測(cè)控電路第一章緒論-課件

測(cè)控電路計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院測(cè)控電路計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院第一章緒論第五節(jié)測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)第四節(jié)測(cè)控電路的類(lèi)型與組成第三節(jié)測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)第二節(jié)對(duì)測(cè)控電路的主要要求第一節(jié)測(cè)控電路的功用第六節(jié)課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法2ppt課件第一章緒論第五節(jié)測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)第四節(jié)測(cè)控電路第一節(jié)測(cè)控電路的功用明確以下問(wèn)題：1、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)？2、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。3、測(cè)控系統(tǒng)由那幾部分組成？3ppt課件第一節(jié)測(cè)控電路的功用明確以下問(wèn)題：3ppt課件第一節(jié)測(cè)控電路的功用測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？傳感器測(cè)量控制電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖1-1測(cè)控系統(tǒng)的組成相對(duì)于電量而言，非電量在種類(lèi)和數(shù)量上都多而復(fù)雜。4ppt課件第一節(jié)測(cè)控電路的功用傳感器測(cè)量控執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖1-1測(cè)控第二節(jié)對(duì)測(cè)控電路的主要要求一、精度高二、有合適的輸入輸出阻抗三、動(dòng)態(tài)性能好四、轉(zhuǎn)換靈活五、可靠性高六、經(jīng)濟(jì)性好5ppt課件第二節(jié)對(duì)測(cè)控電路的主要要求一、精度高5ppt課件一、精度高影響測(cè)控電路精度的主要因素有哪些？其中哪幾個(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(xiàn)性度與保真度4、輸入與輸出阻抗的影響6ppt課件一、精度高影響測(cè)控電路精度的主要因素有哪些？其中哪幾個(gè)因素是1.信號(hào)的選取和抗干擾能力（噪聲與干擾）傳感器輸出信號(hào)反映被測(cè)參數(shù)情況的測(cè)量信號(hào)器件內(nèi)部產(chǎn)生的外界干擾引起的其他伴隨信號(hào)（載波、諧波、非表征被測(cè)參數(shù)）噪聲信號(hào)為了保證精度：①儀器電路本身為低噪聲——選用低噪聲元件、合理選擇參數(shù)②采用恰當(dāng)?shù)目垢蓴_措施——屏蔽、隔離、合理布線(xiàn)合理接地和電路本身的合理設(shè)計(jì)——尤其是前級(jí)電路③被測(cè)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)是電路信號(hào)選取、抗干擾的重要和常用的措施之一④對(duì)伴隨信號(hào)的分離與選擇⑤采用高共模抑制比電路7ppt課件1.信號(hào)的選取和抗干擾能力（噪聲與干擾）傳感器輸出信號(hào)反映被2.低漂移、高穩(wěn)定性溫漂：二極管與三極管由于溫度的變化，會(huì)引起電路的漂移。表現(xiàn)為：儀器在一次運(yùn)行中示值發(fā)生漸變。（預(yù)熱）或者冬天和夏天示值不一樣措施采用漂移小、經(jīng)老化處理的元件采用溫度負(fù)反饋、補(bǔ)償措施采用自動(dòng)穩(wěn)零、自動(dòng)定標(biāo)、放大比校正電路規(guī)定環(huán)境溫度和預(yù)熱要求注意：大功率器件遠(yuǎn)離前級(jí)電路、安排好散熱8ppt課件2.低漂移、高穩(wěn)定性溫漂：二極管與三極管由于溫度的變化，會(huì)引3.線(xiàn)性與保真度好線(xiàn)性度：輸入與輸出間具有線(xiàn)性關(guān)系。問(wèn)題：為什么儀器電路中我們追求線(xiàn)性關(guān)系？非線(xiàn)性的時(shí)候怎么辦？非線(xiàn)性影響精度么？保真度：從視聽(tīng)設(shè)備借用過(guò)來(lái)的概念，它要求記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)、圖形保持測(cè)量原貌例如：非線(xiàn)性放大當(dāng)然不僅要求線(xiàn)性度好，還要良好的幅頻特性和相頻特性。因?yàn)槲覀兊脑夹盘?hào)具有不同的頻譜成分。9ppt課件3.線(xiàn)性與保真度好線(xiàn)性度：輸入與輸出間具有線(xiàn)性關(guān)系。例如：非4.合適的輸入與輸出阻抗輸出阻抗很高的傳感器要求電路有很高的輸入阻抗——場(chǎng)效應(yīng)管、自舉電路、電荷放大器為什么：前端電路后端電路R0Ri一般來(lái)說(shuō)，前級(jí)電路的輸出阻抗越小越好。后級(jí)電路的輸入阻抗則是前級(jí)電路的負(fù)載。電路的負(fù)載過(guò)重，必然要影響前級(jí)電路的性能，嚴(yán)重時(shí)前級(jí)電路甚至不能工作。例如：反向放大器的應(yīng)用10ppt課件4.合適的輸入與輸出阻抗輸出阻抗很高的傳感器要求電路二、響應(yīng)快——頻率特性和響應(yīng)速度快實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量已成為測(cè)量技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)例如測(cè)量一個(gè)工件的直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量11ppt課件二、響應(yīng)快——頻率特性和響應(yīng)速度快實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量已成為測(cè)量技術(shù)在機(jī)械量測(cè)試中，例如測(cè)定一些高頻振動(dòng)和高速回轉(zhuǎn)軸系的高次諧波（例如1500次諧波），被測(cè)信號(hào)的頻率可達(dá)107Hz以上。（調(diào)制情況下）載波頻率比待測(cè)信號(hào)的頻率至少還要高一個(gè)數(shù)量級(jí)對(duì)頻率特性的要求看：有些儀器寬頻帶不失真信號(hào)選頻特性頻帶抑制型（例如解調(diào)后抑制載波頻率或二倍載波頻率）總之電路要求在很大頻帶范圍內(nèi)選通某一頻帶的能力····························抑制另一頻率范圍的能力而且在通帶范圍內(nèi)衰減程度要求極高視聽(tīng)設(shè)備：幾個(gè)分貝之內(nèi)量?jī)x：衰減1%，不允許了12ppt課件在機(jī)械量測(cè)試中，例如測(cè)定一些高頻振動(dòng)和高速回轉(zhuǎn)軸系的高次諧波三、轉(zhuǎn)換靈活為什么說(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)換直流交流電壓電流信號(hào)大小頻率幅值相位脈寬13ppt課件三、轉(zhuǎn)換靈活為什么說(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)3、量程與分辨率①模擬式電測(cè)量?jī)x②數(shù)字式量?jī)x——量程主要是由放大器動(dòng)態(tài)工作范圍決定量程受傳感器線(xiàn)性范圍的限制放大器動(dòng)態(tài)工作范圍的限制問(wèn)題：要提高模擬式電測(cè)量?jī)x的分辨率要怎么辦？分辨率：——提高儀器分辨率有利于減少讀數(shù)誤差14ppt課件3、量程與分辨率①模擬式電測(cè)量?jī)x②數(shù)字式量?jī)x——量程主要問(wèn)題：要提高數(shù)字式電測(cè)量?jī)x的分辨率要怎么辦？被測(cè)量的變化不到數(shù)字顯示最低位一個(gè)字時(shí)，示值不變，這叫量化誤差。對(duì)于量化誤差，常采用——細(xì)分電路（在輸出一個(gè)周期內(nèi)插值）4.信號(hào)選取信號(hào)有用信號(hào)噪聲5.信號(hào)的處理與運(yùn)算非線(xiàn)性環(huán)節(jié)進(jìn)行線(xiàn)性化處理和誤差補(bǔ)償?shù)鹊燃訙p乘除、求導(dǎo)、積分等電路15ppt課件問(wèn)題：要提高數(shù)字式電測(cè)量?jī)x的分辨率要怎么辦？被測(cè)量的變化不到四可靠性與經(jīng)濟(jì)性FPGACPLD異軍突起16ppt課件四可靠性與經(jīng)濟(jì)性FPGACPLD異軍突起16ppt課件第三節(jié)測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)輸入信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)輸出信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)一、模擬信號(hào)1、非調(diào)制信號(hào)傳感器的輸出與輸入被測(cè)量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)圖1-2非調(diào)制模擬信號(hào)120xt電路簡(jiǎn)單無(wú)需解調(diào)，抗干擾差17ppt課件第三節(jié)測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)輸入信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)2.調(diào)制信號(hào)調(diào)制：用一個(gè)信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）去控制另一作為載體的（載波信號(hào)），讓后者的某一參數(shù)（幅值、頻率、相位、脈沖寬度等）按前者的值變化。P55輸入信號(hào)調(diào)制器輸出信號(hào)m(t)調(diào)制波c(t)載波s(t)已調(diào)波幾個(gè)重要概念：1、載波頻率（carryingfrequency)2、載波信號(hào)（carryingsignal)3、調(diào)制信號(hào)（modulatingsignal)4、已調(diào)信號(hào)（modulatedsignal)5、調(diào)幅信號(hào)（amplitudemodulatedsignal)收音機(jī)中調(diào)頻、調(diào)幅。長(zhǎng)波、中波、短波。18ppt課件2.調(diào)制信號(hào)輸入信號(hào)調(diào)制器輸出信號(hào)m(t)調(diào)制波c(t)載1.調(diào)幅信號(hào)調(diào)幅：——用調(diào)制信號(hào)x（被測(cè)量）去控制載波的振幅，使高頻振幅按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化例：用電感傳感器測(cè)量工件輪廓形狀usucx214圖1-3用電感傳感器測(cè)量工件輪廓形狀3圖1-4調(diào)幅信號(hào)c)ustuctb)a)OxtxOxO19ppt課件1.調(diào)幅信號(hào)調(diào)幅：——用調(diào)制信號(hào)x（被測(cè)量）去控制載波的振幅2.調(diào)頻信號(hào)用調(diào)制信號(hào)（被測(cè)量）高頻振蕩的頻率控制xtOOtusa)調(diào)制信號(hào)b)調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)的波形20ppt課件2.調(diào)頻信號(hào)高頻振蕩的頻率控制xtOOtusa)調(diào)制信號(hào)b3.調(diào)相信號(hào)用調(diào)制信號(hào)（被測(cè)量）高頻振蕩的相位控制干涉儀中a)b)c)txOttucusOO調(diào)相信號(hào)的波形21ppt課件3.調(diào)相信號(hào)控制干涉儀中a)b)c)txOttucusOO4.脈沖調(diào)制信號(hào)用調(diào)制信號(hào)（被測(cè)量）脈沖的寬度控制調(diào)寬Ua)調(diào)制信號(hào)b)脈沖調(diào)寬信號(hào)txOxTBtO22ppt課件4.脈沖調(diào)制信號(hào)控制調(diào)寬Ua)調(diào)制信號(hào)b)脈沖調(diào)寬信號(hào)t二、數(shù)字信號(hào)（一）增量碼信號(hào)定義：被測(cè)量值——輸出信號(hào)的變化周期成正比增量碼信號(hào)具有模擬信號(hào)的特征，但從整體上來(lái)說(shuō)，它是利用周期數(shù)來(lái)計(jì)算量值，因此是數(shù)字信號(hào)23ppt課件二、數(shù)字信號(hào)（一）增量碼信號(hào)定義：被測(cè)量值——輸出信號(hào)的變化（二）絕對(duì)碼信號(hào) 被測(cè)量———

一定的編碼對(duì)應(yīng)于1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001（三）開(kāi)關(guān)信號(hào)只有0、1兩個(gè)狀態(tài)例如光電開(kāi)關(guān)、繼電器24ppt課件（二）絕對(duì)碼信號(hào) 對(duì)應(yīng)于111100000001001000第四節(jié)測(cè)控電路的類(lèi)型與組成一、測(cè)量電路的基本組成

(一)模擬式測(cè)量電路的基本組成

(二)數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成二、控制電路的基本組成

(一)開(kāi)環(huán)控制

(二)閉環(huán)控制25ppt課件第四節(jié)測(cè)控電路的類(lèi)型與組成一、測(cè)量電路的基本組成25pp電路傳感器量程切換電路放大器解調(diào)器信號(hào)分離電路運(yùn)算電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計(jì)算機(jī)顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩器電源圖1-6模擬式測(cè)量電路的基本組成26ppt課件電路傳感器量程切換電路放大器解調(diào)器信號(hào)分離指令傳感器電路傳感器顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)鎖存器計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路脈沖當(dāng)量放大器整形電路細(xì)分電路手動(dòng)采樣鎖存指令辨向電路圖1-7增量碼數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成27ppt課件指令傳感器電路傳感器顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)鎖存器計(jì)圖1-8開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成測(cè)量電路控制電路

擾動(dòng)量傳感器放大電路輸出轉(zhuǎn)換電路設(shè)定電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)給定機(jī)構(gòu)被控對(duì)象28ppt課件圖1-8開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成測(cè)量電路控制電路擾

設(shè)定電路比較電路校正電路轉(zhuǎn)換電路給定機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象輸出傳感器擾動(dòng)放大電路控制電路圖1-9閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成

29ppt課件設(shè)定比較校正轉(zhuǎn)換給定執(zhí)行被控輸出傳感器擾動(dòng)放大控制電路圖1-第五節(jié)測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)優(yōu)