仪器仪表电路第一章

测控电路
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）
测控电路
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？
计算机的 发展建立 在测控技 术进步的 基础上
测控电路
1.1 测控电路的功用
国防事业离不开测试 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 统的打击精度（激光制导） 定点杀伤，反导弹计划-火箭拦截 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 振兴中国要发展测控
测控电路
1.1 测控电路的功用
机器高速运转靠精度，精度依赖于测控。 自动化是提高生产效率的主要手段。 现代的自动化是柔性自动化，越是柔性的 系统越需要测量。 宝钢建设仪器测控装备占总投资1/3。
测控电路
1.1 测控电路的功用
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。 智能机器、智能衣服、智能房屋、智能 能源。
测控电路
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。
测控电路
1.1 测控电路的功用
，还介绍大量的实际应用电路，并要求学生学会合理选用和设计常
用电路、分析电路、测试电路性能和排除简单故障。 本课程重点在于介绍各种电子器件和集成器件的外特性、应用
、以及如何构成所需的功能电路。
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测控电路
教材介绍
《测控电路》教材是测控技术及仪器专业的一本专业教材。通
过本课程的学习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。
测控电路
1.1 测控电路的功用
航空、航天离不开测量。 神洲号发射成功依靠测控。 宇宙飞船的轨迹需要按测量数据不断修正。 科学实验数据要靠测控船等收集。 载人航天、登月等前期工作主要收集数据。 运载火箭的试制费一半用于仪器与测控手段 。
测控电路
1.1 测控电路的功用
生命科学 环境、生态 核科技 纳米科技 MEMS 安全、社会争端 都离不开测控
仪器仪表电路
测控电路
课程介绍
《仪器仪表电路》课程是测控技术及仪器专业的一门专业课。
通过本课程的学习使学生学会如何在实际的测量和控制任务中 运用电子技术，如何与光、机、计算机紧密配合，实现测控任务的
整体设计，并围绕精、快、灵以及测控任务的其他要求来选用电路
和设计电路。 本课程是一门实践性很强的课程。在基本理论知识学习的同时
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
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、 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
一.精度高
1.低噪声,高抗干扰能力
第二节 仪器仪表电路的要求 一.高精度
仪器仪表或测试系统中 ,要求能准确 器件本身噪声要小 ,电路安排要合理 ,布线与接地要 测量被测对象的参数,对电路的要求 : 恰当,尤其第一级电路要精心设计 ,一般要用较高共 模抑制比的电路;对信号调制时,要合理安排通频带
口电路和智能算法。
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测控电路
第二节 应用实例
现代生产 科学研究 高新科技 生命科学
生态环境 核科技 纳米技术
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测控电路
第二节 应用实例
机器人
仿形机器人
迷宫机器人 跳跃机器人 寻迹机器人 ……
智能洗衣机 液滴的辨别
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测控电路
23自由度仿人机器人
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传感器 微机原理 测控电路 检测技术 测控仪器设计 智能化测控系统 …… ……
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框架
砖瓦
测控电路
完整的电控系统示意（硬件）
（模/数控制电路、单片机、PLC、DSP、FPGA、计算机、工控机等）
被测对象
传感器
信号预处理
控制器
输出电路
被控对象
（放大、滤波、调制解调、信号转换、运算、细分等）
ua
－
＋
A
＋
uo
1、直接用节点电流法求： 又 ua=0（虚短）， 2、用叠加原理求：
u1 u a u ua u ua 2 o 0 R1 R2 Rf
uo (
Rf R1
u1
Rf R2
u2 )
u1作用时： u2=0 ，ua＝0， u2作用时： u1=0 ，ua＝0， uo＝uo1＋uo2＝……
是测出来的。 测试变“假说”、“学说”为科学 例：牛顿万有引力学说 只有在能测得地球与月亮的精确距 离情况下万有引力学说才成为科学。
测控电路
1.1 测控电路的功用
20世纪初到现在，诺贝尔奖金颁发给仪 器与测控手段的项目达27项之多。 哈勃望远镜对天体科学的作用。 扫描隧道显微镜对纳米科技的作用。
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测控电路
目
前言 第一章 绪论 第二章 信号放大电路 第三章 信号分离电路 第四章 信号调制解调电路
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第五章 信号运算电路
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测控电路
前言
第一节
第二节 第三节
与相关课程的联系
应用实例 分析电路的方法
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测控电路
第一节 与相关课程的联系
电路基础 地基
模电、数电
它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、信号运算电路等，并
通过若干典型测控电路对电路进行分析。各种电子器件和集成电路
的工作原理、构成在模拟和数字电子技术中讲述，本课程只注意它 们的外特性，讲述其应用，如何构成所需的功能电路。
2.低漂移,高稳定性
放大器失调电压和失调电流,二、三极管的漏电流， 都与温度有关，电路本身发热，外界温度变化，都 会引起误差，要选温漂小的元件，安排好散热等； 还要注意电路的长期稳定性，进行元器件老化
测控电路
一.精度高
3.线性与高保真度 为使用方便,大多数情况下,要求输入输 出为线性关系;电路的频率特性要好。 4.输入输出阻抗要合适 为不影响前级工作状态,一般要求 电路有高入抗 , 但入抗高 , 又引入高 的噪声 , 应使入抗和前级出抗相匹配
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测控电路
18自由度蜘蛛机器人
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测控电路
迷宫机器人
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测控电路
跳跃机器人
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测控电路
液体溶液的鉴别
制药工业：(药品反应过程监测) 饮料工业：(饮料质量控制和假饮料鉴定) 环境控制：(水污染监测) 半导体行业：(晶片清洗液体残渣的检测) 医院: (血液样品测试) 化学工业: (流体分类)
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测控电路
3、叠加原理
叠加原理——由两个信号源所产生的响应表示为每一个信号 源单独作用时所产生的响应之和。
*每个信号源单独作用时，其它信号源为零。
对于电压源，相当于接地；对于电流源，相当于断开。
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测控电路
例题1、求出下图电路中输出与输入的关系
2R R
I1 I2
ui
ua
R
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uo1 uo 2
Rf R1 Rf R2
u1 u2
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测控电路
第1章 绪论
为什么要学？ 学些什么？ 怎么学？
测控电路
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
（光隔、驱动、D/A等）
前提课程：电路基础 模拟电子电路
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测控电路
其他相关课程的简介
测控仪器设计：介绍仪器系统中不同部分（机械部分
、电部分、光部分、气部分等）的总体设计原则。
检测技术：着重于测量方法和手段。
控制技术与系统：着重于介绍一些经典常用的控制理
论，以及一些典型的控制系统。
智能化测控系统：主要介绍基于单片机系统的各种接
Ia
Ib
－
＋
A
＋
uo
ub
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 u a u o u a Ia 0 R 2R
ui= ub=ua
测控电路
例题2、求出下图电路中输出与输入的关系
u2 u1
R2 R1 Rf
三. 怎么学？
课程的性质、内容与学习方法
测控电路
1.1 测控电路的功用
生产力是社会发展的决定因素。 生产力决定国力。 生产的两大指标：质量和效率 提高产品质量和生产效率都要依靠测控。 没有测量就无从了解产品的质量。 没有测量就无从控制产品的质量。
测控电路
1.1 测控电路的功用
机械、电子、冶金、化工、医药等生产都 要靠检测、反馈控制。
测控电路
电容液滴传感器
液滴体积和电容量关系
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测控电路
基于体积液滴指纹图之间的比较
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测控电路
液滴分析原理图
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测控电路
实物
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测控电路
第三节
分析电路的方法
－ ＋
1、运算放大器的理想特性
① Ri很大，Ro很小，K很大
∞ A
② 虚短——在深度负反馈的条件下，运放的两输入端的电压差为零
即 u i＝ u a － u b ＝ 0
u a＝ ub
③ 虚断——运放的两输入端不取用电流。 即 I i＝ 0
测控电路
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2、节点电流法
节点电流法——对电路中的任一节点，直接连接于该节点的 所有支路的电流之代数和恒等于零。 *流入为正，流出为负。
I1－I2＋I3＝0
I1
I2 A I3
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测控电路
运用CCD获得液滴的轮廓和瞬时体积
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测控电路
不同时刻乙醇液滴的轮廓图
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测控电路
不同时刻纯水液滴的轮廓图
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测控电路
两种液滴生长过程的比较
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测控电路
光纤液滴传感器
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测控电路
液滴不同生长时刻光纤的传光情况
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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
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。 测控电路
化学法：需化学试剂，发生化学反应，产生二次污染。
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测控电路
液滴分析技术
在一定的测试系统条件下，在被 测液体形成液滴的过程中，采
用各种手段对被测液滴实施监
测，以获得有关被测液体物理
、化学参数，对液体进行定性
和量化识别的技术。
(*摘自天津大学精仪学院现代测试新技术讲座)
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测控电路
一、测控电路的功用
科技是第一生产力 门德列耶夫：科学是从测量开始的， 没有测量就没有科学。 测试是“新技术革命”的先导和基础 实践是检验真理的唯一标准。 没有仪器仪表难以进行科学研究。 许多重大发现和发明从测试和仪器仪表 进步开始。
测控电路
1.1 测控电路的功用
355 祖冲之圆周率 π 113 3.1415929
测控电路
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
测控电路
1.2 对测控电路的主要要求
（二）动态性能好（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
测控电路
1.1 测控电路的功用
为什么说在现代生产中提高产品质量与
生产效率都离不开测量与控制技术？ 试举例说明测量与控制技术在生产、 生活与各种工作中的广泛应用。 举例说明测量与控制技术在推动科技 发展中的作用？
测控电路
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