最新1章测控电路概述汇总
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1章测控电路概述
课程的性质、任务及内容
在电子技术课程深化和提高的基础上，教 大家学会在测量和控制中运用电子技术实 现测控的总体思想，解决实际工程问题。
测试系统不仅仅用于工业领域，也广泛应 用于科学实验、农业、交通、医疗、地质 勘探、国防等国民经济各个领域以及人们 的日常生活中。
例：请设计一个10倍的同相放大器。如 误差不超过1%，又该如何设计？
4、error？
1.1 测控系统组成
当今时代是信息时代，三大支柱：传感技术、计算技 术、通信技术。
信息技术包括：信息获取、处理、传输、存储、执行 （控制）。
仪用电子线路：对各类包含信息的电信号进行处理、 传输、存储、变换的电路网络，实现对外界信息的精 确测量。----测量
控制电路：对测量信息进行判断、决策、执行，使被 控对象按预定的规律运行。---控制
测量是信息的源头，最后落实到控制。 对信息的测量---仪表—仪用电子线路； 测控电路
对目标的控制---执行器—控制电路
1.1 测控系统组成
仪用电子 线路-测量 电路
非电量电测系统的组成一般可以分为： 信息的获得——传感器(变送器，换能器)； 信息的转换——放大器，变换器； 信息的显示——指示仪，记录仪，报警器； 信息的处理——调节器，数据分折仪，电子计算机。
例1：“数显式交流有功电子电能表”的设计
QPt(1
t
vid)tt
T0
其中，P为有功功率，t为时间，v、i分别为电 压、电流瞬时值。实现上式的关键是瞬时功率p= vi 的计量，常用的方案有两个：
方案1 方案2
例2：试设计一个“每周响一次”电路，要求如下：
自清零之时起，过168小时（即七天）后， 蜂鸣器发出声响，直至重新清零时为止。清零后 再过168小时又发出声响，直至再清零时为止。 如此周而复始，可不断重复。
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
三、可靠性---稳
✓ 可靠性要求，就是要求设备在一定时间、一定 条件下不出故障地发挥其功能的概率要高。
× ✓ 一个测量系统：原理先进、功能全面、精度高， 可靠性差，故障频繁。
✓ 可靠性要求可由可靠性设计来保证。在军工 系统中测试系统的可靠性是首位的。
二、效率---快
动态性能好：响应快、动态失真小！
效率：生产节奏加快，自动化水平高
科学研究要了解快速变化过程。 高技术与国防的要求：落后就要挨打，慢了 GJB2870-1997
就要挨打
放入式电子测压器规范
仪器仪表的测试速度、诊断能力与控制快速 Specification for internal
性决定了武器系统的反应能力。
某航弹测试系统所测航弹从脱离飞机到落地过程的加速度 信号，第一峰为子弹出母弹时过载信号，第二峰为子弹降落伞 张开时的过载信号，第三峰为航弹落地的过载信号。每次试验 费用上百万，因此测试系统每次必须可靠性地获取数据。
三、可靠性---稳
测控电路越来越多地实时地用在各种系统中； 国防和高科技：航天； 用在医疗和其它与生命有关的系统； 电路的集成度越来越大。 条件更加恶劣：
方案设计
分析方案一，根据0.7RC=168小时=6.048×105秒， 取R=100MΏ，C的容量也需8640F。
1.4 测控电路设计及优化
总线化准则：总线，连接芯片间、模块间、系统间的信 息传输通道，采用标准总线。
模块化准则：将系统分解为几个功能相对独立、信息相 互联系的模块。易于扩充、升级、维护、移植。
可靠性准则：元器件级（工艺、选片、老练）、系统级 （可靠性分解、结构设计、环境防护）；
电路设计及优化步骤
典型测控系统
例：导弹姿态角测试系统
导弹姿态角测试系统需要3个角速度传感器和3个磁传感器
1.2 测控系统设计要求
精度要求 检测效率要求 可靠性要求 经济性要求 使用条件要求 造型要求
一、精度---准
精度：表征测量值与真值的接近程度。包含精密度和准确 度。静态指标和动态指标，根据工程应用情况选择。 测量电路必须准确ห้องสมุดไป่ตู้量被测对象的状态与参数！ 离开精度，测控就失去意义
例：
可靠性是所有系统必须保证的
单片原件 的可靠性
0.991909 0 000.368
0 .99 10 90 9 0 3 .7 0 1 0 0 4 04
0.99991900900 9000.999
每个元件的可靠性 元件个数
四、经济性---廉；造型要求-美
使用量越来越大，成本问题；如：手机 根据需求，合理分配指标，简化电路
electronic piezo gauge
（a）测压器
(b)测试曲线
二、效率
实时动态测量已成为测量 技术发展的主要方向。
良好的频率特性、高的响 应速度，以实时准确反映 被测量的快速变化。
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）。
影响测控电路精度的主要因素： 1、噪声与干扰
内：选用低噪声器件，合理布线与 接地、隔离和屏蔽等。
外：调制、采用高共模抑制比电路 。 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。
汽车碰撞加速度测试仪： 应用 于汽车零部件在碰撞过程中的 动态测试。动态测量的稳态响
应误差为其精度的主要指标 .
分析应用需求，在满足性能要求的基础上设 计电路，不要对器件提出过高要求！
好的技术不一定能占领市场！
1.3 测控电路的功用及要求
测控电路的功能 精度高 使用方便 易于自动化
对测控电路的主要要求
低噪声与高抗干扰能力 低漂移与高稳定性 频率特性与响应速度 线性与保真度 量程与分辨率 输入与输出阻抗：匹配
问题：1、R2如何确定？
2、R:which one？ a R1=2kΩ， Rf=18kΩ， R2=1.8 kΩ b R1=2Ω， Rf=18Ω， R2=1.8Ω c R1=3MΩ， Rf=27MΩ， R2=2.7MΩ
G=1+Rf/R1=10
3、OPA :which one ？关注新产品
LM318（GBW=15MHz），LF353（GBW=4MHz）， LF741（GBW=1MHz），OP37（GBW=40MHz） 美信公司的MAX475、476和AD公司的AD603等。
课程的性质、任务及内容
在电子技术课程深化和提高的基础上，教 大家学会在测量和控制中运用电子技术实 现测控的总体思想，解决实际工程问题。
测试系统不仅仅用于工业领域，也广泛应 用于科学实验、农业、交通、医疗、地质 勘探、国防等国民经济各个领域以及人们 的日常生活中。
例：请设计一个10倍的同相放大器。如 误差不超过1%，又该如何设计？
4、error？
1.1 测控系统组成
当今时代是信息时代，三大支柱：传感技术、计算技 术、通信技术。
信息技术包括：信息获取、处理、传输、存储、执行 （控制）。
仪用电子线路：对各类包含信息的电信号进行处理、 传输、存储、变换的电路网络，实现对外界信息的精 确测量。----测量
控制电路：对测量信息进行判断、决策、执行，使被 控对象按预定的规律运行。---控制
测量是信息的源头，最后落实到控制。 对信息的测量---仪表—仪用电子线路； 测控电路
对目标的控制---执行器—控制电路
1.1 测控系统组成
仪用电子 线路-测量 电路
非电量电测系统的组成一般可以分为： 信息的获得——传感器(变送器，换能器)； 信息的转换——放大器，变换器； 信息的显示——指示仪，记录仪，报警器； 信息的处理——调节器，数据分折仪，电子计算机。
例1：“数显式交流有功电子电能表”的设计
QPt(1
t
vid)tt
T0
其中，P为有功功率，t为时间，v、i分别为电 压、电流瞬时值。实现上式的关键是瞬时功率p= vi 的计量，常用的方案有两个：
方案1 方案2
例2：试设计一个“每周响一次”电路，要求如下：
自清零之时起，过168小时（即七天）后， 蜂鸣器发出声响，直至重新清零时为止。清零后 再过168小时又发出声响，直至再清零时为止。 如此周而复始，可不断重复。
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
三、可靠性---稳
✓ 可靠性要求，就是要求设备在一定时间、一定 条件下不出故障地发挥其功能的概率要高。
× ✓ 一个测量系统：原理先进、功能全面、精度高， 可靠性差，故障频繁。
✓ 可靠性要求可由可靠性设计来保证。在军工 系统中测试系统的可靠性是首位的。
二、效率---快
动态性能好：响应快、动态失真小！
效率：生产节奏加快，自动化水平高
科学研究要了解快速变化过程。 高技术与国防的要求：落后就要挨打，慢了 GJB2870-1997
就要挨打
放入式电子测压器规范
仪器仪表的测试速度、诊断能力与控制快速 Specification for internal
性决定了武器系统的反应能力。
某航弹测试系统所测航弹从脱离飞机到落地过程的加速度 信号，第一峰为子弹出母弹时过载信号，第二峰为子弹降落伞 张开时的过载信号，第三峰为航弹落地的过载信号。每次试验 费用上百万，因此测试系统每次必须可靠性地获取数据。
三、可靠性---稳
测控电路越来越多地实时地用在各种系统中； 国防和高科技：航天； 用在医疗和其它与生命有关的系统； 电路的集成度越来越大。 条件更加恶劣：
方案设计
分析方案一，根据0.7RC=168小时=6.048×105秒， 取R=100MΏ，C的容量也需8640F。
1.4 测控电路设计及优化
总线化准则：总线，连接芯片间、模块间、系统间的信 息传输通道，采用标准总线。
模块化准则：将系统分解为几个功能相对独立、信息相 互联系的模块。易于扩充、升级、维护、移植。
可靠性准则：元器件级（工艺、选片、老练）、系统级 （可靠性分解、结构设计、环境防护）；
电路设计及优化步骤
典型测控系统
例：导弹姿态角测试系统
导弹姿态角测试系统需要3个角速度传感器和3个磁传感器
1.2 测控系统设计要求
精度要求 检测效率要求 可靠性要求 经济性要求 使用条件要求 造型要求
一、精度---准
精度：表征测量值与真值的接近程度。包含精密度和准确 度。静态指标和动态指标，根据工程应用情况选择。 测量电路必须准确ห้องสมุดไป่ตู้量被测对象的状态与参数！ 离开精度，测控就失去意义
例：
可靠性是所有系统必须保证的
单片原件 的可靠性
0.991909 0 000.368
0 .99 10 90 9 0 3 .7 0 1 0 0 4 04
0.99991900900 9000.999
每个元件的可靠性 元件个数
四、经济性---廉；造型要求-美
使用量越来越大，成本问题；如：手机 根据需求，合理分配指标，简化电路
electronic piezo gauge
（a）测压器
(b)测试曲线
二、效率
实时动态测量已成为测量 技术发展的主要方向。
良好的频率特性、高的响 应速度，以实时准确反映 被测量的快速变化。
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）。
影响测控电路精度的主要因素： 1、噪声与干扰
内：选用低噪声器件，合理布线与 接地、隔离和屏蔽等。
外：调制、采用高共模抑制比电路 。 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。
汽车碰撞加速度测试仪： 应用 于汽车零部件在碰撞过程中的 动态测试。动态测量的稳态响
应误差为其精度的主要指标 .
分析应用需求，在满足性能要求的基础上设 计电路，不要对器件提出过高要求！
好的技术不一定能占领市场！
1.3 测控电路的功用及要求
测控电路的功能 精度高 使用方便 易于自动化
对测控电路的主要要求
低噪声与高抗干扰能力 低漂移与高稳定性 频率特性与响应速度 线性与保真度 量程与分辨率 输入与输出阻抗：匹配
问题：1、R2如何确定？
2、R:which one？ a R1=2kΩ， Rf=18kΩ， R2=1.8 kΩ b R1=2Ω， Rf=18Ω， R2=1.8Ω c R1=3MΩ， Rf=27MΩ， R2=2.7MΩ
G=1+Rf/R1=10
3、OPA :which one ？关注新产品
LM318（GBW=15MHz），LF353（GBW=4MHz）， LF741（GBW=1MHz），OP37（GBW=40MHz） 美信公司的MAX475、476和AD公司的AD603等。