测控系统电子技术第一章分析.ppt

测控电路设计 主讲人 周严 第一章 绪 论 1.1 电子技术在测控系统中的 作用和地位 1. 什么是测控电路 是具体应用在测量与控制系统中的电子电路。其特点是强调电路与测量、控制对象的结合。其内涵包括测量系统的信号调理电路、测控系统中的信号采集电路及控制电路。 具体涉及： ①非电量测量电路 ②电量测量电路 ③电力电子电路 ④驱动与控制电路 ⑤生物医学测量电路 2. 测控电路在仪器科学的作用与地位 图1.1.1 现代测控系统的基本组成 测控系统的最前级为传感器，其作用是将各类被测量转换成与之具有一定函数关系的电量（通常为电压）。 信号调理电路的作用是将传感器转换来的电量进行放大、整形使之成为后续电路易于处理的信号。 数字化电路的作用是将信号调理电路变换过来的连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号，供计算机识别及处理。 计算机系统的作用是对数字化了的被测信号进行计算、定标、误差校正或自校准等处理，一方面经处理的测量结果由显示输出系统显示、打印或绘图，另一方面经算法运算过的控制信号经驱动电路驱动执行机构。 通常将信号调理电路、数字化电路和驱动电路统称为测控电路。它已融入测控系统的各个环节，并在其中发挥重要的作用，可以说离开测控电路，测控系统是无法实现的 。 测控电路一方面担负着信号二次变换的重任，另一方面担负着实现控制功能的输出驱动信号的重任。 由于被测和被控物理量及其相应传感器和驱动器的多样性，与之相应的测控电路必然具有多样性，因此测控电路在设计上灵活性很强。从测量准确度的角度，测控电路位于二次仪表的最前级，对测量的准确度起决定作用，因此，测控电路是现代测控系统的关键及难点所在，在现代测控技术中占据极其重要的地位。 1.2 测控系统对测控电路的要求 1. 高精度 指测控电路能够线性地、不失真地、准确地将传感器输出信号变换成易于处理的信号，实现高精度测控电路应具备下列条件： ①低噪声与高抗干扰能力； ②低漂移、高稳定性 ； ③高线性度与高保真度； ④合理的输入与输出阻抗。 2. 高灵敏度、高分辨力 电路的灵敏度是指输出变化量与引起该变化的输入变化量的比值。 其实质是电路的增益，灵敏度k越高，其增益越大。 分辨力是指电路能够检测出的最小输入量。高分辨力是高灵敏度的前提条件。 3. 响应快 实时动态测量已成为测量技术发展的主要方向，动态测量的特点是宽动态范围，要求测控电路具有宽频带，快响应的特性。 4. 转换灵活 为适应各种情况下测量与控制的需要，要求测控电路有灵活地进行各种转换的能力。 ①模数与数模转换； ②信号形式的转换； ③量程的转换； ④信号的选取； ⑤信号的处理与运算。 5. 可靠性 可靠是指测控电路无故障工作，一般用平均无故障工作时间来衡量。现代测控系统是现代装备的有机组成部分，其可靠性与测控系统密切相关，其中测控电路的可靠性是重要的因素。 1.3 测控电路的输入信号与输出信号 1. 模拟式信号 ①非调制信号，输入信号的大小、波形与被测信号的大小、波形直接对应的信号。 ②经调制信号，为提高信号的抗干扰能力，经常将传感器输出的信号调制后再行处理。 2. 数字信号 ①增量码信号，实际是脉冲信号。严格讲这仍然是模拟信号，是一种准数字信号。 ②绝对码信号，一种与状态相对应的信号，实际是数字编码信号。例如码盘输出信号。 ③数字I/O信号，又称开关信号，是一位绝对码信号，只有“0”和“1”两个状态。 1.4 测控电路的类型与组成 测控电路的组成随被测参数、信号类型与控制系统的功能要求的不同而异。 1. 测量电路的基本组成 1）模拟式测量电路的基本组成 组成见图1.4.1 。 图1.4.1 模拟式测量电路 2）数字式测量电路的基本组成 2. 控制电路的基本组成 1）开环控制系统的基本组成 2) 闭环控制系统的基本组成 1. 集成化 以往由分立元件和通用芯片构成的测控电路，可以集成成为专用芯片实现相应的测控功能，缩小了体积，