測(cè)控電路01-緒論

測(cè)控電路張國(guó)雄天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子郵件：gxzhang@10/9/2023為什么要學(xué)？學(xué)些什么？怎么學(xué)？第1章緒論第1章緒論測(cè)控電路的功用對(duì)測(cè)控電路的主要要求

測(cè)控電路的類型與組成

課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法

測(cè)控電路的輸入輸出信號(hào)

測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)一.為什么要學(xué)？二.學(xué)些什么？三.怎么學(xué)？10/9/20231.1測(cè)控電路的功用生產(chǎn)力是社會(huì)發(fā)展的決定因素。生產(chǎn)力決定國(guó)力。生產(chǎn)的兩大指標(biāo)：質(zhì)量和效率提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都要依靠測(cè)控。沒(méi)有測(cè)量就無(wú)從了解產(chǎn)品的質(zhì)量。沒(méi)有測(cè)量就無(wú)從控制產(chǎn)品的質(zhì)量。1.1測(cè)控電路的功用機(jī)械、電子、冶金、化工、醫(yī)藥等生產(chǎn)都要靠檢測(cè)、反饋控制。

1.1測(cè)控電路的功用機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)靠精度，精度依賴于測(cè)控。自動(dòng)化是提高生產(chǎn)效率的主要手段。現(xiàn)代的自動(dòng)化是柔性自動(dòng)化，越是柔性的系統(tǒng)越需要測(cè)量。寶鋼建設(shè)儀器測(cè)控裝備占總投資1/3。1.1測(cè)控電路的功用自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展就是智能化。智能化：對(duì)環(huán)境、原材料、機(jī)器工具狀態(tài)的自適應(yīng)，進(jìn)行信息交換，優(yōu)化決策。智能化更離不開(kāi)測(cè)控。智能機(jī)器、智能衣服、智能房屋、智能能源。一、測(cè)控電路的功用科技是第一生產(chǎn)力門(mén)德列耶夫：科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的，沒(méi)有測(cè)量就沒(méi)有科學(xué)。測(cè)試是“新技術(shù)革命”的先導(dǎo)和基礎(chǔ)實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。沒(méi)有儀器儀表難以進(jìn)行科學(xué)研究。許多重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)明從測(cè)試和儀器儀表進(jìn)步開(kāi)始。1.1測(cè)控電路的功用祖沖之圓周率是測(cè)出來(lái)的。測(cè)試變“假說(shuō)”、“學(xué)說(shuō)”為科學(xué)例：牛頓萬(wàn)有引力學(xué)說(shuō) 只有在能測(cè)得地球與月亮的精確距離情況下萬(wàn)有引力學(xué)說(shuō)才成為科學(xué)。1.1測(cè)控電路的功用20世紀(jì)初到現(xiàn)在，諾貝爾獎(jiǎng)金頒發(fā)給儀器與測(cè)控手段的項(xiàng)目達(dá)27項(xiàng)之多。哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)天體科學(xué)的作用。掃描隧道顯微鏡對(duì)納米科技的作用。1.1測(cè)控電路的功用當(dāng)今時(shí)代是信息時(shí)代。信息技術(shù)包括：信息獲取、處理、傳輸、存儲(chǔ)、執(zhí)行（控制）。測(cè)量是信息的源頭，最后落實(shí)到控制。信息時(shí)代的標(biāo)志——高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展，速度和容量為其主要指標(biāo)。關(guān)鍵是重復(fù)定位和曝光技術(shù)精度，在于測(cè)控。1.1測(cè)控電路的功用計(jì)算機(jī)的發(fā)展建立在測(cè)控技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上1.1測(cè)控電路的功用國(guó)防事業(yè)離不開(kāi)測(cè)試現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是信息戰(zhàn)儀器儀表的測(cè)量控制精度決定了武器系統(tǒng)的打擊精度（激光制導(dǎo)）定點(diǎn)殺傷，反導(dǎo)彈計(jì)劃-火箭攔截儀器儀表的測(cè)試速度、診斷能力與控制快速性決定了武器系統(tǒng)的反應(yīng)能力振興中國(guó)要發(fā)展測(cè)控1.1測(cè)控電路的功用航空、航天離不開(kāi)測(cè)量。神洲號(hào)發(fā)射成功依靠測(cè)控。宇宙飛船的軌跡需要按測(cè)量數(shù)據(jù)不斷修正?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要靠測(cè)控船等收集。載人航天、登月等前期工作主要收集數(shù)據(jù)。運(yùn)載火箭的試制費(fèi)一半用于儀器與測(cè)控手段。 1.1測(cè)控電路的功用生命科學(xué)環(huán)境、生態(tài)核科技納米科技MEMS安全、社會(huì)爭(zhēng)端都離不開(kāi)測(cè)控1.1測(cè)控電路的功用為什么說(shuō)在現(xiàn)代生產(chǎn)中提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率都離不開(kāi)測(cè)量與控制技術(shù)？試舉例說(shuō)明測(cè)量與控制技術(shù)在生產(chǎn)、生活與各種工作中的廣泛應(yīng)用。舉例說(shuō)明測(cè)量與控制技術(shù)在推動(dòng)科技發(fā)展中的作用？10/9/20231.1測(cè)控電路的功用測(cè)控系統(tǒng)的組成測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？電路是最靈活的，便于放大、傳輸、轉(zhuǎn)換、選取所需信號(hào)、適應(yīng)不同測(cè)控任務(wù)要求。

測(cè)量控制電路傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)10/9/20231.1測(cè)控電路的功用

測(cè)量控制電路傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)原始信號(hào)微弱：高保真放大帶有噪聲、外界干擾：調(diào)制解調(diào)（給信號(hào)賦予一定特征）、共模抑制、濾波復(fù)雜參數(shù)、分析：計(jì)算變換電路。電路是“一傳”和“二傳”手，還有“攔網(wǎng)”作用，是測(cè)控系統(tǒng)中最靈活部分。1.2

對(duì)測(cè)控電路的主要要求一、精度高二、響應(yīng)快三、轉(zhuǎn)換靈活四、可靠性與經(jīng)濟(jì)性學(xué)些什么？要掌握設(shè)計(jì)、選用電路的要領(lǐng)，必須了解對(duì)測(cè)控電路的要求10/9/2023（一）精度高離開(kāi)精度，測(cè)控就失去意義生產(chǎn)、科研、國(guó)防、高科技都離不開(kāi)精度產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上取決于測(cè)控精度儀器儀表的測(cè)控精度決定了武器系統(tǒng)的打擊精度1.2

對(duì)測(cè)控電路的主要要求精度----測(cè)控永恒主題長(zhǎng)度：納米（單一尺寸到坐標(biāo)測(cè)量，分子測(cè)量機(jī)-亞原子測(cè)量機(jī)）時(shí)間：飛秒引力波對(duì)光速影響10-17光鐘10-19（3000億年差1秒）單個(gè)電子電量（1.59×10-19C）1.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求1.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求影響測(cè)控電路精度的主要因素有哪些？其中那幾個(gè)因素是最基本的？1、噪聲與干擾★2、失調(diào)與漂移，主要是溫漂★3、線性度與保真度4、輸入與輸出阻抗的影響10/9/20231.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求課程內(nèi)容首先圍繞精度來(lái)講放大器：低漂、自動(dòng)穩(wěn)零、高共模抑制比、高輸入阻抗、非線性補(bǔ)償信號(hào)的調(diào)制解調(diào)濾波運(yùn)算處理，選取有效成分抗干擾技術(shù)1.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求（二）響應(yīng)快生產(chǎn)節(jié)奏加快科學(xué)研究要了解快速變化過(guò)程高技術(shù)與國(guó)防的要求儀器儀表的測(cè)試速度、診斷能力與控制快速性決定了武器系統(tǒng)的反應(yīng)能力落后就要挨打，慢了就要挨打硬件電路總的來(lái)說(shuō)比軟件有更高的反應(yīng)速度?？焖夙憫?yīng)是衡量電路性能的重要指標(biāo)（低輸出阻抗、轉(zhuǎn)換速度、同步采樣等）。PID控制、前饋與反饋。1.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求1.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求為什么說(shuō)測(cè)控電路是測(cè)控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？1、模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換2、信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換3、量程的變換4、信號(hào)的選取5、信號(hào)處理與運(yùn)算（三）轉(zhuǎn)換靈活10/9/20231.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求對(duì)于靈活性的需求參數(shù)類型更多參數(shù)定義更加復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、人體內(nèi)1.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求測(cè)量范圍更寬尺寸----原子核到宇宙空間電壓----納伏到百萬(wàn)伏電阻----超導(dǎo)至1014歐加速度----10-4~104g溫度----接近絕對(duì)零度到1018度（四）可靠性與經(jīng)濟(jì)性測(cè)控電路越來(lái)越多地實(shí)時(shí)地用在各種系統(tǒng)中；測(cè)控電路越來(lái)越多地國(guó)防和高科技中；測(cè)控電路越來(lái)越多地用在醫(yī)療和其它與生命有關(guān)的系統(tǒng)中；電路的集成度越來(lái)越大。1.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、人體內(nèi)條件更加惡劣高溫、高速、高濕、高塵、振動(dòng)、密閉、遙測(cè)、高壓、高電壓、深水、強(qiáng)場(chǎng)、易爆1.2對(duì)測(cè)控電路的主要要求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)

非調(diào)制模擬信號(hào)被測(cè)量測(cè)量信號(hào)0x

t電路的形式、結(jié)構(gòu)首先與信號(hào)形式與使用要求有關(guān)送到電路的信號(hào)與被測(cè)量具有近似線性關(guān)系10/9/20231.3測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)用電感傳感器測(cè)量工件輪廓形狀usucx線圈測(cè)桿工件銜鐵

調(diào)幅信號(hào)c)ustuctb)a)OxtxOxO（2）

經(jīng)調(diào)制信號(hào)10/9/20231.3測(cè)控電路的輸