1.1 测控系统对测控电路的要求、测控电路中的重要指标

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目录

1.1 电子技术在测控系统中的作用和地位

1.2 测控系统对测控电路的要求

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1.1 电子技术在测控系统中的作用和地位

现代测控系统的基本组成如图1.1.1所示。

图1.1.1 现代测控系统的基本组成 

测控系统的最前级为传感器，其作用是将各类被测量转换成与之具有一定函数关系的电量（通常为电压）；

信号调理电路将传感器转换来的电量进行放大、整形，使之成为后续电路易于处理的信号；

数字化电路将信号调理电路输出的模拟信号转换成可供计算机识别及处理的数字信号；

计算机系统对数字化的被测信号进行计算、定标、误差校正或自校准等处理，一方面经处理的测量结果由显示输出系统显示、打印或绘图，另一方面经算法运算过的控制信号经驱动电路驱动执行机构。

通常将信号调理电路、数字化电路和驱动电路统称为测控电路，它已融入测控系统的各个环节，并在其中发挥重要的作用，可以说离开测控电路，测控系统是无法实现的。

综上所述，测控电路具有两方面功用。

一是实现被测量信号的二次变换，其实质是电位或波形变换以及信号形式的转换，主要功能：①抑制传感器输出信号中的噪声，提取有效信号；②数字化被测量信号。

二是实现控制信号的产生与输出。由于被测和被控物理量及其相应传感器和驱动器呈现多样性，与此相应的测控电路必然具有多样性，因而测控电路在设计上灵活性很强。另外，测控电路位于二次仪表的最前级，对测量的准确度起决定作用，因此，测控电路是现代测控系统的关键及难点所在，在现代测控技术中占据极其重要的地位。

1.2 测控系统对测控电路的要求

测控系统对测控电路的基本要求可以概括为高精度、高灵敏度、高分辨力、宽动态范围、功能灵活和高可靠性。

1.高精度

高精度是指测控电路能够线性地、不失真地、准确地将传感器输出信号变换成易于处理的信号，这是精确测量的基础，是精确控制的前提。实现高精度测控电路应具备下列条件。

（1）低噪声与高抗干扰能力：指抑制无效信号，放大有效信号的能力。

（2）低漂移、高稳定性。由于电子器件的非理想性及温度敏感性，使得电路输出受环境温度的影响随着时间的推移偏离正常值，这就是漂移。漂移将直接影响电路工作的稳定性。稳定是精确的前提，因此低漂移高稳定性是高精度的必备条件。

（3）高线性度与高保真度。线性度是衡量一个仪器或系统精度的又一重要指标，线性度是指电路实际输入—输出曲线与理论直线之间的偏差程度。保真度用于衡量信号经过电路后的变形程度，变形是由于非线性及频带引起的。线性与保真度越好，电路的精度就越容易保证。

（4）合理的输入与输出阻抗。即使电路完全没有运算误差，但用于测试系统中时，由于输入输出阻抗的不合理，仍可能给系统带来误差。

输入阻抗太低一方面会使传感器的状态发生变化，另一方面会过多地衰减传感器输出的信号，因而引起运算误差。

输入阻抗过高易引入噪声等干扰，因此应使测控电路的输入阻抗与前级的输出阻抗匹配。对输出阻抗也有类似的要求。

2.高灵敏度、高分辨力

电路的灵敏度是指输出变化量与引起该变化的输入变化量的比值，其表达式为

显然其实质是电路的增益，灵敏度k越高，其增益越大。

分辨力是指电路能够检测出的最小输入量。

高灵敏度并不意味着电路的灵敏度越高越好。测控电路首先必须能够分辨输入信号，只有分辨出信号，高灵敏度才有意义。高分辨力是高灵敏度的前提条件。 

3.宽动态范围

随着现代技术的发展，实时动态测量已成为测量技术发展的主要方向。动态测量的特点是宽动态范围，要求测控电路具有宽频带、快响应的特性。

4.功能灵活

为适应各种情况下测量与控制的需要，要求测控电路具有多种功能。

（1）信号形式的转换功能。测控电路应具有模/数转换、数/模转换、交流/直流转换、电压/电流转换，以及幅值、相位、频率与脉宽之间的转换功能。

（2）信号的选取功能。实际信号中既包含信号又包含噪声，信号中还有不同特征的信号，电路应具有选取所需信号的能力。

（3）信号的处理与运算功能。其包括平均值、差值、峰值、绝对值、求导数、积分等，也包括线性化处理、误差补偿、逻辑判断。

5.高可靠性

可靠是指测控电路无故障工作，一般用平均无故障工作时间来衡量。现代测控系统是现代装备的有机组成部分，其可靠性与测控系统密切相关，其中测控电路的可靠性是重要的因素。

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笔者电子信息专业硕士毕业，获得过多次电子设计大赛、大学生智能车、数学建模国奖，现就职于南京某半导体芯片公司，从事硬件研发，电路设计研究。对于学电子的小伙伴，深知入门的不易，特开次博客交流分享经验，共同互勉！