2025/2/8

測控電路《測控電路》教材編寫組2025/2/8

課前須知教材：1、測控電路第四版或第五版，張國雄、李醒飛 2、測控電路李剛、林凌視頻：精品課/成績： 1、出勤率、作業、實驗、討論：50% 2、考試：50%2025/2/8第1章緒論測控電路的功用對測控電路的主要要求

測控電路的類型與組成

課程的性質、內容與學習方法

測控電路的輸入輸出信號

測控電路的發展趨勢1.1測控電路的功用生產過程：質量、效率。科學研究、科學發現：信息時代、信息技術：信息獲取、處理、傳輸、存儲、執行（控制）。測量是信息的源頭，最后落實到控制。高新領域：航空、航天、航海、無人機、機器人、電動汽車。日常生活：攝影、體育、音樂。門德列耶夫說過：科學是從測量開始的，沒有測量就沒有科學，至少沒有真正的、精確的科學。2025/2/81.1測控電路的功用測控系統的組成測控電路在整個測控系統中起著什么樣的作用？電路是最靈活的，便于放大、傳輸、轉換、選取所需信號、適應不同測控任務要求。

測量控制電路傳感器執行機構1.1測控電路的功用

測量控制電路傳感器執行機構原始信號微弱：高保真放大帶有噪聲、外界干擾：調制解調（給信號賦予一定特征）、共模抑制、濾波復雜參數、分析：計算變換電路。電路是“一傳”和“二傳”手，還有“攔網”作用，是測控系統中最靈活部分。2025/2/81.2

對測控電路的主要要求一、精度高二、響應快三、轉換靈活四、可靠性與經濟性五、成本要掌握設計、選用電路的要領，必須了解對測控電路的要求（一）精度高（精密度和準確度）離開精度，測控就失去意義生產、科研、國防、高科技都離不開精度產品的質量在很大程度上取決于測控精度儀器儀表的測控精度決定了武器系統的打擊精度1.2

對測控電路的主要要求精度----測控永恒主題長度：納米（單一尺寸到坐標測量，分子測量機-亞原子測量機）時間：飛秒10-15引力波對光速影響10-17光鐘10-19（3000億年差1秒）單個電子電量（1.59×10-19C）高精度2025/2/8高精度影響測控電路精度的主要因素有哪些？其中那幾個因素是最基本的？1、噪聲與干擾★2、失調與漂移，主要是溫漂★3、線性度與保真度4、輸入與輸出阻抗的影響高精度課程內容首先圍繞精度來講放大器：低漂、自動穩零、高共模抑制比、高輸入阻抗、非線性補償信號的調制解調濾波運算處理，選取有效成分抗干擾技術1.2對測控電路的主要要求（二）響應快生產節奏加快科學研究要了解快速變化過程高技術與國防的要求儀器儀表的測試速度、診斷能力與控制快速性決定了武器系統的反應能力落后就要挨打，慢了就要挨打硬件電路總的來說比軟件有更高的反應速度。快速響應是衡量電路性能的重要指標（低輸出阻抗、轉換速度、同步采樣等）。PID控制、前饋與反饋。響應快2025/2/81.2對測控電路的主要要求為什么說測控電路是測控系統中最靈活的環節，它體現在哪些方面？1、模數轉換與數模轉換2、信號形式的轉換3、量程的變換4、信號的選取5、信號處理與運算（三）轉換靈活轉換靈活對于靈活性的需求參數類型更多參數定義更加復雜應用領域更廣泛，天上、地下、水中、人體內1.2對測控電路的主要要求測量范圍更寬尺寸----原子核到宇宙空間電壓----納伏到百萬伏電阻----超導至1014歐加速度----10-4~104g溫度----接近絕對零度到1018度（四）可靠性Reliability與經濟性Economy測控電路越來越多地實時地用在各種系統中；測控電路越來越多地國防和高科技中；測控電路越來越多地用在醫療和其它與生命有關的系統中；電路的集成度越來越大。1.2對測控電路的主要要求應用領域更廣泛，天上、地下、水中、人體內條件更加惡劣高溫、高速、高濕、高塵、振動、密閉、遙測、高壓、高電壓、深水、強場、易爆可靠性2025/2/81.3

測控電路的輸入信號與輸出信號1、模擬式信號

(1)

非調制信號

非調制模擬信號被測量測量信號0x

t電路的形式、結構首先與信號形式與使用要求有關送到電路的信號與被測量具有近似線性關系2025/2/81.3測控電路的輸入信號與輸出信號用電感傳感器測量工件輪廓形狀usucx線圈測桿工件銜鐵

調幅信號c)ustuctb)a)OxtxOxO（2）

經調制信號a)調制信號b)載波信號1.3測控電路的輸入信號與輸出信號2、數字式信號（1）增量碼信號（2）絕對碼信號（3）開關信號1.3測控電路的輸入信號與輸出信號2、數字式信號（1）增量碼信號工作臺5每移動半個波長，干涉條紋變化一個周期，輸出反應變化量1：激光器2：分光鏡3：參考反射鏡5：工作臺4：靶標反射鏡6：光電元件圖

邁克爾遜激光干涉儀光路1.3測控電路的輸入信號與輸出信號2、數字式信號（1）增量碼信號，不具有記憶功能特點：被測量的增量與傳感器輸出信號的變化周期數成正比。問題：信號一旦中斷，就無法判斷物體的狀態。2025/2/8簡述1.3測控電路的輸入信號與輸出信號2、數字式信號（2）絕對碼信號

1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001具有記憶功能輸出與狀態一一對應1.3測控電路的輸入信號與輸出信號2、數字式信號（3）開關信號輸出只有開關、通斷、亮暗、01兩種狀態2025/2/81.4測控電路的類型與組成一、測量電路的基本組成

模擬式測量電路的基本組成

數字式測量電路的基本組成二、控制電路的基本組成

開環控制

閉環控制2025/2/8模擬式測量電路

模擬式測量電路的基本組成電路傳感器量程切換電路放大器解調器信號分離電路運算電路模數轉換電路計算機顯示執行機構振蕩器電源2025/2/8數字式測量電路指令傳感器電路傳感器顯示執行機構計算機鎖存器計數器轉換電路脈沖當量放大器整形電路細分電路手動采樣鎖存指令辨向電路增量碼數字式測量電路的基本組成2025/2/8開環控制系統及其改進測量電路開環控制電路

擾動量傳感器放大電路輸出轉換電路設定電路執行機構給定機構被控對象開環控制電路是與控制對象只存在單向作用而沒有反饋聯系的控制電路2025/2/8閉環控制系統

設定電路比較電路校正電路轉換電路給定機構執行機構被控對象輸出傳感器擾動放大電路控制電路閉環控制電路是指與控制對象存在反饋聯系的控制電路2025/2/81.5

測控電路的發展趨勢

優質化(精、快、可靠）集成化、微型化測控一體化數字化通用化、模塊化自動化、智能化、學習化2025/2/81.6

課程的性質、內容與學習方法掌握基礎,注重實踐三、怎么學？課堂講授實驗討論在現代生產中，物質流和能量流在信息流指揮和控制下運動。測控技術已經成為現代生產和高科技中的一項必不可少的基礎技術。為適應這一發展需要，培養寬基礎、具有創造性的人才，將整個儀器儀表類專業集中為“測控技術及儀器”一個專業，《測控電路》是它的一門重要課程。1.6

課程的性質、內容與學習方法1.6

課程的性質、內容與學習方法寬基礎

重點放在基本功能塊創造性

怎樣運用電路解決工程技術問題1.6

課程的性質、內容與學習方法主要介紹工業生產和科學研究中常用的測量與控制電路的各種功能塊和總體連接，使學生熟悉怎樣運用電子技術來解決測量與控制中的任務。它不是一般意義上電子技術課的深化與提高，而要著重講清，如何在電子技術與測量、控制間架起一座橋梁，實現二者之間的溝通，學會如何在測量和控制中運用電子技術，并與光、機、計算機緊密配合，實現測控的總體思想，圍繞精、快、靈、可靠和測控任務的其它要求來選用電路、設計電路。1.6

課程的性質、內容與學習方法一、橋梁（工程與電路之間）工程問題如何用電路解決？高共模抑制比（差模增益與共模增益之比）1.多數干擾是共模干擾；2.許多測控任務需要的就是差值、變化量如形狀誤差溫度變化、梯度跟蹤誤差（實際值與理想值之差）1.6

課程的性質、內容與學習方法濾波測量信號表面輪廓形狀誤差（準直流）波度（低頻）表面粗糙度（中頻）噪聲（高頻）不同類型的誤差對功能有不同影響不同類型的誤差有不同形成根源濾波技術還常用于機器故障診斷1.6

課程的性質、內容與學習方法1.6

課程的性質、內容與學習方法二、從信息流總體來分析電路光、機、電、計算機怎樣配合、合理分配任務要求。調制、放大放在哪里？計算、分析、數據處理由什么來完成？我們的任務是培養有創造性的測控系統總體設計師，而不是電路工程師。三、精、快、靈、可靠、成本低精、快、靈、可靠是設計與選用電路的基礎，是指導思想。在選用基礎上設計電路。將基礎科學上的發現與其它領域中的技術成果用來解決我們的問題，這就是工程師的創新。當然不排除原始創新。1.6

課程的性質、內容與學習方法1.6

課程的性質、內容與學習方法各種電子器件的工作原理和構成，在模擬和數字電子技術中講述，本課程注重它們的