测控电路01_绪论
第1章 绪论-《测控电路(第4版)》张国雄
1.2 对测控电路的主要要求
要掌握设计、选用电路的要领，必须了解对测控电路的要求
一、精度高
二、响应快
三、转换灵活
四、可靠性与经济性
测控电路
2013-8-19
6
1.2 对测控电路的主要要求
（一）精度高 离开精度，测控就失去意义 生产、科研、国防、高科技都离不开精度 产品的质量在很大程度上取决于测控精度 仪器仪表的测控精度决定了武器系统的打 击精度
1.6 课程的性质、内容与学习方法
宽基础 重点放在基本功能块 创造性 怎样运用电路解决工程技术问题
1.6 课程的性质、内容与学习方法
主要介绍工业生产和科学研究中常用的测量与 控制电路的各种功能块和总体连接，使学生熟 悉怎样运用电子技术来解决测量与控制中的任 务。它不是一般意义上电子技术课的深化与提 高，而要着重讲清，如何在电子技术与测量、 控制间架起一座桥梁，实现二者之间的沟通， 学会如何在测量和控制中运用电子技术，并与 光、机、计算机紧密配合，实现测控的总体思 想，围绕精、快、灵、可靠和测控任务的其它 要求来选用电路、设计电路。
1.2 对测控电路的主要要求
精度----测控永恒主题 长度：纳米（单一尺寸到坐标测量，分 子测量机-亚原子测量机） 时间：飞秒 引力波对光速影响10-17 光钟10-19（3000亿年差1秒） 单个电子电量（1.59×10-19C）
1.2 对测控电路的主要要求
影响测控电路精度的主要因素有哪些？其 中那几个因素是最基本的？
测控电路
2013-8-19
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1.4 测控电路的类型与组成
扰动
给定 机构
设定 电路
比较 电路
测控电路
测控电路测控技术是现代生产和高科技中的一项必不可少的基础技术。
本书主要介绍工业生产和科学研究中常用的测量与控制电路。
包括测控电路的功用和对它的主要要求、测控电路的类型与组成、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、信号细分与辩向电路、逻辑控制与连续信号控制电路、测控电路中的抗干扰技术，最后通过若干典型测控电路对电路进行分析。
本教材不是一般意义上电子技术教程的深化与提高，而是着重讲清如何在电子技术与测量、控制之间架起一座桥梁，使学员熟悉怎样运用电子技术来解决测量与控制中的任务，实现测控的总体思想，围绕精、快、灵和测控任务的其他要求来选用和设计电路。
"前言第一章绪论第一节测控电路的功用第二节对测控电路的主要要求一、精度高二、响应快三、转换灵活四、可靠性与经济性第三节测控电路的输入信号与输出信号一、模拟式信号二、数字式信号第四节测控电路的类型与组成一、测量电路的基本组成二、控制电路的基本组成第五节测控电路的发展趋势第六节课程的性质、内容与学习方法思考题与习题第二章信号放大电路第一节测量放大电路一、基本要求与类型.二、稳零放大电路三、高输入阻抗放大电路四、高共模抑制比较放大电路五、电桥放大电路六、电荷放大电路七、单片集成测量放大器第二节增益调整与切换以及线性化电路一、增益调整电路二、可编程增益放大电路三、线性化电路第三节隔离放大电路一、基本原理二、通用隔离放大电路三、程控增益隔离放大电路第四节功率放大电路一、基本电路二、组合式功率放大电路三、单片集成功率放大器思考题与习题第三章信号调制解调电路第一节调制解调的功用与类型第二节调幅式测量电路一、调幅原理与方法二、包络检波电路三、相敏检波电路第三节调频式测量电路一、调频原理与方法二、鉴频电路第四节调频式测量电路一、调频原理与方法二、鉴相电路第五节脉冲调制式测量电路一、脉冲调制原理与方法二、脉冲调制信号与方法三、脉冲调制测量电路应用举例思考题与习题第四章信号分离电路第一节滤波器的基本知识一、滤波器的类型二、模拟滤波器的传递函数与频率特性三、滤波器特性的逼近第二节 RC有源滤波电路一、压控电压源型滤波电路二、无限增益多路反馈型滤波电路三、双二阶环滤波电路四、有源滤波器设计第三节集成有源滤波器一、开关电容滤波原理二、集成有源滤波芯片介绍第四节跟踪滤波器一、压控跟踪滤波器二、变频跟踪滤波器第五节数字滤波器简介一、数字系统频域分析二、数字滤波原理简介三、数字滤波器的实现思考题与习题第五章信号运算电路第一节加减运算电路一、加法运算电路二、减法运算电路第二节对数、指数及乘除运算电路一、对数运算电路二、指数运算电路三、乘除和乘方、开方运算电路第三节微分积分运算电路一、积分运算电路二、微分运算电路三、PID电路第四节常用特征值运算电路一、绝对值运算电路二、平均值运算电路三、峰值运算电路四、有效值运算电路第五节复杂运算电路一、反函数运算电路二、任意函数电路三、解微分方程运算电路思考题与习题第六章信号转换电路第一节采样保持电路一、基本原理二、模拟开关三、采样保持实用电路第二节电压比较电路一、电平比较电路二、滞回比较电路三、窗口比较电路第三节电压频率转换电路一、V/f转换器二、f/V转换器第四节电压电流转换电路一、I/V转换器二、V/I转换器第五节模拟数字转换电路一、D/A转换器二、A/D转换器思考题与习题第七章信号细分与辨向电路第一节直传式细分电路一、四细分辨向电路二、电阻链分相细分三、微型计算机细分四、只读存储器细分第二节平衡补偿式细分一、相位跟踪细分二、幅值跟踪细分三、脉冲调宽型幅值跟踪细分四、频率跟踪细分——锁相倍频细分思考题与习题第八章逻辑控制电路第一节二值可控元件驱动电路一、功率开关驱动电路二、继电器与电磁阀驱动电路三、步进电动机驱动电路第二节可编程逻辑器件一、可编程阵列逻辑PAL二、通用阵列逻辑GAL思考题与习题第九章连续信号控制电路第一节导电角控制逆变器一、120°导电角控制逆变器二、180°导电角控制逆变器第二节脉宽调制（PWM）控制电路一、脉宽调制控制电路的工作原理二、典型脉宽调制电路三、PWM功率转换电路四、同步式与异步式脉宽调制控制电路第三节变频控制电路一、基本原理和分类二、控制方式和特性三、AC-AC变频器四、AC-DC-AC变频器五、脉宽调制型变频控制电路第四节程控电源一、程控相控型电源二、程控交流稳定电源思考题与习题第十章测控电路中的抗干扰技术第一节电磁干扰一、干扰与噪声源二、干扰与噪声的耦合方式三、干扰与噪声抑制的一般措施第二节屏蔽、接地、隔离、布线与灭弧技术一、屏蔽技术二、接地技术三、隔离技术四、布线技术五、灭弧技术第三节电源干扰的抑制一、电网干扰抑制技术二、电源稳定净化技术思考题与习题第十一章典型测控电路分析第一节温度测量与控制系统一、温度、压力测控仪二、半导体激光电源的温度控制电路第二节数控机床的速度、位移测控系统一、速度控制二、位置控制思考题与习题参考文献。
测控电路
所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外， 还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器 的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时， 控制它，使它按规定的要求运行。
产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。 特别是当今时代的自动化已不是本世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动 化，而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应控制与智能化。越是 柔性的系统就越需要检测。没有检测，机器和生产系统就不可能按正确的规程自 动运行。自适应控制就是要使机器和系统能自动地去适应变化了的内外部环境与 条件，按最佳的方案运行，这里首先需要的是对外部环境条件的检测，检测是控 制的基础。智能化是能在复杂的、变化的环境条件下自行决策的自动化，决策的 基础是对内部因素和外部环境条件的掌握，它同样离不开检测。
扰动
给定 机构
定 电路
比较 电路
正 电路
转换 电路
执行 机构
被控 对
输出
图 X1-3 闭环控制系统的基本组成
传感器
4
号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由 测控电路完成。它包括：
（1）模数转换与数模转换； （2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽信
号等之间的转换； （3）量程的变换； （4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等； （5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、
测控电路课件
＋ Vcc ＋ Vcc A － Vcc 单 电源 供电 对 称双 电源供 电 ＋ Vcc1 A － Vcc2 非 对称双电源 供电
电桥放 大电路 高输入 阻抗放 大电路 可调增 益放大电路 隔离放 大电路
A
输出电压与电源的关系？
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测控电路
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测控电路
二、放大电路的几个重要参数:
− u R2
a
+
o
a
= 0
由 节点电 流法知 ：I1+I2+Ia=0 由虚短知 ： ua=ub 由虚断知 ：Ia＝ 0, Ib=0 u0=ui
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ui − ua uo − ua + + Ia = 0 R 2R
又 ua=0（ 虚短） ， 2、用 叠加原 理求 ：
uo = −(
R
R1
u1 +
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测控电路
测控电路
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第二章 信号放大电路
第 一节 第二节 第三节 第 四节 第 五节 第 六节 第 七节 思考题
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基本放 大电路 调零放 大电路 高共模 抑制比 放大电路
一、集成运放
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测控电路
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测控电路
例题2、求出下图电路中输出与输入的关系
例题1、求出下图电路中输出与输入的关系
2R R
I1 I2
u2 u1
R2 R1
Rf
ua
－
第1章_绪论-《测控电路(第4版)》
一、桥梁（工程与电路之间）
工程问题如何用电路解决？
高共模抑制比
1. 多数干扰是共模干扰；
2. 许多测控任务需要的就是差值、变化量 如形状误差 温度变化、梯度 跟踪误差（实际值与理想值之差）
滤波 测量信号 表面轮廓 形状误差（准直流） 波度（低频） 表面粗糙度（中频） 噪声（高频）
测控电路
第1章 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
1.1 测控电路的功用
当今时代是信息时代。 信息技术包括：信息获取、处理、传输、存储、 执行（控制）。 测量是信息的源头，最后落实到控制。 信息时代的标志——高性能计算机的发展，速 度和容量为其主要指标。 关键是重复定位和曝光技术精度，在于测控。
输出与状态一一对应
1010 1001 1000 0111 0110
0101
4
（3）开关信号
3
A-A
5
输出只有开关、通
断、亮暗, 01两种 状态
A
2
6
指示灯
7
A
8
B-B
9
B
1
B
10
r
11 l
12
F
1.4 测控电路的类型与组成
一、测量电路的基本组成
模拟式测量电路的基本组成
数字式测量电路的基本组成
二、控制电路的基本组成
（四）可靠性与经济性
测控电路越来越多地实时地用在各种系统
中；
测控电路越来越多地国防和高科技中； 测控电路越来越多地用在医疗和其它与生
测控电路基础概念总结
第一章绪论1、测控系统主要由传感器（测量装置）、测量控制电路（测控电路）、执行机构组成2、测控电路的主要要求：精、快、灵、可靠3、测控电路的特点：精度高、动态性能好、高的识别和分析能力、可靠性高、经济性好4、为了提高信号的抗干扰能力，往往需要对信号进行调制。
在紧密测量中希望从信号一形成就成为已调制信号，因此常在传感器中进行调制。
5用电感传感器测量工件轮廓形状时—这是一个幅值按被测轮廓调制的已调制信号---称为调幅信号6、用应变片测量梁的变形，并将应变片接入交流电桥。
这时电桥的输出也是调幅信号，载波信号的频率为电桥供电频率，电桥输出信号的幅值为应变片的变形所调制。
7、采用光栅、激光干涉法等测量位移时时传感器的输出为增量码信号。
8、增量码信号是一种反映过程的信号，或者说是一种反映变化增量的信号。
它与被测对象的状态并无一一对应的关系。
9、绝对码信号是一种与状态相对应的信号。
10、开关信号可视为绝对码信号的特例，当绝对码信号只有一位编码时，就成了开关信号。
开关信号只有0和1两个状态。
11、控制方式可分为开环控制与闭环控制。
12、闭环控制的特点：它的主要特点是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，当发现他们之间有差异时，进行调节补充:1、信息时代的标志——高性能计算机的发展，速度和容量为其主要标志2、影响测控电路精度的主要因素有哪些？其中那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第二章信号放大电路1、输入失调电压u0s：对于理想运算放大器，输入电压为零，输出电压也必然为零。
然而，实际运算放大器中，前置级的差动放大器并不一定完全对称，必须在输入端加上某一直流电压后才能使输出为零，这一直流电压称之。
2、零点漂移：失调电压随时间和温度而变化，即零点在变动，称之3、输出失调电压u0=(1+R2/R1)u0s4、输出端产生的失调电压u02=-R2I b1+(1+R2/R1)R3I b2若取R3=R1//R2,则u02=R2(I b2-I b1)=R2I0s I0s称为输入失调电流5、绝大部分的运算放大器都是用于反馈状态6、由于运算放大器通常使用在负反馈状态，本来就有1800的相位差，再加上外接和内部电路的RC网络，有可能出现3600的相位差，使电路振荡。
测控电路内容：第一章绪论
测控电路内容：第⼀章绪论第⼀章测控电路设计实⽤技术基础测量与控制是认识客观世界和顺应客观规律的必不可少的重要⼿段。
现代⽣产为了保证产品质量和提⾼⽣产效益，必须对⽣产过程进⾏严格控制，⽽要实现这种控制，就必须对⽣产过程的各种参数和状态进⾏实时有效的测量。
因此，测量是控制的基础，控制离不开测量。
实际上，在科学技术⾼度发达的今天，测量与控制已经渗透到⼯业、农业、国防、科学研究和现代社会⽣活等各个领域。
由于⽬前电参量在信息转换、处理、传输、存储等⽅⾯具有较成熟的技术和⼿段，多数物理量的测量和控制以电参量的形式进⾏，故测量和控制电路在测控系统中具有不可替代的作⽤1.1测控电路的作⽤与基本组成现代测控系统常见的基本构成如图1-1所⽰。
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）；但是，传感器的输出信号⼀般都很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要⽤测量电路即信号调理及数字化等电路将它放⼤，剔除噪声，选取有⽤信号，按照测量与控制功能的要求，进⾏所需演算、处理与变换，形成为计算机能够识别及处理的信号；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，由记录系统打印、绘图或由报警系统给出报警信息；另⼀⽅⾯，经算法运算过的控制信号经控制电路驱动执⾏机构，对测控对象进⾏控制。
通常我们将测量电路和控制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。
测量电路担负着信号⼆次变换的重任，其实质是电位或波形变换，其主要功能是放⼤有⽤信号，抑制传感器输出信号中的噪声，并将放⼤后的信号进⾏数字化；控制电路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，与此相应的测量与控制电路必然具有多样性，因此测控电路在设计上灵活性很强。
测控电路重点内容复习
uo2
R2 R2 (1 )ui2 ui1 R0 R0
R5 R R R6 R 5 uo1 (1 5 ) )uo2 uo2 5 uo1 R3 R3 R3 R4 R6 R3 R5 uo ( uo2 uo1 ) K d2 ( uo2 uo1 ) 取 R3=R4，R5=R6， R3 uo (1
高共模抑制比放大电路
自动调零放大电路 高输入阻抗放大电路
隔离放大电路.
电桥放大电路
线性化电路
7
2.2 典型测量放大电路 一、 高共模抑制比放大电路
■
作用：用来抑制传感器输出的共模电压 (包括干扰电压) ，
提高共模抑制比 。
■
应用场合：要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体 心电测量，信号很微弱，而干扰很大。
R1 R2 uo2 uo1 (1 )( ui2 ui1 ) K d1 ( ui2 ui1 ) R0
差模增益：K d K d1 K d2
R1 R2 R5 (1 ) R0 R3
通常取：R1=R2，R3=R4，R5=R6 —— 外接电阻平衡对称。
电路特点：输入阻抗高；增益调整方便；对于理想运放， 共模抑制比趋向无限大。
第三节
第四节
测控电路的输入信号与输出信号
测控电路的类型与组成
第五节
测控电路的发展趋势
2
第一章 绪论
（1）什么是测控系统？
测量与控制系统的简称。 广义上：测量系统、控制系统和测控系统。
（2）测控系统的构成
笼统地讲
传感器 测控电路 执行机构
第一章 绪论
本章基本概念
1.
2.
3.
对测控电路的主要要求（精度高；响应速度快和动态失 真小；转换灵活；可靠性与经济性）； 影响测控电路精度的主要因素（噪声与干扰★；失调与 漂移，主要是温漂★；线性度与保真度；输入与输出阻 抗的影响）； 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？（模数转换与数模转换；信号形式的转换； 量程的变换；信号的选取；信号处理与运算等）；
测控电路总复习2009-12
1什么是包络检波？ 从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此调幅信号的包 络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。
特点：原理简单、电路简单，在通信中广泛应用。
包络检波的基本工作原理是什么？ 包络检波输出不完全是调制信号，还含有直流分量，大小由载波信号幅值U m 决定。 在测控系统中包络检波输出直流成分与交流成分具有不同的含义是什么？ 2为什么要采用精密检波电路？为了提高检波精度， 常需采用精密检波电路，它又称为线性检波电路。 ●二极管VD和晶体管V都有一定死区电压，即二极管的正向压降、晶体管 的发射结电压超过一定值时才导通， ●它们的特性也是一根曲线。二极管VD和晶体管V的特性偏离理想特性会 给检波带来误差。 (1) 半波精密检波电路 (2) 全波精密检波电路 3包络检波存在问题： 第一，解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。
?干扰和噪声无本质区别。外部来的扰动称为干扰；内部产生的称为噪声。 2.分类：白噪声/色噪声 ?白噪声（white noise）:是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。 所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声.是一种功率频谱密度为常数的随机信号或随机过程。噪声的波形是随机的（幅 值、相位、频率），瞬时值无法预测，但每赫带宽内包含的噪声功率从统计观点来看是一个常量。
由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥。 应用于何种场合？ 应用于电参量式传感器：如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放 大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号 （一）单端输入电桥放大电路 （二）差动输入电桥放大电路 （三）线性电桥放大电路 八、高输入阻抗放大电路 1 问题的提出： 电容式传感器、压电式传感器等具有很高输出阻抗（可达108以上），要求测量放大电路须有很高的输入阻抗匹配。 2 解决方法： 通用集成运算放大器组成自举电路 高输入阻抗集成运算放大器 3 应用场合: 常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传感器等电荷式传感器的测量放大电路。 4 何谓自举电路? 是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。 5 自举式高输入阻抗放大电路： 1）同相交流放大电路 2）交流电压跟随电路 3）自举组合电路 九、电荷放大电路 一种输出电压与输入电荷成比例关系的测量放大电路。用于放大来自压电器件的电荷信号的放大电路。比如：压电传感器或电 容式传感器等。 十、增益调整放大电路 既能方便调整放大电路的增益，又不降低放大电路共模抑制比的专门电路。 10.1 手动增益调整放大电路 10.2 自动增益调整放大电路 10.3 可编程增益调整放大电路 2.3 隔离放大电路 1 什么是隔离放大电路？ 放大电路的输入、输出和电源电路之间没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端，一种特殊的测量电路。 隔离包括：（1）. 电源隔离（2）. 地网络隔离（3 ）信号线隔离 主要的隔离方式？ ?电磁耦合（变压器）：用以实现载波调制。 线性度好，隔离性能好，共模抑制比高，技术成熟。 缺点：带宽较窄（1kHz),体积大，工艺复杂，应用不便。 ?光电耦合：结构简单，成本低，重量轻，线性度好，有一定转换速率，带宽较宽，与TTL电路兼容。
测控电路复习重点
图5-9 指数运算电路
Is: PN结的反向饱和电流；UT: 热电压，UT=kT/q；
• 求如所示电路中输出电压uo和u1与u2的关 系式，并说明此电路可实现什么运算。
波形分析例题：由理想运算放大器构成如图4所示组合运算电路。其
中R2=R1=100KΩ, C1=10µF, C2=5µF。输入信号ui如图5所示，要求（ 1）分别计算微分时间常数和积分时间常数；（2）分别画出u01和u0的
书上29,30页
双运放高共模抑制比放大电路
2. 同相串联结构型
ui2
uo1=(1+R2/R1) ui1
(uo1–ui2)/R3= (ui2–uo)/R4
uo=(1+R4/R3) ui2 -(1+R2/R1)(R4/R3)ui1
由于共模电压
ui1
差模电压
uic
1 2 (ui1
ui2 )
uid ui2 ui1
uo
∞ -
R2
R8
R6
+
ui2
+ N2
uo2 R4
图3 三运放高共模抑制比放大电路
解：（1）由于已知
IR
u02 ui2 R2
ui1 u01 R1
ui2 ui1 R0
所以
uo1
(1
R1 Ro
)ui1
R1 Ro
ui 2
, uo 2
(1
R2 Ro
)ui 2
R2 Ro
ui1
∞ +
+ - N2
∞ ++ - N1
测控电路01绪论.ppt
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Байду номын сангаас
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测控电路01_绪论
路，特别是低漂移、高抗干扰能力的高性能放大电路。
1.6 课程的性质、特点与内容
2. 传感器输出的微弱信号往往被淹没在干扰噪声中，故后 续调制解调和滤波电路，将微弱信号从干扰噪声中分离出来。
3. 传感器输出的电信号送给计算机、单片机等进行处理时， 必须后续A/D、D/A转换电路(0~5V) ；为了实现远距离传输， 后续V/I、I/V转换电路(4~20mA) 。 4. 为了提高仪器的分辨率，必须将光栅、磁栅、容栅、感 应同步器等传感器输出的周期信号进行细分与辨向。
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
电路的形式、结构首先与信号形式与使用要求有关
1、模拟式信号 (1) 非调制信号
x
测量信号 被测量
信号的大小、波形与被测量 之间具有一一对应的线性关系。 如：压电式传感器测量工件 的表面粗糙度，磁电式传感 0 器测量速度，热电偶测量温度
t
非调制模拟信号 送到电路的信号与被测量具有近似线性关系
W
亮
简述
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （2）绝对码信号
1111 1110 1101
0000 0001
信号大小与被测 对象的状态相对应。 如码盘测量角度时输 出信号，每一个角度 方位对应一组编码。
0010
1100
0011
1011
0100
1010 1001 1000 0111
0101
1 l Ra y dx l 0
1.1 测控电路的功用
细分与辨向电路：在光栅、磁栅、容栅等大位移以及 可以转换成位移的测量中，实现对信号的细分与辨 向，提高仪器的分辨能力，且能得到位移的方向。 电量测量电路：频率、相位、脉冲参数的测量。在数 字式电压或电流表中，需要将电压或电流转换成频 率后再测量；在研究系统特性时，也要研究相位特 性；脉冲参数应用日益广泛。故也要对频率、相位、 脉冲参数测量电路进行介绍。
测控电路
Dennis Gabor The Nobel Prize in Physics 1971 "for his invention and development of the holographic method"
9
部分因从事仪器科学与技术研究获得诺贝尔物理学奖 的科学家
Ernst Ruska The Nobel Prize in Physics 1986 "for his fundamental work in electron optics, and for the design of the first electron microscope"
Frits Zernike The Nobel Prize in Physics 1953 "for his demonstration of the phase contrast method, especially for his invention of the phase contrast microscope"
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第一节 测控电路的功用
当今时代是信息时代。 信息技术包括：信息获取、处理、传输、 存储、执行（控制）。 测量是信息的源头。 信息时代的标志：高性能计算机，速度、 容量，大规模集成电路，离不开测控。
第一节 测控电路的功用
现代战争离不开测控。 仪器仪表的测量控制精度决定了武器的 打击精度，测试速度、控制反应速度决 定了武器的反应能力。 载人飞船成功发射，测控也有至关重要 作用。 生产、生活、科技、国防都离不开测控。
第一节 测控电路的功用
传感器
测量控 制电路
图1-1 测控系统的组成
测控电路课件(完整)
（三）、开关信号
开关信号可视为绝对码信号的特例，当绝 对码信号只有一位编码时，就成了开关信号。 只有0和1两个状态。
与行程开关、光电开关、触发式测头相连 接的测控电路，其输入信号为开关信号。
当执行机构只有两种状态时，如电磁铁、 开关等，要求测控电路输出开关信号。
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
传 感 器
量 程 切 换
放 大 器
解 调 器
电
路
振荡器
信 号 分 离
运 算 电
模 数 转 换
计 算 机
电路 电
路
路
电源
显 示 执 行 机 构 电路
图1-6 模拟式测量电路的基本组成
传 感 器
细 脉转 分 冲换 电 当电 路 量路 辨向电路
（二）、绝对码信号
1111 0000
1110
0001
1101
0010
1100
0011
1011
0100
1010
0101
1001
0110
1000 0111
绝对码信号是一种与状态相对应的信号。
绝对码信号在显示与打印机机构中有广泛的 应用。显示与打印机构根据测控电路的译码器输 出的编码，显示或打印相应的数字或符号。在一 些随动系统中，执行机构根据测控电路输出的编 码，使受控对象进入相应状态。
以磁电式电表、示波器、笔式记录器作为显示 机构，以直流电动机为执行机构时，要求测控电路 的输出信号为非调制模拟信号。
第三节 测控电路的输入信号与输出信号
测控电路
2、闭环控制
测量电路
传感器
扰动量
给定 机构
设定 电路
放大 电路
转换 电路
执行 机构
被控 对象
输 出
控制电路
开环控制系统的基本组成
扰动
给定 机构
设定 电路
比较 电路
放大 电路
校正 转换 电路 电路
执行 机构
被控 对象
输出
控制电路 传感器
闭环控制系统的基本组成
第五节 测控电路的发展趋势
3 2 uc
x
O
t
a)
x uc
O
x us 1 x 4 us
O
t
b)
t
c)
图 用电感传感器测量 工件轮廓形状
图 调幅信号
第三节 测控电路的输入信号与输出信号
1、载波频率（carrying frequency)
信号的频率由传感器供电频率确定，这一频率 称为载波频率
2、载波信号（carrying signal)
为了适应在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。 它包括：
第二节 对测控电路的主要要求
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、信号的选取 5、信号处理与运算
第二节 对测控电路的主要要求
1、模数转换与数模转换
自然界客观存在的物理量多为模拟量 计算机:数字信号 控制执行机构动作:多模拟信号
第一节 测控电路的功用
生产自动化也离不开测量与控制 产品的质量离不开测量与控制 现代的生活、办公器械
微波炉、照相机、复印机等也都装有不同数 量的传感器，
第一节 测控电路的功器， 对点火时间、燃油喷射、空气燃料比、 防滑、防碰撞等进行控制。 航天发射与飞行，都需要靠精密测量与 控制保证它们轨道准确性。
测控 电路
气鼓产生饱和蒸汽，经减 温器到过热器产生过热蒸 汽。 图中温度变送器、控制器 和执行器构成了一个单回 路测控系统。 1热电阻，2变送器，3调 节器，4调节阀
电厂锅炉过热蒸汽温度控制流程图
• 自动化的进一步发展就是智能化。
• 智能化：对环境、原材料、机器工具状 态的自适应，进行信息交换，优化决策。
• 智能化更离不开测控。
高新科技离不开测量与控制
• 当今时代是信息时代。 • 信息技术包括：信息获取、处理、传输、存储、
执行（控制）。 • 测量是信息的源头，最后落实到控制。 • 信息时代的标志——高性能计算机的发展，速
度和容量为其主要指标。 • 关键是重复定位和曝光技术精度，在于测控。
国防事业离不开测量与控制
• 现代战争是信息战 • 仪器仪表的测量控制精度决定了武器系
5．使用正确的安装方法，不可粗暴安装：在安装的过 程中一定要注意正确的安装方法，对于不懂不会的地方要 仔细查阅说明书，不要强行安装，稍微用力不当就可能使 引脚折断或变形。
6．把所有零件从盒子里拿出来（不要从防静电袋子中 拿出来），按照安装顺序排好，看看说明书，有没有特殊 的安装需求。
7．以主板为中心，把所有东西排好。在主板装进机箱 前，先装上处理器与内存；要不然过后会很难装，搞不好 还会伤到主板。此外在装AGP与PCI卡时，要确定其安装牢 不牢固，因为很多时候，上螺丝时，卡会跟着翘起来。如 果撞到机箱，松脱的卡会造成运作不正常，甚至损坏。
8．插拔时不要抓住线缆拔插头，以免损伤线缆。
12.2.6 台式计算机组装基本步骤
1．主机的安装 （1）准备好机箱并安装电源，主要包括打开空机箱和安装电源； （2）驱动器的安装，包括硬盘、光驱的安装； （3）CPU和散热器的安装，在主板处理器插座上安装CPU及散热 风扇； （4）内存条的安装，将内存条插入主板内存插槽内； （5）主板的安装，将主板固定在机箱内； （6）显卡的安装，根据显卡接口类型将显卡安装在主板上合适 的扩展槽内； （7）声卡等的安装，根据声卡的总线类型选择合适的扩展槽将 它们安装在主板上； （8）机箱与主板间连线的连接，是指各种指示灯、电源开关线、 PC喇叭等面板插针的连接，以及硬盘、光驱。
测控电路绪论实验报告
一、实验目的1. 理解测控电路的基本概念和组成。
2. 掌握测控电路的基本原理和常用测量方法。
3. 学习使用测控仪器和设备。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理测控电路是一种用于测量和控制的电子电路，其主要功能是对各种物理量进行精确测量，并将其转换为电信号输出。
测控电路通常由传感器、信号调理电路、显示电路和执行电路等组成。
传感器将各种物理量（如温度、压力、流量等）转换为电信号；信号调理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理；显示电路将处理后的信号以图形、数字等形式显示出来；执行电路根据显示的信号控制相应的执行机构，实现对物理量的调节。
三、实验仪器与设备1. 传感器：温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
2. 信号调理电路：放大器、滤波器、转换器等。
3. 显示电路：示波器、数字万用表、记录仪等。
4. 执行电路：继电器、电机、电磁阀等。
5. 实验平台：测控实验台。
四、实验内容1. 传感器性能测试- 测试传感器的灵敏度、线性度、稳定性等参数。
- 分析传感器在不同工作条件下的性能变化。
2. 信号调理电路设计- 设计放大器、滤波器、转换器等信号调理电路。
- 测试电路的性能指标，如增益、带宽、失真等。
3. 测控系统搭建- 搭建测控系统，将传感器、信号调理电路、显示电路和执行电路连接起来。
- 调整系统参数，使系统达到最佳工作状态。
4. 测控系统性能测试- 测试测控系统的精度、响应速度、稳定性等性能指标。
- 分析系统在不同工作条件下的性能变化。
5. 数据分析与处理- 对实验数据进行采集、处理和分析。
- 根据实验结果，优化测控系统设计和参数。
五、实验步骤1. 准备工作- 熟悉实验原理和实验仪器。
- 检查实验设备是否完好。
2. 传感器性能测试- 根据实验要求，选择合适的传感器。
- 测试传感器的各项参数，记录实验数据。
3. 信号调理电路设计- 设计信号调理电路，确定电路参数。
- 搭建电路，测试电路性能。
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锁 存 器
计 算 机
显 示 执 行 机 构
电路
辨向电路
锁 指令传感器 存 指 令手动采样
增量码数字式测量电路的基本组成
测控电路
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1.4 测控电路的类型与组成
测量电路 传感器 扰动量
给定 机构
设定 电路
放大 电路
转换 电路
执行 机构
被控 对象
输 出
控制电路
开环控制系统的基本组成 测控电路
一、桥梁（工程与电路之间） 工程问题如何用电路解决？ 高共模抑制比 1. 多数干扰是共模干扰； 2. 许多测控任务需要的就是差值、变化量 如形状误差 温度变化、梯度 跟踪误差（实际值与理想值之差）
1.6 课程的性质、内容与学习方法
滤波 测量信号 表面轮廓 形状误差（准直流） 波度（低频） 表面粗糙度（中频） 噪声（高频）
1.2 对测控电路的主要要求
影响测控电路精度的主要因素有哪些？ 其中那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
测控电路
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
电路的形式、结构首先与信号形式与使用要求有关
1、模拟式信号 (1) 非调制信号
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1.4 测控电路的类型与组成
扰动
给定 机构
设定 电路
比较 电路
放大 校正 转换 电路 电路 电路 控制电路
执行 机构
被控 对象
输出
传感器 闭环控制系统的基本组成
测控电路
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1.4 测控电路的类型与组成
测量电路的输入信号类型对其电路组成 有何影响？试述模拟式测量电路与增量 码数字式测量电路的基本组成及各组成 部分的作用。
为什么要采用闭环控制系统？试述闭环 控制系统的基本组成及各组成部分的作 用。
测控电路
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1.5
测控电路的发展趋势
学习不仅要把握现状，而且要了解发展趋势
优质化(精、快、可靠）
集成化
数字化
通用化、模块化
测控一体化
自动化与智能化
测控电路
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1.6 课程的性质、内容与学习方法
Hale Waihona Puke 151.4 测控电路的类型与组成
量 程 切 换 电 路 信 号 分 离 电 路 模 数 转 换 电 路 电 源
传 感 器
放 大 器
解 调 器
运 算 电 路
计 算 机
显 示 执 行 机 构
电路
振 荡 器
模拟式测量电路的基本组成
测控电路
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1.4 测控电路的类型与组成
传 感 器
放 大 器 整 形 电 路 细 分 电 路 脉转 冲换 当电 量路 计 数 器
学些什么？
1.2 对测控电路的主要要求
要掌握设计、选用电路的要领，必须了解对测控电路的要求
一、精度高
二、响应快
三、转换灵活
四、可靠性与经济性
测控电路
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1.2 对测控电路的主要要求
（一）精度高 离开精度，测控就失去意义 生产、科研、国防、高科技都离不开精度 产品的质量在很大程度上取决于测控精度 仪器仪表的测控精度决定了武器系统的打 击精度
测控电路
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1.1 测控电路的功用
传感器 测量控 制电路
测控系统的组成
执行机构
测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？
电路是最灵活的，便于放大、传输、转换、 选取所需信号、适应不同测控任务要求。
测控电路
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1.1 测控电路的功用
传感器
测量控 制电路
执行机构
原始信号微弱：高保真放大 带有噪声、外界干扰：调制解调（给信号赋予一 定特征）、共模抑制、滤波 复杂参数、分析：计算变换电路。 电路是“一传”和“二传”手，还有“拦网”作 用，是测控系统中最灵活部分。
x
测量信号 被测量
0
t
非调制模拟信号 送到电路的信号与被测量具有近似线性关系 测控电路
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
（2） 经调制信号
衔铁 线圈
x
O
t a) t b) t c)
uc
x uc
O
x us
测杆
x
工件
us
O
用电感传感器测量工件轮廓形状
调幅信号
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测控电路
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （1）增量码信号 （2）绝对码信号 （3）开关信号
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （1）增量码信号
2L
3
L
4
N
1
2
5
输出反映变化量
6
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （1）增量码信号
L W
L
测控电路
廖海洋 教授
重庆大学光电工程学院 重庆大学微系统研究中心 电子邮件：hyliao@
测控电路
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第1章 绪论
一. 为什么要学？
测控电路的功用
二. 学些什么？
对测控电路的主要要求 测控电路的输入输出信号 测控电路的类型与组成 测控电路的发展趋势
三. 怎么学？
课程的性质、内容与学习方法
亮
N
暗
输出反映变化量
W
亮
简述
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （2）绝对码信号
1101 1100
1111 1110
0000 0001
0010
0011
1011
0100
输出与状态一一对应
1010 1001 1000 0111
0101
0110
测控电路
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
4
A -A
5
2、数字式信号 （3）开关信号 输出只有开关、通断、 亮暗、01两种状态
3
6
指示灯
7
A
A
8
B -B
2
9
B
B
10
1
r
11 l
12
F
1.4 测控电路的类型与组成
一、测量电路的基本组成
模拟式测量电路的基本组成
数字式测量电路的基本组成
二、控制电路的基本组成
开环控制 闭环控制
测控电路
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