對(duì)象的結(jié)合。其內(nèi)涵包括測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理電路、測(cè)控系統(tǒng)中的信號(hào)采集電路及控制電路。具體涉及：①非電量測(cè)量電路②電量測(cè)量電路③電力電子電路④驅(qū)動(dòng)與控制電路⑤生物醫(yī)學(xué)測(cè)量電路2.測(cè)控電路在儀器科學(xué)的作用與地位圖1.1.1現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳感器信號(hào)調(diào)理電路數(shù)字化電路顯示系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)測(cè)控系統(tǒng)的最前級(jí)為傳感器，其作用是將各類被測(cè)量轉(zhuǎn)換成與之具有一定函數(shù)關(guān)系的電量（通常為電壓）。信號(hào)調(diào)理電路的作用是將傳感器轉(zhuǎn)換來的電量進(jìn)行放大、整形使之成為后續(xù)電路易于處理的信號(hào)。數(shù)字化電路的作用是將信號(hào)調(diào)理電路變換過來的連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)，供計(jì)算機(jī)識(shí)別及處理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作用是對(duì)數(shù)字化了的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、定標(biāo)、誤差校正或自校準(zhǔn)等處理，一方面經(jīng)處理的測(cè)量結(jié)果由顯示輸出系統(tǒng)顯示、打印或繪圖，另一方面經(jīng)算法運(yùn)算過的控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

通常將信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)字化電路和驅(qū)動(dòng)電路統(tǒng)稱為測(cè)控電路。它已融入測(cè)控系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并在其中發(fā)揮重要的作用，可以說離開測(cè)控電路，測(cè)控系統(tǒng)是無法實(shí)現(xiàn)的。測(cè)控電路一方面擔(dān)負(fù)著信號(hào)二次變換的重任，另一方面擔(dān)負(fù)著實(shí)現(xiàn)控制功能的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的重任。由于被測(cè)和被控物理量及其相應(yīng)傳感器和驅(qū)動(dòng)器的多樣性，與之相應(yīng)的測(cè)控電路必然具有多樣性，因此測(cè)控電路在設(shè)計(jì)上靈活性很強(qiáng)。從測(cè)量準(zhǔn)確度的角度，測(cè)控電路位于二次儀表的最前級(jí)，對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確度起決定作用，因此，測(cè)控電路是現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵及難點(diǎn)所在，在現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)中占據(jù)極其重要的地位。1.2測(cè)控系統(tǒng)對(duì)測(cè)控電路的要求1.高精度

指測(cè)控電路能夠線性地、不失真地、準(zhǔn)確地將傳感器輸出信號(hào)變換成易于處理的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)控電路應(yīng)具備下列條件：①低噪聲與高抗干擾能力；②低漂移、高穩(wěn)定性；③高線性度與高保真度；④合理的輸入與輸出阻抗。2.高靈敏度、高分辨力

電路的靈敏度是指輸出變化量與引起該變化的輸入變化量的比值。其實(shí)質(zhì)是電路的增益，靈敏度k越高，其增益越大。分辨力是指電路能夠檢測(cè)出的最小輸入量。高分辨力是高靈敏度的前提條件。3.響應(yīng)快

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量已成為測(cè)量技術(shù)發(fā)展的主要方向，動(dòng)態(tài)測(cè)量的特點(diǎn)是寬動(dòng)態(tài)范圍，要求測(cè)控電路具有寬頻帶，快響應(yīng)的特性。4.轉(zhuǎn)換靈活

為適應(yīng)各種情況下測(cè)量與控制的需要，要求測(cè)控電路有靈活地進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換的能力。①模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換；②信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換；③量程的轉(zhuǎn)換；④信號(hào)的選?。虎菪盘?hào)的處理與運(yùn)算。5.可靠性可靠是指測(cè)控電路無故障工作，一般用平均無故障工作時(shí)間來衡量?，F(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)是現(xiàn)代裝備的有機(jī)組成部分，其可靠性與測(cè)控系統(tǒng)密切相關(guān)，其中測(cè)控電路的可靠性是重要的因素。1.3測(cè)控電路的輸入信號(hào)

與輸出信號(hào)

1.模擬式信號(hào)①非調(diào)制信號(hào)，輸入信號(hào)的大小、波形與被測(cè)信號(hào)的大小、波形直接對(duì)應(yīng)的信號(hào)。②經(jīng)調(diào)制信號(hào)，為提高信號(hào)的抗干擾能力，經(jīng)常將傳感器輸出的信號(hào)調(diào)制后再行處理。2.數(shù)字信號(hào)①增量碼信號(hào)，實(shí)際是脈沖信號(hào)。嚴(yán)格講這仍然是模擬信號(hào)，是一種準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)。②絕對(duì)碼信號(hào)，一種與狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，實(shí)際是數(shù)字編碼信號(hào)。例如碼盤輸出信號(hào)。③數(shù)字I/O信號(hào)，又稱開關(guān)信號(hào)，是一位絕對(duì)碼信號(hào)，只有“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)。1.4測(cè)控電路的類型與組成測(cè)控電路的組成隨被測(cè)參數(shù)、信號(hào)類型與控制系統(tǒng)的功能要求的不同而異。1.測(cè)量電路的基本組成1）模擬式測(cè)量電路的基本組成組成見圖1.4.1。圖1.4.1模擬式測(cè)量電路解調(diào)器信號(hào)分離運(yùn)算電路模數(shù)轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)顯示執(zhí)行放大器傳感器振蕩器2）數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成細(xì)分電路脈變沖換當(dāng)電量路計(jì)數(shù)器鎖存器計(jì)算機(jī)顯示執(zhí)行放大整形傳感器辨向電路指令傳感器手動(dòng)采樣圖1.4.2增量碼數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成2.控制電路的基本組成1）開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成給定機(jī)構(gòu)設(shè)定電路放大電路變換電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象測(cè)量電路擾動(dòng)量傳感器控制電路輸出1.4.3開環(huán)控制系統(tǒng)基本組成

2)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成給定機(jī)構(gòu)設(shè)定電路比較電路放大電路校正電路變換電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象輸出擾動(dòng)傳感器圖1.4.4閉環(huán)控制系統(tǒng)基本組成1.集成化

以往由分立元件和通用芯片構(gòu)成的測(cè)控電路，可以集成成為專用芯片實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的測(cè)控功能，縮小了體積，簡(jiǎn)化了測(cè)控電路的設(shè)計(jì)，并且其性能指標(biāo)和可靠性大大提高，這將是今后測(cè)控電路發(fā)展的主流方向。1.5測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)

2.數(shù)字化數(shù)字化在信息傳輸、信息處理、信息存儲(chǔ)和集成化等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此數(shù)字化是測(cè)控電路的必然發(fā)展趨勢(shì)。但是數(shù)字化不可能完全取代模擬電路。3.測(cè)控一體化

測(cè)量的目的不僅僅為了獲取信息，更重要的是為了控制機(jī)器或系統(tǒng)的行為動(dòng)作。測(cè)量與控制相互交融，融為一