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1、 教 材：傳感器接口與檢測儀器電路 呂俊芳編著 北航出版社 1994 參考書目：檢測儀器電子電路 李永敏 主編 西北工大出版社 1994精密儀器電路 張國雄 沈生培 主編 機械工業(yè)出版社 1988傳感器應用及其電路精選 張福學 編著 電子工業(yè)出版社 1992 一、電子電路在檢測儀器或檢測系統(tǒng)中的地位 當代的檢測儀器或檢測系統(tǒng)幾乎都由傳感器件或傳感器、信號或數(shù)據(jù)處理器、顯示器或記錄器等幾大部分組成。傳感元件(一次轉換)放大器或信號調理電路信號轉換電路 激勵電路數(shù)字顯示器筆錄儀模擬電表模擬指示波形記錄數(shù)字指示被測非電量傳感器信號處理器顯示、記錄器單參數(shù)檢測儀器結構示意圖（不帶微機） 傳感元件(一次

2、轉換)放大器信號調理電路數(shù)模轉換器激勵電路CRT顯示器磁盤機數(shù)字顯示器數(shù)字顯示數(shù)據(jù)存儲文字、表格、圖形顯示被測非電量微機系統(tǒng)打印機繪圖儀數(shù)據(jù)或圖形記錄傳感器信號或數(shù)據(jù)處理器 傳感器2可編程數(shù)據(jù)放大器數(shù)模轉換器CRT顯示器磁盤機模出接口輸入2微機系統(tǒng)打印機繪圖儀多路選通器傳感器1輸入1傳感器N輸入N 傳感器直讀式數(shù)字儀表帶微機的檢測儀器（系統(tǒng)）可以說，現(xiàn)代檢測儀器已是電子化的儀器。不僅信號轉換與數(shù)據(jù)處理屬于電子技術領域，而且有許多非電量敏感元件本身也屬于電子元器件。研究檢測儀器電子電路已成為檢測技術領域儀器儀表工業(yè)的一個重要分支。為何電子電路在檢測儀器中會有如此廣泛的應用，占有如此重要的地位？主

3、要原因：提高測量儀器的精度和靈敏度 擴充量程和多功能實現(xiàn)自動化測量 排除機構活動件，提高工作可靠性及壽命 尤其是配置微機系統(tǒng)的檢測儀器，具有更強的數(shù)據(jù)處理能力，使功能和自動化程度達到更高的水平。 （一）內容檢測儀器電路對傳感器輸出的測量信號進行放大、處理、轉換和線性化處理后，驅動顯示或控制執(zhí)行機構動作。換句話說，檢測儀器電路擔負著選擇、放大、運算、信號轉換、邏輯處理等任務，是檢測儀器不可缺少的組成部分。 檢測儀器的主要優(yōu)點精度高使用方便易于自動化 易于實現(xiàn)高倍率放大分辯率讀數(shù)誤差 易于實現(xiàn)量程切換解決了量程與分辯率的矛盾 通過信號的調制解調、選頻與濾波、共模抑制電路方便地選取有用信號抑制無用信

4、號，減少噪聲、干擾與非被測參數(shù)的影響 利用電路可對儀器 誤差進行自動校正零點的自動校正放大倍數(shù)的自動校正非線性誤差的修正 利用差動電路補償電路、平衡電路使許多干擾因素的影響互相抵消、顯著減小 電路可方便信號傳輸，使它便于讀出或實現(xiàn)控制、執(zhí)行 電路放大倍數(shù)可很高，數(shù)字式電路讀取更方便 電路的反應速度高，信息傳輸快，利用信號鎖存，便于實現(xiàn)動態(tài)采樣 利用電路可進行巡回采樣或同時讀取多路信號 利用信號分離電路，可讀取各成分參數(shù) 通過計算機與邏輯處理電路，便于實現(xiàn)信號的運算處理，直接讀取所需的復雜參數(shù)值 便于利用電路存儲測量結果通過電路實現(xiàn)邏輯判斷、處理，功率放大、反饋控制等 大量數(shù)據(jù)的動態(tài)和自動采樣

5、大量數(shù)據(jù)的存儲 完成較為復雜多樣的運算 較為復雜多樣的誤差自動修正 較高水平的智能化 計算機完成這些任務都需要儀器電路對信號進行預處理，并通過接口將計算機與儀器溝通。運算速度快、儲存量大、智能化、圖形化PC儀器、智能儀器、虛擬儀器 （一）檢測儀器電子電路的特點 高精度與高穩(wěn)定性； 高靈敏度、高分辯率，可檢測微弱信號； 檢測信號的多樣性； 信號的處理要求； 儀器化的電路設計，要滿足操作方便、自動測試、工作可靠等要求。構成一臺完整的檢測儀器，可包括多種功能；只有組合起來，才能有效地完成檢測任務。 分析與綜合各種功能電路的能力是檢測儀器設計工作者的基本功。（二）對檢測儀器電路的要求首先是圍繞“檢測”

6、提出來，當然還有其他一些要求。1. 信號的拾取與抗干擾能力首先，要求電路是低噪聲的（低噪聲器件、合理選擇參數(shù)）其次，采取恰當?shù)钠帘巍⒏綦x，合理的布線與接地，電路本身 的合理設計 2. 穩(wěn)定性 是對儀器電路乃至整個測量儀器的最基本的要求。 溫 漂導致儀器的示值在一次運行中發(fā)生漸變。 長期穩(wěn)定性由于元器件老化、接插件疲勞氧化原因，使儀器性能在長期運行中發(fā)生變化。 短期穩(wěn)定性表示為示值重復性。主要由輸入信號的信噪比、電路本身的噪聲和抗干擾能力決定電路的穩(wěn)定性不僅包括零點和放大倍數(shù)（靈敏度）的穩(wěn)定性；還應包括線性度、頻率特性、輸入輸出阻抗的穩(wěn)定性等。提高穩(wěn)定性的措施 減小溫漂選溫漂小經老化處理的元件，

7、合理安排熱源，采取深度負反饋和補償措施。 提高短期穩(wěn)定性選低噪聲、工作性能穩(wěn)定可靠的元器件、適當布線與接地及采取合適的抗干擾措施，還 常采取深度負反饋、 差動或平衡電路。靜態(tài)下：多次重復取樣取平均、 濾波器的時間常數(shù)示值分散性 3. 頻率特性與響應速度 是衡量儀器動態(tài)性能的指標。被測對象頻率范圍，從直流開始，高端可至1011H z，以致更高。頻率特性同時巡回采樣，巡回點越多，要求采樣速度越高。 響應速度4. 線性度是儀器精度的又一重要指標。xy0實際曲線規(guī)定曲線 m axm axy yy 通常要求儀器的輸入輸出間具有線性關系 線性標尺便于讀出； 換檔時只須改變分度值，不必另行定標； 記錄波形曲

8、線不失真； 進行A/D轉換、細分、伺服系統(tǒng)控制跟蹤時均不考慮非引發(fā)因素， 比較方便。電測儀器的非線性度由傳感器、電路、顯示執(zhí)行機構這三部分的非線性度產生。 5. 分辯率提高分辯率有利于減小讀數(shù)誤差，方便讀數(shù)。模擬儀表：最小刻度值的一半。 放大器的放大倍數(shù)。數(shù)字儀表：數(shù)字顯示最低位1個字對應的被測量。量化誤差最低位1個字對應的被測量細化電路 A/D位數(shù)6. 輸入與輸出阻抗要與相應的傳感器和所驅動的顯示執(zhí)行機構阻抗匹配。一般要求電路輸入阻抗很高。（有的傳感器輸出阻抗大108以上 ）但不是所有情況（輸入阻抗 輸入端噪聲 ）合理的要求是輸入級的輸入阻抗應與傳感器輸出阻抗相匹配，使放大器的輸出信噪比達最

9、大值。7. 計算與邏輯控制功能 通常檢測儀器需要完成一定的計算，以獲得所需的被測參數(shù)值；儀器電路還要完成一系列邏輯判斷處理，以保證儀器正常工作。 電子管時期電子管放大器放大應變電橋的輸出信號，組成電阻應變儀。50年代中后期晶體管發(fā)展到了實用階段。各種電子管電路隨之改為晶體管電路。60年代數(shù)字頻率計、數(shù)字電壓表等數(shù)字儀表發(fā)展到了實用階段。各種各樣的數(shù)字儀表相繼投放市場。70年代各種模擬、數(shù)字集成電路大批量投入生產，價格大大降低，為數(shù)字儀表的發(fā)展和推廣開辟了廣闊前景。70年代中期微機系統(tǒng)開始在檢測儀器中得到實際應用。顯著提高了檢測儀器的性能和自動化程度。80年代大規(guī)模集成電路制造技術不斷完善發(fā)展。

10、 以單片集成模數(shù)轉換器為核心的各種數(shù)字面板表取代傳統(tǒng)電表。 （一）優(yōu)質化優(yōu)質化的一個重要方面就是提高電路的工作可靠性。例：一個含有104個晶體管的電路若單個晶體管可靠性為0.9999 整個電路可靠性為0.9999100000.37若單個晶體管可靠性為0.99999 整個電路可靠性為0.99999100000.905若單個晶體管可靠性為0.999999 整個電路可靠性為0.999999100000.99為使整個電路的工作可靠性達到99%，則單個器件可靠性必須達到0.999999（二）集成化趨勢（1）集成塊的密集度越來越高；（2）采用集成塊的范圍越來越廣。 （三）數(shù)字化能較好地解決量程和分辯率的矛盾；（1）易于集成化；（2）抗干擾能力強；（3）便于動態(tài)采樣，便于記憶存儲；（4）便于與計算機聯(lián)用。但數(shù)字電路不能完全取代模擬電路。（四）通用化（1）一個電路盡量采用相同的單元電路；（2）整個儀器的構成采用電路模塊化、積木化；（3）推廣通用儀器。（五）自動化與智能化 （六）虛擬化