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1、第1章绪论 1 1测控电路的作用1 2对测控电路的主要要求1 3测控电路的输入信号与输出信号 1 4测控电路的类型与组成 1 5测控电路的发展趋势1 6课程的性质 内容与学习方法 2020 5 13 2 1 1测控电路的作用 1 1 1测控电路的作用衡量生产过程优劣的两项主要指标 产品质量和生产的效率 都需要由测量和控制来保证 狭义 生产过程和生产的自动化 数控机床加工过程产品的质量由控制来保证 由测量来检测 人工加工也是如此 在科学研究中的作用 实验 实践是检验真理的唯一标准没有测量就没有科学 至少是没有真正的科学 精确的科学 门得列捷夫测控在高新科技的应用神舟飞船 探月工程现代生活食品 药
2、品 智能楼宇 汽车 医疗 环境 2020 5 13 3 1 1 2测控系统的组成 对测控电路来讲输入 传感器是敏感元件 检测被测参数的变化 一般将非电量转换为电量 传感器技术输出 执行机构将测控电路输出的功率电量信号转换为非电量 如伺服阀将控制信号转换为阀的位移信号 伺服电机将控制信号转换为角位移等 2020 5 13 4 测控电路在测控系统中的作用 传感器的输出信号一般都很微弱 还可能伴随着各种噪声测控电路将其放大 滤波 信号分离 将信号进行运算 转换 功率放大 输出能控制机构动作的信号测控电路是测控系统中最灵活的部分 起着十分关键的作用 现代测控技术 硬件 软件 硬件是基础 软件是灵魂 2
3、020 5 13 5 1 2对测控电路的主要要求 对测控电路的要求 是由测量任务提出的 可概括为精度高 响应快 转换灵活 精 快 灵 此外还有稳定性 可靠性 经济性等要求 一 精度高二 响应快三 转换灵活四 可靠性与经济性 2020 5 13 6 1 2 1精度高 影响测量精度的因素 1 低噪声与高抗干扰能力原因 高精度测量时 传感器的输出信号往往是很微小的 措施 1 选用低噪声的器件 合理布线 采用适当的接地 隔离与屏蔽等 合理考虑第一级信号 2 对信号进行调制 可以有效抑制干扰3 采用高共模抑制比差动电路 大多数干扰表现为共模干扰 信号传输中的双绞线 2020 5 13 7 精度问题 续
4、2低漂移 高稳定性原因 大部分电子元件的特性 都会受温度影响在一定程度上发生变化 温漂 措施 1 选择温漂小 即对温度不敏感的元器件2 减小电路中关键部分的温度变化 大功率器件远离前级电路 安排散热 2020 5 13 8 精度问题 续 3线性与低失真 高保真 输入与输出具有线性关系 万用表测量电阻 非线性 测量不失真 测控电路在信号所占有的频率范围内 具有良好的频率特性 不失真测量的条件Y kX t y kX t t0 时域频域 幅频相频 2020 5 13 9 精度问题 续 4 有合适的输入 输出阻抗前级电路与后级电路互相影响前级相当于电压源时 前级输出阻抗应较小 后级输入阻抗应较大 对比
5、理想电压源 对电压输出 测量电路的输入阻抗应较大 输出阻抗应较小 对前后级电路工作有利 2020 5 13 10 1 2 2动态特性好 包括响应快和动态失真小实时动态测量已成为测量技术发展的主要方向对高速运动的系统 控制的滞后可能引起系统振荡 导致系统失去稳定 例 雷达 火炮防空系统 2020 5 13 11 1 2 3转换灵活 1 模 数及数 模转换A D D A计算机控制传感器 执行机构的输入 出为模拟信号2 电量参数的转换直流与交流 AC DC 电压与电流 V I 电压与频率 V F 信号的调制 解调3 量程的转换万用表的使用 PGA 可编程增益放大器 4 信号的处理与运算进行信号的选取
6、 滤波 加减乘除 微积分运算 峰值 平均值 有效值 绝对值 线性化处理与误差补偿 硬件 软件 2020 5 13 12 1 2 4可靠性与经济性 测控电路在各种环境下的适应性 不仅仅是实验室环境 在满足性能要求的前提下 简化电路 对器件的要求不能太高 合理的性价比 2020 5 13 13 1 3测控电路的输入信号和输出信号 1 3 1模拟信号1 非调制信号 2020 5 13 14 模拟信号 2已调制信号 从输入 提高信号的抗干扰能力例 用电感传感器测量工件轮廓形状 调制信号 轮廓形状 载波信号 供电信号 输出信号 已调信号 2020 5 13 15 信号调制的概念 1 载波频率 carry
7、ingfrequency 传感器的供电频率2 载波信号 carryingsignal 具有载波频率的高频信号3 调制信号 modulatingsignal 对载波信号进行调制的信号4 已调信号 modulatedsignal 调制后的信号5 调幅信号 amplitudemodulatedsignal 幅值受到调制调制信号 包络信号 X载波信号 高频信号 已 经 调信号 2020 5 13 16 1 3 2数字信号 1 增量码信号输入 增量式码盘 光栅 激光干涉法测量位移输出 步进电机特点 1 输入 被测量值与传感器输出信号的变化周期数成正比2 反应变化量的信号 与被测对象的状态无对应关系 y
8、y0 delta y例 分辨率为1000的编码器 输出波形 A B相 示意 2020 5 13 17 2 绝对码信号 绝对码信号是一种与状态相对应的信号例 绝对式码盘 每个角度方位对应一组编码 Y kx 以4位编码为例k 360 2 4 2020 5 13 18 3 开关信号 开关信号只有两种状态 0 1 高 低电平 开 关输入 行程开关 光电开关 触发式测头输出 继电器 电磁铁等在工业中应用很广 PLC处理大量的开关信号 信号的关系 时序逻辑复杂 数量很多时 也是一个复杂系统 2020 5 13 19 1 4测控电路的类型与组成 1 4 1测量电路的基本组成1 模拟式测量电路的基本组成2 数
9、字式测量电路的基本组成1 4 2控制电路的基本组成1 开环控制2 闭环控制 2020 5 13 20 1 4 1 1模拟式测量电路的基本组成 2020 5 13 21 增量码数字式测量电路的基本组成 微机原理 2020 5 13 22 1 4 2 1开环控制 开环控制的典型例子是步进电机控制系统能够获得正确的输出是建立在输入与输出有确定的函数关系的基础上扰动和噪声 会引起输出的变化通过传感器检测扰动 进行修正 2020 5 13 23 开环控制 续 2020 5 13 24 1 4 2 2闭环控制 主要特点 用传感器直接测量输出量 将它反馈到输入端与设定电路的输出相比较 进行调节 影响精度的主
10、要因素是传感器和比较电路的精度 常用PID校正电路P 比例环节I 积分环节 消除静差 防止振荡D 微分环节 提高响应速度 2020 5 13 25 闭环控制 续 2020 5 13 26 1 5测控电路的发展趋势 1 性能不断提高低噪声 高稳定性 高频响 高可靠性 性能不断提高 功能完善 价格下降 摩尔定律在电子产品中表现明显 2 集成与微型化集成化是微型化的重要措施 集成电路体积小 功耗小 引线短 寄生因素小 容易达到较高精度与频响 另一特点是有源元件容易制作 无源元件难以制作 电感 电容 变压器等更难制作 另一特点是参数不易精确 但一致性好 因此许多时候采用差动电路 2020 5 13 2
11、7 发展趋势 续 3 系统设计观点a 测量与控制电路紧密相联 测量是实现闭环控制的前提 b 测控电路与机械 光学 甚至生物 化学 生物医学仪器 计算机硬件与软件相结合 C 虚拟仪器VI NI 软件即仪器 4 数字化数字电路易于集成 抗干扰性强 便于与计算机连接 但不能完全代替模拟电路 客观世界的许多参数都是模拟量 许多前级信号需经模拟电路调理后 再转换成数字信号 执行机构需要模拟信号 模拟运算的速度比数字电路或软件要快 2020 5 13 28 发展趋势 续 5 通用化 模块化 复杂电路的分解 6 智能化自动控制 自动故障诊断 自适应控制等 2020 5 13 29 第六节课程的性质 内容与学
12、习方法 课程的性质 测控技术与仪器专业的专业课 应用电子技术解决测量和控制中提出的任务分析 电路的工作原理 基本组成综合 设计电路和选用与设计 包括参数设计面向工程应用与其他课程的关系电路 模拟 数字电路 微机原理与接口技术 单片机 程序设计语言 自动控制原理 信号与系统 控制技术与系统 计算机控制 2020 5 13 30 课程的性质 内容与学习方法 续 课程内容信号的放大 调制 解调 信号分离 信号的运算与转换 信号的细分与辨向 连续信号和逻辑与数字控制电路 2020 5 13 31 课程的性质 内容与学习方法 续 学习方法掌握基本概念 基本电路 基本分析方法 重视应用不满足于会计算 逐步掌握设计和分析测试电路的方法 毕业设计 与其他课程的结合 电路 模电 数电 单片机原理及应用 Protel等 学习复杂电路时要有耐心平时成绩20 考试成绩80 2020 5 13 32 第1章本章结束
