内容发布更新时间 : 2024/12/26 20:08:44星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
微机化检测系统框图：被测参数->[传感器]->[模拟输入通道]->[微型计算机]->
测控通道分为：模拟量输入通道，模拟量输出通道，开关量输入通道，开关量输出通道 模拟输入通道的基本组成图：（传感器->信号调理电路->数据采集电路）->至微型计算机 传感器主要技术要求：1具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围（变化幅度范围、变化频率范围）相一致2转换精度符合整个测试系统系统根据总要求而分配给传感器的精度指标（一般应优于系统精度的10倍左右），转换速度应符合整机要求。3能满足被测介质和使用环境的特殊要求,如耐高温、高压、防腐等，能满足用户对可靠性和可维护性的要求。类型：1大信号输出传感器：省去小信号放大环节2数字式传感器：测量精度高抗干扰能力强，便于远距离传输。3集成传感器：简化结构，减小体积；4光纤传感器：避免了电路系统的电磁干扰，本质上解决由现场通过传感器引入的干扰。 信号调理：在一般测量系统中信号调理的任务较复杂，除了小信号放大、滤波，还有零点校正，线性化处理，温度补偿，误差修正，量程切换等，这些操作统称为信号调理。相应的执行电路称为信号调理电路。 典型调理电路的组成框图：
传感器信号 -> [前置放大器] -> [低通器] -> [陷波器] -> [高通器] -> 至采集电路 数据采集电路:1集中采集式(分时采集型：时间偏斜误差，司步采集型信号有所褒减)2分散采集式(每一路信号都有S /H和A/D)。 折叠失真：由采样信号Xs(t)恢复出的信号Xo(t)与原来的被采样信号X(t)在频谱上的差别为Xo(w)一X(w)=Σn=-∞->+∞ n≠0 X(W一nWs），这种差别叫折叠失真，时域表达式为x0(t)=x(t)+N(t),该项误差N(t)称为折叠噪声或者折叠失真。消除：1必须使被采样信号为带限信号，即它的最高频率为有限值，即fc=∞；2必须是采样频率大于被采样信号最高频率的俩倍。即采样周期T满足条件：T<1/2fc。 去混淆滤波：产生原因：被采样频谱中含有高于折迭频率fs／2的频率分量。 若该频率分量的幅值为Aa，频率为fa>fs/2，则采样后该频率分量就会变成幅值为Ab,频率为fb
要不要设置采样保持器？A/D转换器把模拟量转换成数字量需要一定的转换时间，在这个转换时间内，被转换的模拟量应基本维持不变，否则转换精度没有保证，甚至根本失去了意义。在转换时间tc内，被转换信号的最大变化量不应该超过一个量化单位q，即2π
fUmtc<=q=Um/2^m。 不设置采样保持器时，待转换信号允许的最高频率很低fmax=1/π2^(m+1)tc，设置采样保持器后，待转换信号允许的最高频率大大提高 fmax=1/π2^(m+1)tAP。若被转换信号是直流电压或变化极其缓慢，可以不在ADC前加设S/H。否则，就要在ADC前加设S/H。在ADC前加设S/H后大大扩展了被转换信号频率的允许范围。S/H把采样幅值保持下来，ADC在S/H保持期间把保持的采样幅值转换成相应的数码。
其他被关断的信号出现在负载上，对本来唯一被接通的信号形成干扰，称为道间串音干扰，简称串音。串音原因：模拟开关的电阻Roff不是无穷大或者多路模拟开关中存在寄生电容的缘故。串音消除措施：1减小Ri,为此前级应采用电压跟随器2选用Ron极小、Roff极大地开关管3减小输出端并联的出关数、若N = 1 则 Vn=0。 选择原件精度的一般规则：每一个原件的精度指标应该优于系统规定的某一最严格性能指标的10倍左右。 模拟输出通道的输出模拟信号主要用于对连续变量的执行机构进行控制。模拟信号数字化：采样，量化，编码。一阶保持：把相邻的采样点之间直接用直线连接起来。零阶保持器（因为相邻采样点间水平直线的方程阶次为零）：把每个采样点的幅值保持到下一个采样点。 零阶保持器是一个sinx/x型的滤波器。 在零阶保持器后接平滑滤波器，基本上可以从子样脉冲Xs(t)恢复出光滑的信号波形X(t)，这就是模拟输出通道中要设置零阶保持器和平滑滤波器的理论依据。 模拟输出通道的基本组成：输出数据寄存器，D/A转换器和调理电路。 多通道输出结构：数据分配分时转换结构，数据分配同时转换结构，模拟分配分时转换结构。 D/A转换器主要结构特性和应用特性选择：1数字输入特性2模拟输出特性3锁存及转换特性4参考源。若模拟执行元件的分辨率为VTH,它需要的控制信号的最大摆幅为Vmax，则用来提供这一模拟信号的DAC的位数应满足:2^n>=Vmax/Vth。模拟信号输出通路的调理电路形式：滤波，电压/电流转换（V/I和F/V）和放大（线性功率放大器）等。
开关量输入通道组成：输入缓冲器（采用三态门缓冲器74LS244）、输入调理电路（小功率{积分电路消除开光抖动，RS触发器消除开关两次反跳。}和大功率输入调理电路）和输入译码电路等。 开关量输出通道组成：输出锁存器、输出驱动电路（直流负载驱动电路，晶闸管交流负载驱动电路，继电器驱动电路、固态继电器驱动电路）、输出口地址译码电路等。设计举例:步进电机的正反转控制（单三拍控制方式、六拍控制方式、双三拍控制方式）。 电动机的平均转速公式：Vd=Vmax*D(占空比，D越大，转速越高。) 电气性能的相互匹配：1阻抗匹配；2负载能力匹配；3电平匹配。 信号耦合方式：直接耦合，阻容耦合，变压器耦合，光电耦合。
零位误差指出入为0时，输出不为0。灵敏度误差指实际灵敏度与标称灵敏度的偏差。软件校正法和硬件矫正法：1传感器调零电路2电桥调零电路3 放大器输入偏移调零电路 4 AD转换器调零电路。调零和调满度是检测仪表使用前最基本常用的两项调试工作。 量程自动切换：是实现自动测量的重要组成部分，它使测量过程自动迅速地选择在最佳量程上，这样既能防止数据溢出和系统过载，又能保证一定的测量精度。 非线性校正法 1查表法2插值法（1线性插值：等距离节点分段直线校正法和非等距离节点分段直线矫正法2抛物线插值法）3拟合法（1最小二乘法：直线拟合和曲线拟合2最佳一致逼近法：线性最佳一致逼近，分段线性最佳一致逼近）。
数字滤波：限幅滤波，中位值滤波，平均滤波（1算数平均滤波2去极值平均滤波3移动平均滤波4加权平均滤波），低通滤波，复合滤波。
PID调节器各校正环节的作用：1比例环节：即时成比例的反映控制系统的偏差信号e（t），偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减少偏差；2积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T1。T1越大，积分作用越弱，反之越强；3微分环节：能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变化得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
模拟调节器控制相对于数字控制器控制的优点：1模拟调节器进行的控制是连续的，而数字控制器采用的是采样控制，在保持器作用下，控制量在一个采样周期内是不变化的；2由于计算机的数值运算和输入输出需要一定时间，控制作用在时间上有延迟；3计算机的有限字长和AD、DA转换器的转换精度使控制有误差。
每个采样周期控制器输出的控制量，是相对于上次控制量的增加，此时控制器应采用数字PID增量型控制算法，其与位置型算法的比较：优点:1增量型算法不需要做累加，控制量增加的确定只与最近几次误差采样值有关，计算误差获计算精度问题对控制量的计算影响很小，而位置型算法要用到过去的误差累加值，容易产生大的累加误差 2增量型算法得出的是控制量的增量，误差动作小，必要时通过逻辑判断或禁止本次输出，不会影响系统工作。3采用增量型算法，易实现手动到自动的无冲击切换。
PID算法的改进措施：1 微分项的改进【不完全微分型PID控制算法，微分先行（是把对偏差的微分改为对控制量的微分）和输入滤波（是在计算微分项时，不是直接应用当前时刻的误差e(z)，而是采用滤波值e-(n)】 2积分项的改进【抗积分饱和（由积分项引起的过积分作用），消除积分不灵敏区】。 抗积分饱和措施（克服方法）：1积分限幅法 2 积分分离法 3 变速积分法。 积分不灵敏区：当计算机的运行字长较短，采样周期T也短，而积分时间T1又较长时，Δu1(n)容易出现小于字长的精度而丢数，此积分作用消失。消除不灵敏区措施：1增加AD转换位数，加长运算字长，这样可以提高运算精度。2当积分项ΔU1(n)连续N次出现小于输出精度ε的情况时，不要把他作为零舍掉，而把他们一次次累加起来，即SI=Σ i=1->nΔuI(i) ，直到累加值Si大于ε才输出Si，同时把累加单元清零。 数字PID控制简易工程整定法：1扩充临界比例度法2扩充响应曲线法3归一参数整定法。
噪声干扰：噪声源、对噪声敏感的接收电路及噪声源接收电路间的耦合通道。噪声源：1内部噪声源（电路元器件产生的固有噪声，感性负载切换时产生的噪声干扰，接触噪声）2外部噪声（天体和天电干扰，放电干扰，射频干扰，工频干扰）。噪声耦合方式：1静电耦合2电磁耦合3漏电流耦合 4共阻抗耦合（电源内阻抗的耦合干扰，公共地线耦合干扰，输出阻抗耦合干扰）。 噪声的干扰模式：差模噪声（指能够使接收电路的一个输入端相对于另一个接收端产生电位差的噪声）和共模噪声（是相对于公共的电位基准点，在系统的接收电路的两个输入端上同时出现的噪声）。 共模干犹的抑制:1隔离技术【隔离变压器，纵向扼流圈，光电耦合器】2浮置技术 3浮动电容切换法。 差模干扰的抑制:1频率滤波法2积分法3电平鉴别法【采用脉冲隔离门抑制干扰，采用削波器抑制干扰】4脉冲鉴别法。
接地就是将某点与一个等电位点或等电位面之间用低电阻导体连接起来，构成一个基准电位。 地线种类：信号地，模拟地，数字地，负载地，系统地。共地和浮地:如果系统地与大地绝缘，则该系统称为浮地系统，浮地系统的系统地不一定为零电位。如果系统地与大地相连，则该系统称为共地系统，共地系统地与大地电位相同。 常用的工业电子控制装置宜采用共地系统，它有利于信号线的屏蔽处理，机壳接地可以免除操作人员的触电危险。浮地的优点是明显地加大系统的信号放大器公共线与地(或外壳)之间的阻抗，阻断干扰电流的通路，减少了共模干扰电流，缺点是设备不与大地连接，容易出现静电积累现象，增加操作人员的触电危险。 接地方式:单点接地与多点接地。 接地环路:当信号源和系统地都接大地时，两者之间就构成了接地环路。 共模干犹:VN与VI相串联作为放大器输入信号的一部分，形成了噪声干扰，这个干扰是由于俩个信号输入电路上所加的共模电压VG引起的，称为共模干扰。 接地设计的要求:1消除各电路电流流经一个公共地线阻抗时产生的噪声电压 2避免形成接地环路，引进共模干扰。 屏蔽的类型:静电屏蔽，电磁屏蔽，磁屏蔽。 结构形式:屏蔽罩，屏蔽栅网，屏蔽铜箔，隔离仓，导电涂料，电缆屏蔽线等。 供电系统抗干扰措施:1电源滤波和退耦；2采用不间断电源和开关式直流稳压电源；3系统分别供电和采用电源模块单独供电；4供电系统馈线要合理布线。