电气测试系统ch2.1.pptVIP

第二章 输入输出通道 测控系统通常具有输入和输出通道，输入通道 又可分为模拟量、数字量输入通道；相应的，输出 通道也可以分成模拟量、数字量输出通道。不同通 道具有不同通道性能，完成不同动作： 主要内容 2.1 模拟输入通道 2.2 模拟输出通道 2.3 开关量输入/输出通道 2.4 单元电路的级联设计 2.1 模拟输入通道 主要内容 一、模拟输入通道的基本类型与组成结构 二、传感器的选用 三、信号调理电路的参数设计和选择 四、数据采集电路的参数设计和选择 五、模拟输入通道的误差分配与综合 一、模拟输入通道的基本类型与组成结构 模拟输入通道是测控系统中被测对象与计算机 之间的联系通道。 输入通道应包含有以下两大环节： a、传感器电路： 将被测各非电物理量转换为可用的电信号； b、数据采集电路： 将模拟电信号转换为数字电信号。 说明 除数字传感器外，大多数传感器都是将模拟非 电量转换为模拟电量； 这些模拟电量通常不宜直接用数据采集电路进 行数字转换，还需进行适当的信号调理。 模拟输入通道的组成 模拟输入通道由传感器电路、信号调理电路、 数据采集电路三部分组成，如下图： 实际测控系统往往需同时测量多种物理量（多 参数测量）或同一种物理量的多个测量点（多点巡 回测量），多路模拟输入通道更具有普遍性。(例) 分类 标准：按照系统中数据采集电路是各路共用一 个还是每路各用一个。 多路模拟输入通道可分为集中采集式(简称集中 式)和分散采集式(简称分布式)两大类型。 1、集中采集式(集中式) 集中采集式多路模拟输入通道的典型结构包括 分时采集型和同步采集型两种，下图为多路分时采 集分时输入的典型电路： 多路分时采集分时输入电路的特点 多路信号共同使用一个S／H(采样/保持)和A／D转换电路，简化电路结构，降低成本； 对信号的采集由模拟多路切换器即多路转换开关分时切换、轮流选通，因而相邻两路信号在时间上是依次被采集的，不能获得同一时刻的数据； 分时采集会产生采样的时间偏斜误差。尽管时间偏斜很短，对于要求多路信号严格同步采集测试的系统是不适用的； 广泛应用于多数中速及低速测量系统。 多路同步采集分时输入电路的结构 同步采集型分时输入电路的特点： 在多路转换开关前，给每路信号通路各加一个采样／保持器，使多路信号采样在同一时刻进行，即同步采样(为该结构的最大特点)。 各自的保持电路保持采样信号幅值，多路转换开关分时切换进入公用的S／H和A／D电路，将保持的采样幅值转换成数据输入主机(分时转换)。 消除分时采集型结构的时间偏斜误差，同时也能满足同步采集要求，电路又比较简单。 电路不足：被测信号路数较多时，同步采样得到的信号在保持器中保持时间加长； 电路不足：保持器总有一些泄漏(负载电阻不为无穷大)，保持的信号有所衰减，且由于各路信号保持时间不同，致使各个保持信号的衰减量不同。 不能获得严格意义上的同步输入。 2、分散采集式(分布式) 特点： 每路输入信号都有一个S／H和A／D转换电路，不再需要模拟多路切换器MUX。 每一个S／H和A／D只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机地输入计算机。 分散采集式结构图 分散采集式电路的结构特点 信号被同时采集(采样开关受控后同时动作)，采集的数据随后被送至ADC进行A/D转换。 对于A/D转换得到的数字量，处理器会控制ADC进行分时的送出，并为处理器读取。(即在信号输出时，可由ADC受控并分时输出数字量)。 该电路保存的是经过ADC转换好的数字信号，不会发生信号的丢失。 电路较为复杂，每路都需要A/D转换器，成本较高。当精度要求较高，转换路数较多时，A/D转换器带来成本增加必须要考虑。 适用于对转换精度要求较高的场合，并且对各类信号数据同步性要求较高的场合。 被采样的信号为各种类型不同的信号时，这种电路也用得较为常见。 电路结构的异同点及各自的适用范围 1、分时采集分时输入 2、同步采集分时输入 3、分布式采集 例 数据采集电路： 在上图中所示的三种结构的信号采集电路中，通常包括有：模拟多路切换开关、采样保持器、A／D转换器。 这几部分电路的作用就是将传感器输出的模拟电信号转换为数字电信号，因此这部分电路被称之为“数据采集电路”。 模拟输入通道的组成： 传感器电路 调理电路(对信号进行采集前的预处理) 数据