测控电路-第三版-第一章--绪论

测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院•教材•李大鹏•13752356184•[e-mail]•4-G310测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院•教材•参考书测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院课程要求不在课堂中使用电话、MP3等不迟到，不早退，不旷课请假作业独立思考完成实验认真完成，提交符合要求的实验报告点名及提问欢迎提出好的建议和意见评分与考核期末考试70%平时作业、课堂表现、实验与考勤共占30%测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院考前众生相•整个学期全荒废，临近考试全心碎，一周时间全没睡，考试之前全在背，走进考场全崩溃，拿到卷子全流泪，背的东西全不考，考的东西全不会。•有一种考试范围叫“整本书都要考”，有一种考试重点叫“我讲过的都是重点”。听第一句心一下沉，听第二句泪已夺眶......•高中时，羡慕大学生考试及格就行。大学了，怀念高中不及格都行。•其实高考一点也不可怕，复习了一年，考的都是会的东西。大学考试才可怕，只有一周复习时间，考的还全是不会的东西。测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院考前众生相•Universitystudentsstudy24hoursaday,7daysaweekand2weeksayear.•世界上最遥远的距离，不是生与死的距离，而是快要考试了，别人在复习，自己在预习。•挂柯南，挂科难。如果你有科比的海报，就别挂柯南，否则“不挂科比挂柯南”;单独使用科比海报亦可，因为“挂科比不挂柯南。测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院课程公用邮箱[e-mail]密码：cekongdianlu不要改密码！！下载附件即可，不要剪切，清空！测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院•第一节测控电路的功用•第二节对测控电路的主要要求•第三节测控电路的输入信号与输出信号•第四节测控电路的类型与组成•第五节测控电路的发展趋势•第六节课程的性质、内容与学习方法第一章绪论测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院电测法•电量和非电量测量车速的例子测量血糖、酒精浓度等超声波检查数码相机三坐标测量机测量几何量的例子•电测法的突出优势极宽的测量范围电子测量仪器具有极小的惯性可以很方便地实现遥测便于对信号进行各种运算、处理、显示和记录•非电量的电测法测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第一节测控电路的功用•测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？•放大、剔除噪声、选取有用信号、运算、处理、变换….传感器测量控制电路执行机构图1-1测控系统的组成测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院完整的测控电路系统示意图•前提课程：传感器•单片微机原理被测对象被控对象传感器（放大、滤波、调制解调、信号转换、运算、细分等）信号处理（模/数控制电路、单片机、PLC、DSP、FPGA、计算机、工控机等）控制器输出电路（光隔、驱动、D/A等）测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院简易电子称设计制作传感器放大系统A/D转换显示器传感器专用电源电子秤组成框图测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院简易电子称设计制作测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院超声波测距仪的制作•通过测量超声波发射到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离。可以测量0.35-10m的距离。测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院•超声波发射电路•超声波接受电路•信号比较、测量、计数和显示电路测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院超声波测距仪的制作测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院刚性自动化与柔性自动化测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院凸轮机构在胶印机中的应用测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院•“柔性自动化技术”以数控技术为核心，将计算机技术、信息技术与生产技术有机结合在一起•离不开检测、电控测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第二节对测控电路的主要要求•一、精度高•二、有合适的输入与输出阻抗•三、响应快（动态性能好）•四、转换灵活•五、可靠性高•六、经济性好测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院•影响测控电路精度的主要因素有哪些？其中哪几个因素是最基本的？1、噪声与干扰★2、失调与漂移，主要是温漂★3、线性度与保真度4、输入与输出阻抗的影响(负载效应)测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院负载效应•在实际测量工作中，测量系统和被测对象之间、测量系统内部各环节相互连接必然产生相互作用。接入的测量装置，构成被测对象的负载；后接环节成为前面环节的负载。彼此间存在能量交换和相互影响，以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加(并联)或连乘(串联)。•R2是阻值随被测物理量变化的电阻传感器，通过测量直流电路将电阻变换转化为电压变化，通过电压表进行显示。未接入电压表测量电路时，电阻R2上的电压降为：U0=ER2/(R2＋R1)接入电压表测量电路时，电阻R2上的电压降为：U1=ER2Rm/[R1(Rm+R2)+RmR2]测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院•减小负载效应误差的措施：1.提高后续环节(负载)的输入阻抗。2.在原来两个相连接的环节中，插入高输入阻抗，低输出阻抗的放大器，以便一方面减小从前一环节吸取的能量，另一方面在承受后一环节（负载）后有能减小电压输出的变化，从而减轻总的负载效应。3.使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前面环节吸取能量。•总之，在组成测量系统时，要充分考虑各组成环节之间连接时的负载效应，尽可能的减小负载效应的影响。为了定量说明这种负载效应的影响程度，令R1＝100K欧姆、R２＝150K欧姆、Rm＝150K欧姆,E=150V。带入上式，可以计算得到，U0=90V，U1=64.3V，误差到达28.6%。若将电压表测量电路负载电阻加大到1M欧姆，则U1=84.9V，误差减小为5.76%。此例充分说明了负载效应对测量结果的影响是很大的。测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院•为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？1、模数转换与数模转换2、信号形式的转换3、量程的变换4、信号处理与运算测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第三节测控电路的输入信号与输出信号一、模拟信号(一)非调制信号图1-2非调制模拟信号120xt测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第三节测控电路的输入信号与输出信号(二)经调制信号例：用电感传感器测量工件轮廓形状usucx214图1-3用电感传感器测量工件轮廓形状3测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院txOtOucusa)调制信号b)载波信号Otc)双边带调幅信号图1-4调幅信号几个重要概念：1、载波频率（carryingfrequency)2、载波信号（carryingsignal)3、调制信号（modulatingsignal)4、已调信号（modulatedsignal)5、调幅信号（amplitudemodulatedsignal)测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院二、数字式信号（一）增量码信号反映变化量的信号（二）绝对码信号反映状态的信号（三）开关信号1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院光栅位移传感器32411.标尺光栅2.指示光栅3.光电元件4.光源ddffddBffddW/2WθddW/2指示光栅标尺光栅通过光电元件，可将莫尔条纹移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信号，将此电压信号放大、整形变换为方波，经微分转换为脉冲信号，再经辨向电路和可逆计数器计数，则可用数字形式显示出位移量，位移量等于脉冲与栅距乘积。测量分辨率等于栅距。测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第四节测控电路的类型与组成•一、测量电路的基本组成(一)模拟式测量电路的基本组成(二)数字式测量电路的基本组成•二、控制电路的基本组成(一)开环控制(二)闭环控制测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院电路传感器量程切换电路放大器解调器信号分离电路运算电路模数转换电路计算机显示执行机构振荡器电源图1-6模拟式测量电路的基本组成测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院指令传感器电路传感器显示执行机构计算机锁存器计数器转换电路脉冲当量放大器整形电路细分电路手动采样锁存指令辨向电路图1-7增量码数字式测量电路的基本组成测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院图1-8开环控制系统的基本组成测量电路控制电路扰动量传感器放大电路输出转换电路设定电路执行机构给定机构被控对象测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院设定电路比较电路校正电路转换电路给定机构执行机构被控对象输出传感器扰动放大电路控制电路图1-9闭环控制系统的基本组成测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第五节测控电路的发展趋势•优质化•集成化•系统设计观•数字化•通用化、模块化•智能化测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第六节课程的性质、内容与学习方法•专业课•信号放大电路、信号调制解调电路、信号分离电路、信号运算电路、信号转换电路、信号细分与辨向电路、控制电路等•实践测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院课程特点•单元电路•集成电路（芯片），特别是集成运放•侧重于实际应用•有源器件•鼓励使用新器件测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院本课程主要内容1．绪论测控电路的功用对测控电路的主要要求测控电路的输入信号与输出信号测控电路的类型与组成测控电路的发展趋势课程的性质、内容与学习方法测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第二章信号放大电路•了解运算放大器的主要参数及其含义•了解运算放大器的误差及其补偿•掌握反相放大电路、同相放大电路、基本差动放大器•掌握高输入阻抗放大电路•掌握高共模抑制比放大电路•掌握电桥放大电路；•掌握低漂移放大电路；•了解隔离防大电路的工作原理测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第三章信号调制解调电路•理解调制的含义，了解信号调制解调电路的应用•掌握几种调幅方法以及包络检波电路•掌握相敏检波电路的特点，与包络检波电路的比较•理解相敏检波电路的选频特性和鉴相特性•理解调频信号的表达式、波形；调频及鉴频方法•理解调相信号的表达式、波形；调相及鉴相方法•了解脉宽调制信号表达式、波形；脉宽调制及解调方法测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第四章信号分离电路•掌握滤波器基本知识•掌握RC有源滤波电路（包括一阶、二阶）•了解集成有源滤波器测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第五章信号运算电路•掌握比例运算放大电路•掌握加法、减法运算电路•掌握微分、积分运算电路•掌握常用特征值运算电路•理解函数性运算电路测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第六章信号转换电路•掌握采样/保持电路•掌握电压比较电路•理解电压频率转换电路•理解电压电流转换电路•掌握模拟数字转换电路测控电路COPYRIGHT2013天津工大机械工程学院第七章信号细分与辨向电路•掌握直传式细分电路四细分辨向电路电阻链分相细分微型计算机细分测控电路COPYRIGHT20