1、測控電路1 測控電路任課教師： 陳曄辦公室： 四教209郵箱：電話：控電路2第第1章章 緒論緒論本章要解決的問題本章要解決的問題n為什么要學？為什么要學？n學些什么？學些什么？n怎么學？怎么學？測控電路3第第1章章 緒論緒論測控電路的功用對測控電路的主要要求 測控電路的類型與組成 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法 測控電路的輸入輸出信號 測控電路的發(fā)展趨勢一一. 為什么要學？為什么要學？二二. 學些什么？學些什么？三三. 怎么學？怎么學？測控電路41.1 測控電路的功用測控電路的功用n生產(chǎn)力是社會發(fā)展的決定因素。生產(chǎn)力是社會發(fā)展的決定因素。n生產(chǎn)力決定國力。生產(chǎn)力決定國力。

2、n生產(chǎn)的兩大指標：質(zhì)量和效率生產(chǎn)的兩大指標：質(zhì)量和效率n提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都要依靠測控。提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都要依靠測控。n沒有測量就無從了解產(chǎn)品的質(zhì)量。沒有測量就無從了解產(chǎn)品的質(zhì)量。n沒有測量就無從控制產(chǎn)品的質(zhì)量。沒有測量就無從控制產(chǎn)品的質(zhì)量。測控電路51.1 測控電路的功用測控電路的功用機械、電子、冶金、化工、醫(yī)藥等生機械、電子、冶金、化工、醫(yī)藥等生產(chǎn)都要靠檢測、反饋控制。產(chǎn)都要靠檢測、反饋控制。 測控電路61.1 測控電路的功用測控電路的功用n機器高速運轉(zhuǎn)靠精度，精度依賴于測控。機器高速運轉(zhuǎn)靠精度，精度依賴于測控。n自動化是提高生產(chǎn)效率的主要手段。自動化是提高生產(chǎn)效率的主要手段。n

3、現(xiàn)代的自動化是柔性自動化，越是柔性現(xiàn)代的自動化是柔性自動化，越是柔性的系統(tǒng)越需要測量。的系統(tǒng)越需要測量。n寶鋼建設(shè)儀器測控裝備占總投資寶鋼建設(shè)儀器測控裝備占總投資1/3。測控電路71.1 測控電路的功用測控電路的功用n自動化的進一步發(fā)展就是智能化。自動化的進一步發(fā)展就是智能化。n智能化：對環(huán)境、原材料、機器工具狀智能化：對環(huán)境、原材料、機器工具狀態(tài)的自適應(yīng)，進行信息交換，優(yōu)化決策。態(tài)的自適應(yīng)，進行信息交換，優(yōu)化決策。n智能化更離不開測控。智能化更離不開測控。n智能機器、智能衣服、智能房屋、智能智能機器、智能衣服、智能房屋、智能能源。能源。測控電路8一、測控電路的功用一、測控電路的功用n科技是第

4、一生產(chǎn)力科技是第一生產(chǎn)力n門德列耶夫：科學是從測量開始的，沒有門德列耶夫：科學是從測量開始的，沒有測量就沒有科學。測量就沒有科學。n測試是測試是“新技術(shù)革命新技術(shù)革命”的先導和基礎(chǔ)的先導和基礎(chǔ)n實踐是檢驗真理的唯一標準。實踐是檢驗真理的唯一標準。n沒有儀器儀表難以進行科學研究。沒有儀器儀表難以進行科學研究。n許多重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)明從測試和儀器儀表進許多重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)明從測試和儀器儀表進步開始。步開始。測控電路9n祖沖之圓周率祖沖之圓周率 是測是測出來的。出來的。n測試變測試變“假說假說”、“學說學說”為科學為科學 例：牛頓萬有引力學說只有在能測得例：牛頓萬有引力學說只有在能測得地球與月亮的精確距離情

5、況下萬有引地球與月亮的精確距離情況下萬有引力學說才成為科學。力學說才成為科學。1.1 測控電路的功用測控電路的功用3.1415929113355測控電路101.1 測控電路的功用測控電路的功用n20世紀初到現(xiàn)在，諾貝爾獎金頒發(fā)給儀世紀初到現(xiàn)在，諾貝爾獎金頒發(fā)給儀器與測控手段的項目達器與測控手段的項目達27項之多項之多。n哈勃望遠鏡對天體科學的作用。哈勃望遠鏡對天體科學的作用。n掃描隧道顯微鏡對納米科技的作用。掃描隧道顯微鏡對納米科技的作用。測控電路111.1 測控電路的功用測控電路的功用n當今時代是信息時代。當今時代是信息時代。 n信息技術(shù)包括：信息獲取、處理、傳輸、存儲、信息技術(shù)包括：信息獲

6、取、處理、傳輸、存儲、執(zhí)行（控制）。執(zhí)行（控制）。n測量是信息的源頭，最后落實到控制。測量是信息的源頭，最后落實到控制。n信息時代的標志信息時代的標志高性能計算機的發(fā)展，速高性能計算機的發(fā)展，速度和容量為其主要指標。度和容量為其主要指標。n 關(guān)鍵是重復定位和曝光技術(shù)精度，在于測控。關(guān)鍵是重復定位和曝光技術(shù)精度，在于測控。測控電路121.1 測控電路的功用測控電路的功用n國防事業(yè)離不開測試國防事業(yè)離不開測試n現(xiàn)代戰(zhàn)爭是信息戰(zhàn)現(xiàn)代戰(zhàn)爭是信息戰(zhàn)n儀器儀表的測量控制精度決定了武器系儀器儀表的測量控制精度決定了武器系統(tǒng)的打擊精度（激光制導）統(tǒng)的打擊精度（激光制導）n定點殺傷，反導彈計劃定點殺傷，反導彈計

7、劃-火箭攔截火箭攔截n儀器儀表的測試速度、診斷能力與控制儀器儀表的測試速度、診斷能力與控制快速性決定了武器系統(tǒng)的反應(yīng)能力快速性決定了武器系統(tǒng)的反應(yīng)能力n振興中國要發(fā)展測控振興中國要發(fā)展測控測控電路131.1 測控電路的功用測控電路的功用n航空、航天離不開測量。航空、航天離不開測量。n神洲號發(fā)射成功依靠測控。神洲號發(fā)射成功依靠測控。n宇宙飛船的軌跡需要按測量數(shù)據(jù)不斷修正。宇宙飛船的軌跡需要按測量數(shù)據(jù)不斷修正。n科學實驗數(shù)據(jù)要靠測控船等收集。科學實驗數(shù)據(jù)要靠測控船等收集。n載人航天、登月等前期工作主要收集數(shù)據(jù)。載人航天、登月等前期工作主要收集數(shù)據(jù)。n運載火箭的試制費一半用于儀器與測控手運載火箭的試

8、制費一半用于儀器與測控手段。段。測控電路141.1 測控電路的功用測控電路的功用測控系統(tǒng)的組成測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？測控電路在整個測控系統(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、電路是最靈活的，便于放大、傳輸、轉(zhuǎn)換、選取所需信號、適應(yīng)不同測控任務(wù)要求。選取所需信號、適應(yīng)不同測控任務(wù)要求。 測量控測量控 制電路制電路傳感器傳感器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)測控電路151.1 測控電路的功用測控電路的功用 測量控測量控 制電路制電路傳感器傳感器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)原始信號微弱：高保真放大原始信號微弱：高保真放大帶有噪聲、外界干擾：調(diào)制解調(diào)（給信號賦予一定特帶有噪聲、外界干擾：

9、調(diào)制解調(diào)（給信號賦予一定特征）、共模抑制、濾波征）、共模抑制、濾波復雜參數(shù)、分析：計算變換電路。復雜參數(shù)、分析：計算變換電路。電路是電路是“一傳一傳”和和“二傳二傳”手，還有手，還有“攔網(wǎng)攔網(wǎng)”作用，作用，是測控系統(tǒng)中最靈活部分。是測控系統(tǒng)中最靈活部分。 測控電路161.21.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求一、精度高一、精度高二、響應(yīng)快二、響應(yīng)快三、轉(zhuǎn)換靈活三、轉(zhuǎn)換靈活四、可靠性與經(jīng)濟性四、可靠性與經(jīng)濟性要掌握設(shè)計、選用電路的要領(lǐng)，必須了解對測控電路的要求要掌握設(shè)計、選用電路的要領(lǐng)，必須了解對測控電路的要求測控電路17（一）精度高一）精度高n離開精度，測控就失去意義離開精度，測控

10、就失去意義n生產(chǎn)、科研、國防、高科技都離不開精度生產(chǎn)、科研、國防、高科技都離不開精度n產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上取決于測控精度產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上取決于測控精度n儀器儀表的測控精度決定了武器系統(tǒng)的打儀器儀表的測控精度決定了武器系統(tǒng)的打擊精度擊精度1.21.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求測控電路18n精度精度-測控永恒主題測控永恒主題n長度：納米（單一尺寸到坐標測量，分長度：納米（單一尺寸到坐標測量，分子測量機子測量機- -亞原子測量機）亞原子測量機）n時間：飛秒時間：飛秒n引力波對光速影響引力波對光速影響1010-17-17n光鐘光鐘1010-19-19（30003000億年差億年

11、差1 1秒）秒）n單個電子電量（單個電子電量（1.591.591010-19-19C C）1.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求 測控電路191.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求影響測控電路精度的主要因素有哪些？其影響測控電路精度的主要因素有哪些？其中那幾個因素是最基本的？中那幾個因素是最基本的？1 1、 噪聲與干擾噪聲與干擾2 2、失調(diào)與漂移，主要是溫漂、失調(diào)與漂移，主要是溫漂3 3、線性度與保真度、線性度與保真度4 4、輸入與輸出阻抗的影響、輸入與輸出阻抗的影響測控電路201.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求n課程內(nèi)容首先圍繞課程內(nèi)

12、容首先圍繞精度精度來講來講n放大器：低漂、自動穩(wěn)零、高共模抑制放大器：低漂、自動穩(wěn)零、高共模抑制比、高輸入阻抗、非線性補償比、高輸入阻抗、非線性補償n信號的調(diào)制解調(diào)信號的調(diào)制解調(diào)n濾波濾波n運算處理，選取有效成分運算處理，選取有效成分n抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)測控電路211.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求（二）響應(yīng)快（二）響應(yīng)快n生產(chǎn)節(jié)奏加快生產(chǎn)節(jié)奏加快n科學研究要了解快速變化過程科學研究要了解快速變化過程n高技術(shù)與國防的要求高技術(shù)與國防的要求n儀器儀表的測試速度、診斷能力與控制儀器儀表的測試速度、診斷能力與控制快速性決定了武器系統(tǒng)的反應(yīng)能力快速性決定了武器系統(tǒng)的反應(yīng)能力n落

13、后就要挨打，慢了就要挨打落后就要挨打，慢了就要挨打測控電路22n硬件電路總的來說比軟件有更高的反應(yīng)速度。硬件電路總的來說比軟件有更高的反應(yīng)速度。n快速響應(yīng)是衡量電路性能的重要指標（低輸出快速響應(yīng)是衡量電路性能的重要指標（低輸出阻抗、轉(zhuǎn)換速度、同步采樣等）。阻抗、轉(zhuǎn)換速度、同步采樣等）。nPIDPID控制、前饋與反饋?？刂?、前饋與反饋。1.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求 測控電路231.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求為什么說測控電路是測控系統(tǒng)中最靈活的為什么說測控電路是測控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？1 1、 模數(shù)轉(zhuǎn)換

14、與數(shù)模轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換2 2、信號形式的轉(zhuǎn)換、信號形式的轉(zhuǎn)換3 3、量程的變換、量程的變換4 4、信號的選取、信號的選取5 5、信號處理與運算、信號處理與運算（三）轉(zhuǎn)換靈活三）轉(zhuǎn)換靈活測控電路241.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求對于靈活性的需求對于靈活性的需求n參數(shù)類型更多參數(shù)類型更多 n參數(shù)定義更加復雜參數(shù)定義更加復雜n應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、人體內(nèi)人體內(nèi)測控電路251.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求n測量范圍更寬測量范圍更寬 n尺寸尺寸-原子核到宇宙空間原子核到宇宙空間n電壓電壓-納伏到百萬伏納

15、伏到百萬伏n電阻電阻-超導至超導至10101414測控電路26（四）可靠性與經(jīng)濟性（四）可靠性與經(jīng)濟性n測控電路越來越多地實時地用在各種系測控電路越來越多地實時地用在各種系統(tǒng)中；統(tǒng)中；n測控電路越來越多地國防和高科技中；測控電路越來越多地國防和高科技中；n測控電路越來越多地用在醫(yī)療和其它與測控電路越來越多地用在醫(yī)療和其它與生命有關(guān)的系統(tǒng)中；生命有關(guān)的系統(tǒng)中；n電路的集成度越來越大。電路的集成度越來越大。1.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求測控電路27n應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、人體內(nèi)人體內(nèi)n條件更加惡劣條件更加惡劣 高溫、高速、高濕

16、、高塵、振動、密閉、高溫、高速、高濕、高塵、振動、密閉、遙測、高壓、高電壓、遙測、高壓、高電壓、 深水、強場、易深水、強場、易爆爆1.2 1.2 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求 測控電路281.31.3 測控電路的輸入信號與輸出信號測控電路的輸入信號與輸出信號1、模擬式信號、模擬式信號 (1) 非調(diào)制信號 非調(diào)制模擬信號被測量測量信號 0 x t電路的形式、結(jié)構(gòu)首先與信號形式與使用要求有關(guān)電路的形式、結(jié)構(gòu)首先與信號形式與使用要求有關(guān)送到電路的信號與被測量具有近似線性關(guān)系送到電路的信號與被測量具有近似線性關(guān)系 測控電路291.3 1.3 測控電路的輸入信號與輸出信號測控電路的輸入信號與

17、輸出信號用電感傳感器測量工件輪廓形狀usucx線圈線圈測桿測桿工件工件銜鐵銜鐵 調(diào)幅信號c)ustuctb)a)O xtxO xO（2） 經(jīng)調(diào)制信號測控電路301.3 1.3 測控電路的輸入信號與輸出信號測控電路的輸入信號與輸出信號2、數(shù)字式信號、數(shù)字式信號（1）增量碼信號）增量碼信號（2）絕對碼信號）絕對碼信號（3）開關(guān)信號）開關(guān)信號測控電路311.3 1.3 測控電路的輸入信號與輸出信號測控電路的輸入信號與輸出信號2、數(shù)字式信號、數(shù)字式信號（1）增量碼信號2 LN123546L輸出反映變化量輸出反映變化量測控電路321.31.3 測控電路的輸入信號與輸出信號測控電路的輸入信號與輸出信號2、

18、數(shù)字式信號、數(shù)字式信號（1）增量碼信號）增量碼信號LNW亮亮亮亮暗暗LW輸出反映變化量輸出反映變化量 測控電路33簡述1.31.3 測控電路的輸入信號與輸出信號測控電路的輸入信號與輸出信號2、數(shù)字式信號、數(shù)字式信號 （2）絕對碼信號）絕對碼信號 1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001輸出與狀態(tài)一一對應(yīng)輸出與狀態(tài)一一對應(yīng)測控電路341.31.3 測控電路的輸入信號與輸出信號測控電路的輸入信號與輸出信號2、數(shù)字式信號、數(shù)字式信號（3）開關(guān)信號）開關(guān)信號輸出只有開關(guān)、通斷、輸出只有開關(guān)、通斷、亮暗、亮暗、01兩

19、種狀態(tài)兩種狀態(tài)321AABB456指示燈789101112lFB-BA-Ar 測控電路351.4 1.4 測控電路的類型與組成測控電路的類型與組成一、測量電路的基本組成一、測量電路的基本組成 模擬式測量電路的基本組成模擬式測量電路的基本組成 數(shù)字式測量電路的基本組成數(shù)字式測量電路的基本組成二、控制電路的基本組成二、控制電路的基本組成 開環(huán)控制開環(huán)控制 閉環(huán)控制閉環(huán)控制 測控電路361.41.4 測控電路的類型與組成測控電路的類型與組成 模擬式測量電路的基本組成電路電路傳傳 感感 器器量程切換電路量程切換電路放放 大大 器器 解解 調(diào)調(diào) 器器信號分離電路信號分離電路運運 算算 電電 路路模數(shù)轉(zhuǎn)換

20、電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計計 算算 機機顯示執(zhí)行機構(gòu)顯示執(zhí)行機構(gòu)振振 蕩蕩 器器 電電 源源 測控電路371.41.4 測控電路的類型與組成測控電路的類型與組成指令傳感器指令傳感器電路電路傳傳 感感 器器顯示執(zhí)行機構(gòu)顯示執(zhí)行機構(gòu)計計 算算 機機鎖鎖 存存 器器計計 數(shù)數(shù) 器器轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路脈沖當量脈沖當量放放 大大 器器整形電路整形電路細分電路細分電路手動采樣手動采樣鎖存指令鎖存指令辨向電路辨向電路 增量碼數(shù)字式測量電路的基本組成增量碼數(shù)字式測量電路的基本組成 測控電路381.41.4 測控電路的類型與組成測控電路的類型與組成 開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成測量電路測量電路 控制電路控

21、制電路 擾動量擾動量傳感器傳感器放大放大電路電路輸輸出出轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路電路設(shè)定設(shè)定電路電路執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)給定給定機構(gòu)機構(gòu)被控被控對象對象 測控電路391.41.4 測控電路的類型與組成測控電路的類型與組成 設(shè)定設(shè)定電路電路比較比較電路電路校正校正電路電路轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路電路給定給定機構(gòu)機構(gòu)執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)被控被控對象對象輸出輸出傳感器傳感器擾動擾動放大放大電路電路控制電路控制電路 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成 測控電路401.5 1.5 測控電路的發(fā)展趨勢測控電路的發(fā)展趨勢n 優(yōu)質(zhì)化(精、快、可靠）n 集成化n 數(shù)字化n 通用化、模塊化n 測控一體化n 自動化與智能化 測控電路41

22、2022-6-111.61.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法掌握基礎(chǔ), 注重實踐三、怎么學？三、怎么學？測控電路421.61.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法n寬基礎(chǔ)寬基礎(chǔ) 重點放在基本功能塊重點放在基本功能塊n創(chuàng)造性創(chuàng)造性 怎樣運用電路解決工程技術(shù)問題怎樣運用電路解決工程技術(shù)問題測控電路431.61.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法n主要介紹工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中常用的測量與主要介紹工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中常用的測量與控制電路的控制電路的各種功能塊和總體連接各種功能塊和總體連接，使學生熟，使學生熟悉怎樣悉怎樣運用電子技術(shù)來解決

23、測量與控制中的任運用電子技術(shù)來解決測量與控制中的任務(wù)務(wù)。它不是一般意義上電子技術(shù)課的深化與提。它不是一般意義上電子技術(shù)課的深化與提高，而要著重講清，如何在電子技術(shù)與測量、高，而要著重講清，如何在電子技術(shù)與測量、控制間架起一座控制間架起一座橋梁橋梁，實現(xiàn)二者之間的，實現(xiàn)二者之間的溝通溝通，學會如何在測量和控制中運用電子技術(shù)，并與學會如何在測量和控制中運用電子技術(shù)，并與光、機、計算機緊密光、機、計算機緊密配合配合，實現(xiàn)測控的總體思，實現(xiàn)測控的總體思想，圍繞想，圍繞精、快、靈、可靠精、快、靈、可靠和測控任務(wù)的其它和測控任務(wù)的其它要求來要求來選用選用電路、電路、設(shè)計設(shè)計電路。電路。測控電路441.61

24、.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法一、一、橋梁橋梁（工程與電路之間）（工程與電路之間） 工程問題如何用電路解決？工程問題如何用電路解決？高共模抑制比高共模抑制比1. 多數(shù)干擾是共模干擾；多數(shù)干擾是共模干擾；2. 許多測控任務(wù)需要的就是差值、變化量許多測控任務(wù)需要的就是差值、變化量 如形狀誤差如形狀誤差 溫度變化、梯度溫度變化、梯度 跟蹤誤差（實際值與理想值之差）跟蹤誤差（實際值與理想值之差）測控電路451.61.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法濾波濾波n測量信號測量信號n表面輪廓表面輪廓n形狀誤差（準直流）形狀誤差（準直流）n波度（低頻）波度（低頻）n表面粗糙度（中頻）表面粗糙度（中頻）n噪聲（高頻）噪聲（高頻）測控電路46n不同類型的誤差對功能有不同影響不同類型的誤差對功能有不同影響n不同類型的誤差有不同形成根源不同類型的誤差有不同形成根源n濾波技術(shù)還常用于機器故障診斷濾波技術(shù)還常用于機器故障診斷1.61.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法測控電路471.61.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法二、二、從信息流總體來分析電路從信息流總體來分析電路n光、機、電、計算機怎樣配合、合理分配光、機、電、計算機怎樣配合、合理分配