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
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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
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？
1.2 对测控电路的主要要求
应用领域更广泛，天上、地下、水中、 人体内 条件更加恶劣 高温、高速、高湿、高尘、振动、密闭、 遥测、高压、高电压、 深水、强场、易 爆


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
1.6 课程的性质、内容与学习方法
原理为主，适当介绍集成块。 注意与其它相关课程的配合。 讲课、习题（思考题）、实验并重。 跨课程的设计性、解决问题性实验，联 课实验。 鼓励参加科研活动。




思考题

1-1 1-4 1-5
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。
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
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1.4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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1.5

测控电路的发展趋势
优质化(精、快、可靠）
集成化
数字化


通用化、模块化
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
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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
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
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
4
A-A
1.6 课程的性质、内容与学习方法
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）
1.1 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。
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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。
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
3
L
4
N
2L
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 N W
L
亮 暗
输出反映变化量
W
亮
简述
1.6 课程的性质、内容与学习方法
三、精、快、灵、可靠 精、快、灵、可靠是设计与选用电路的 基础，是指导思想。 在选用基础上设计电路。 将基础科学上的发现与其它领域中的技 术成果用来解决我们的问题，这就是工 程师的创新。当然不排除原始创新。
1.6 课程的性质、内容与学习方法

各种电子器件的工作原理和构成，在模 拟和数字电子技术中讲述，本课程注重 它们的外特性，讲述其应用，构成所需 的功能电路。为了加深对课程内容的理 解，本书有适量的习题和思考题。在编 写中注意了与《传感器》、《微机原理 及应用》、《计算机软件基础》和《控 制技术与系统》等课程的衔接与分工。
测控电路
《测控电路》教材编写组
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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
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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。
测控一体化

自动化与智能化
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三、怎么学？
1.6 课程的性质、内容与学习方法
掌握基础, 注重实践
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1.6 课程的性质、内容与学习方法

在现代生产中，物质流和能量流在信息流指挥 和控制下运动。测控技术已经成为现代生产和 高科技中的一项必不可少的基础技术。为适应 这一发展需要，培养宽基础、具有创造性的人 才，将整个仪器仪表类专业集中为“测控技术 及仪器”一个专业，《测控电路》是它的一门 重要课程。



1.2 对测控电路的主要要求
（三）转换灵活 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、信号的选取 5、信号处理与运算
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1.2 对测控电路的主要要求
对于灵活性的需求 参数类型更多 参数定义更加复杂 应用领域更广泛，天上、地下、水中、 人体内
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
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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 测控电路
调幅信号
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
1.2 对测控电路的主要要求
测量范围更宽 尺寸----原子核到宇宙空间 电压----纳伏到百万伏 电阻----超导至1014欧 加速度----10-4~104g 温度----接近绝对零度到1018度


1.2 对测控电路的主要要求
（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 生命有关的系统中； 电路的集成度越来越大。
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
2
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
开环控制 闭环控制
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1.4 测控电路的类型与组成
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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1.2 对测控电路的主要要求
课程内容首先围绕精度来讲 放大器：低漂、自动稳零、高共模抑制 比、高输入阻抗、非线性补偿 信号的调制解调 滤波 运算处理，选取有效成分 抗干扰技术

1.6 课程的性质、内容与学习方法
不同类型的误差对功能有不同影响 不同类型的误差有不同形成根源 滤波技术还常用于机器故障诊断

1.6 课程的性质、内容与学习方法
二、从信息流总体来分析电路 光、机、电、计算机怎样配合、合理分配 任务要求。 调制、放大放在哪里？ 计算、分析、数据处理由什么来完成？ 我们的任务是培养有创造性的测控系统总 体设计师，而不是电路工程师。

1.2 对测控电路的主要要求
（二）响应快 生产节奏加快 科学研究要了解快速变化过程 高技术与国防的要求 仪器仪表的测试速度、诊断能力与控制 快速性决定了武器系统的反应能力 落后就要挨打，慢了就要挨打
1.2 对测控电路的主要要求
硬件电路总的来说比软件有更高的反应速度。 快速响应是衡量电路性能的重要指标（低输出 阻抗、转换速度、同步采样等）。 PID控制、前馈与反馈。