测控技术应用实践复习提纲

测控技术应用实践复习提纲测控系统由哪几部分组成？一般由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。传感器相关参数的含义及相互关系，例如量程、灵敏度、相对误差、线性度等（课件上传感器选择）传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感元件和转换元件组成。   （1）敏感元件是指传感器中能直接（或响应）被测量的部分。   （2）转换元件指传感器中能较敏感元件感受（或响应）的北侧量转换成是与传输和（或）测量的电信号部分。 （3）当输出为规定的标准信号时，则称为变送器。2、测量范围：在允许误差限内被测量值的范围。 3、量程：测量范围上限值和下限值的代数差。 4、准确度：被测量的测量结果与真值间的一致程度。 5、重复性：在所有下述条件下，对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度： 6、分辨力：传感器在规定测量范围圆可能检测出的被测量的最小变化量。   7、阈值：能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的最小变化量。 8、零位：使输出的绝对值为最小的状态，例如平衡状态。 9、激励：为使传感器正常工作而施加的外部能量（电压或电流）。10、最大激励：在市内条件下，能够施加到传感器上的激励电压或电流的最大值。   11、输入阻抗：在输出端短路时，传感器输入的端测得的阻抗。 12、输出：有传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。 13、输出阻抗：在输入端短路时，传感器输出端测得的阻抗。14、灵敏度：灵敏度等于传感器输出变化量与输入变化量之比：K=∆x/∆y当传感器或传感检测系统各组成环节的灵敏度分别为K1、K2……Kn时，则总灵敏度K=K1*K2……Kn。灵敏度这个参数主要反映了传感器对被测物理量化的反应能力，即传感器是否能对被测物理量的微小变化有响应。15、线性度：线性度也称作传感器非线性，是传感器非常重要的指标之一，是表示传感器输出校准曲线与所选定的拟合直线之间吻合程度的指标。计算公式可记作： e1=∣∆Lmax∣/ys（ys—理论满量程输出值；∆Lmax—拟合直线与校准曲线间的最大偏差）。3.模拟放大电路计算方法。例如加法放大、加法、积分、反向放大、同向放大电路原理图及相关电路计算公式4.滤波器相关参数及定义，例如：带通、带阻、高通、低通滤波器相关参数及应用范围，应用实例通带增益A0:输出电压与输入电压之比。截至频率fp：没有谐振峰时，增益下降到时的频率；有谐振峰时，幅频特性从峰值回到起始值时的频率。谐振频率是滤波器自身的固有频率。频带宽度BW：允许信号通过的频率段。品质因数Q：谐振频率与带宽之比。阻尼系数ξ：品质因数倒数的一半，ξ=0.5Q-15.掌握计量、测量、检测、测试的定义与相互之间的区别计量:实现单位统一、量值准确可靠的活动检测:用指定的方法检验测试某种物体气体、液体、固体指定的技术性能指标测量:用仪器或量具测定空间、时间、温度、速度、功能、地面的形状高低和零件的尺寸、角度等一项定值的操作测试:检测试验或者测量试验6.交流电机、步进电机、直流电机、伺服电机的基本原理及选型方法。交流电动机：通常有两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。一、三相异步电动机的旋转原理：三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场,磁生电。二、单相交流电动机的旋转原理：单相交流电动机只有一个绕组。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。直流电机：固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦磁力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦磁力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。步进电机：步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中，步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数量代表了位移量，而运动方向是由步进电机的各相通电顺序来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。但由于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制伺服电机：内部的转子是永磁铁，伺服放大器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的分辨率。7.香农采样定理为了不失真地恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。fs≥2fmax采样率越高，稍后恢复出的波形就越接近原信号，但是对系统的要求就更高，转换电路必须具有更快的转换速度。8.RS232通讯的基本原理（参考单片机教材）RS-232是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线Universal Serial Bus或者USB混淆）。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。9.掌握直流有刷电机正反转、调速电路图及原理。10.单片机实现延时一般有几种方法，比较它们之间的优缺点（参考单片机教材）一种是硬件延时，要用到定时器/计数器，这种方法可以提高CPU的工作效率，也能做到精确延时；另一种是软件延时，这种方法主要采用循环体进行 1.空循环（nop  for  while等语句 ）， 浪费CPU资源 2.定时器，优点：定时精确 ，一般芯片上的定时器2~3个，定时器复用 比较好11.AD转换相关参数（转换速度、精度、位数）及它们之间的关系(1)分辨率：ADC的分辨率定义为ADC所能分辨的输入模拟量的最小变化量。用ADC输出数字量的位数n表示，代表ADC有2n个可能状态，可分辨出满量程值的1/2n的输入变化量。(2)转换时间：A/D转换器完成一次转换所需的时间定义为A/D转换时间。其倒数称为转换速率。与实现转换所采用的电路技术有关；与位数有关；采集系统转换时间还与接口模式有关类别分辨力线性误差低精度A/D转换器小于8位小于0.1%中精度A/D转换器9-12位小于0.01%高精度A/D转换器13-16位小于0.001%超高精度A/D转换器大于16位小于0.0001%12.简述单片机测控系统研制的一般过程，及其软件研制的一般过程单片机应用系统的设计一般步骤，可以分为任务确定，总体设计、硬件设计(重中之重)、软件设计、可靠性设计(包括软件和硬件方面)、保密设计(你不想产品一面世就被破解吧)、软硬件调试和产品化过程等几个阶段 软件设计过程：确定算法与数据结构，程序模块划分，绘制程序流程图程序，程序编写与仿真调试。13.根据测控系统原理，画出测控系统框图，并结合综合实验（按摩椅），画出综合实验的系统框图。14.数字信号处理器系统与模拟信号处理器比较有什么特点。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。（1）处理精度2113高，精度由字长5261决定，常用芯片的字长有16比特和32比特。（2）改变4102功能灵活，采用可1653编程集成电路，处理信号的功能由数学方程和程序决定。（3）性能稳定，数字信号处理的数字由高低电平组成，不易受器件误差和环境因素的影响。（4）效率高，对于慢速信号，数字信号处理器有很多空余时间处理其它信号。（5）制作成本低，同型号的处理器是结构相同的集成电路，可批量生产，合格率高。（6）功能强大，需要解决的问题，只要能用数学表示，数字信号处理器就能处理。15.直流电源的4个基本组成部分分别是什么？，并简述各个组成部分的作用。直流稳压电源主要由2113四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。1、电源变压器：将电网提供的220V交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。电源变压器是一种软磁电磁元件，功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。2、整流电路：利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。“整流电路”（recTIfyingcircuit）是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。3、滤波电路：利用储能元件（电感或电容）把脉动直流电转换成比较平坦的直流电。滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。4、稳压电路：利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压。稳压电路是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源，广为各种电子设备所采用。16.掌握以下定义：压电效应、内光电效应、差模信号、输入失调电流(IOS)、单位增益带宽(BW)、增益带宽积(GBW)、运放输出阻抗(ZO)、运放的转换速率/压摆率(SR)、运放输入失调电压(VOS)压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用产生变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面产生电荷。当外力去掉后，又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。压电体受到外机械力作用而发生电极化，并导致压电体两端表面内出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与外机械力成正比，这种现象称为正压电效应.压电体受到外电场作用而发生形变，其形变量与外电场强度成正比，这种现象称为逆压电效应.具有正压电效应的固体，也必定具有逆压电效应，反之亦然.正压电效应和逆压电效应总称为压电效应.晶体是否具有压电效应，是由晶体结构的对称性所决定的.内光电效应：光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化（比如电阻率改变，这是与外光电效应的区别，外光电效应则是逸出电子）。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体材料的导电性远不如导体。但如果通过某种方式给价带中的电子提供能量,就可以将其激发到导带中,形成载流子,增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量hν≥Eg(Eg为带隙间隔)时,价带中的电子就会吸收光子的能量,跃迁到导带,而在价带中留下一个空穴,形成一对可以导电的电子——空穴对。这里的电子并未逸出形成光电子,但显然存在着由于光照而产生的电效应。因此,这种光电效应就是一种内光电效应。从理论和实验结果分析,要使价带中的电子跃迁到导带,也存在一个入射光的极限能量,即E入=hν0=Eg,其中ν0是低频限(即极限频率ν0=Egh)。这个关系也可以用长波限表示,即λ0=hcEg。入射光的频率大于ν0或波长小于λ0时,才会发生电子的带间跃迁。差模信号：两个大小相等、极性相反的一对信号称为差模信号。差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等，在两线电缆传输回路，每一线对地电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF。纯差模信号是：V1=－V2；其大小相等，相位差180°；VDIFF=V1－V2，因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过。所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。差模干扰侵入往返两条信号线，方向与信号电流方向一致，其一种是由信号源产生，另一种是传输过程中由电磁感应产生，它和信号串在一起且同相位，这种干扰一般比较难以抑制。输入失调电流(IOS)：流入两个输入端的电流之差。单片运放的制造工艺趋于使电压反馈运放的两个偏置电流相等，但不能保证两个偏置电流相等。在电流反馈运放中，输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。这两个偏置电流之差为输入失调电流IOS，通常情况下IOS很小。单位增益带宽(BW)：开环增益大于1时运算放大器的最大工作频率。单位增益带宽定义为，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个频率可变恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，随着输入信号频率不断变大，输出信号增益将不断减小，当从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的0.707）时，所对应的信号频率乘以闭环放大倍数1所得的增益带宽积。单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增益后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。这用于小信号处理中运放选型。单位增益带宽，电压增益为1时的带宽.有的文件称为"带宽增益乘积"GBW，可以用来估算你的放大器电路带宽。如ICL76XX的GBW=44KHz，当接成电压跟随器G=1时BW=44KHz，而接成正反相运算电路G=10时，BW=4.4KHz。增益带宽积(GBW)：在指定频率下,开环增益与带宽的乘积。放大器的增益带宽积（指定为GBWP，GBW，GBP或GB）是放大器带宽和带宽的增益的乘积，是用来简单衡量放大器的性能的一个