《测控电路概述》PPT课件.ppt

仪用电子线路测控电路,主讲：张晓明E-Mail:课程安排：总学时：40/48（讲授30/38;实验10）考试：期末考试80%+平时20%试卷：作业60%+实验20%+其他20%作业：周3下午交；课代表,第1章 测控电路概述,绪论：课程的性质、任务、内容及学习意义测控电路概述测控系统组成测控系统设计要求测控电路的功能及要求测控电路设计及优化部件之间的连接与匹配,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？,G=1+Rf/R1=10,问题：1、R2如何确定？2、R:which one？a R1=2k，Rf=18k，R2=1.8 k b R1=2，Rf=18，R2=1.8c R1=3M，Rf=27M，R2=2.7M 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。,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；对目标的控制-执行器控制电路,测控电路,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。,1.1 测控系统组成,仪用电子线路-测量电路,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,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.,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。测量电路必须准确测量被测对象的状态与参数！离开精度，测控就失去意义,二、效率-快,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，慢了就要挨打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。,（a）测压器(b)测试曲线,GJB2870-1997放入式电子测压器规范 Specification for internal electronic piezo gauge,动态性能好：响应快、动态失真小！,二、效率,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。,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）。,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：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。,可靠性是所有系统必须保证的,单片原件的可靠性,每个元件的可靠性 元件个数,例：,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 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！,测控电路的功能精度高使用方便易于自动化,1.3 测控电路的功用及要求,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,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,例1：“数显式交流有功电子电能表”的设计,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,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。,例2：试设计一个“每周响一次”电路，要求如下：,方案设计,分析方案一，根据0.7RC=168小时=6.048105秒，取R=100M，C的容量也需8640F。,分析方案二，采用了多级分频器，若取R=100k，C=0.1F，则方波发生器的振荡周期数量级为TRC=75ms，在此条件下，分频器的级数N可由下式求出：2N-1=6.048105秒/75ms8106，得N=23.9，取N=24。而24级分频器可由两片12级分频器（CC4040）构成，或选用24级分频器（CC4521）。,分析方案三：优点：12小时脉冲，计14个脉冲；体积小；价格低。缺点：引出信号困难；电压为1.3V，与集成电路的供电电压不一致，多电源电平。,元件间、模块间、系统间的电气连接匹配、信号耦合方式、时序配合。阻抗匹配线性范围匹配（模拟单元电路）负载能力匹配（模拟、数字单元电路）高低电平匹配（数字单元电路）,1.5 部件之间的连接与匹配,1.5.1 电器性能相互匹配问题,从提高放大倍数和负载能力考虑：后一级的输入电阻要大，前一级的输出电阻要小。从改善频率响应角度考虑，后一级的输入电阻要小。,阻抗匹配,线性范围匹配,负载能力匹配,增加一级功率驱动单元（最后一级接执行器）采用由运放构成的电压跟随器（模拟电路）采用功率集成电路（模拟电路）电平转换（数字模拟电路）,保证信号不失真地传输：动态范围：后一级前级,1.5.2 信号耦合方式和时序配合 1、直接耦合方式 2、阻容耦合方式 3、变压器耦合方式 4、光电耦合方式,变压器耦合方式尽量少用；光电耦合：电气隔离；直接耦合和阻容耦合是最常用的耦合方式。,网址,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、,作业：1.1、1.2、1.3 常见的逻辑电平有哪些？简述相互间的转换电路。,