【正文】 電路包含的電路類型眾多，例如各種放大電路、調(diào)制解調(diào)電路、濾波電路、阻抗變換電路、電平轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、傅立葉變換電路、量程自動(dòng)切換電路、非線性補(bǔ)償電路、溫度補(bǔ)償電路、運(yùn)算電路等等。 控制電路也包含多種電路，例如各種電壓放大電路、電流放大電路、功率放大路、驅(qū)動(dòng)與隔離電路、數(shù)字模擬（D/A）轉(zhuǎn)換電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、遙控電路等。 多數(shù)的中央處理系統(tǒng)一般都采用計(jì)算機(jī)。 4. 電源 上述的測(cè)量電路、控制電路和中央處理系統(tǒng)在硬件形式上均為電路系統(tǒng)，因此電源是必不可缺的重要環(huán)節(jié)。5. 軟件系統(tǒng) 在基于計(jì)算機(jī)或各種微處理器構(gòu)建的中央處理系統(tǒng)中，必須配以軟件系統(tǒng)才能正常工作，否則系統(tǒng)將成為“裸機(jī)”。[52] 影響測(cè)控電路精度的因素有那些？各有什么影響？信噪比：衡量系統(tǒng)抗干擾能力的技術(shù)指標(biāo)，以有用信號(hào)強(qiáng)度與噪音信號(hào)強(qiáng)度之間的比率來表示，稱其為信號(hào)噪聲比，簡(jiǎn)稱信噪比（Signal/Noise），通常以S/N表示，單位為分貝（dB）分辨力：對(duì)于數(shù)字式儀器分辨力是指儀器顯示的最末一位數(shù)字間隔代表的被測(cè)量值。線性度：測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是一條曲線而并非是一條直線。它是輸出－輸入特性曲線的斜率。 穩(wěn)定性（漂移）一般分為時(shí)間穩(wěn)定性（時(shí)間漂移）和溫度穩(wěn)定性（溫度漂移）兩種。 頻率特性：在動(dòng)態(tài)測(cè)試情況下，輸出信號(hào)幅度和相位隨輸入信號(hào)的頻率變化而變化的特性，即幅頻和相頻特性。 其影響包括：①非線性的標(biāo)尺和刻度盤難于制作；②在系統(tǒng)換檔時(shí)需要重新標(biāo)定；③測(cè)試數(shù)據(jù)記錄容易失真；④當(dāng)進(jìn)行模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換時(shí)不易保證精度；⑤當(dāng)進(jìn)行反饋控制時(shí)，控制方法和算法不易實(shí)現(xiàn)等。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。②可以通過適當(dāng)設(shè)計(jì)或增加補(bǔ)償和校正環(huán)節(jié)，降低非線性誤差。對(duì)于輸出模擬信號(hào)的傳感器而言（如圖52所示），放大電路和濾波電路一般是必需的。很多測(cè)控場(chǎng)合還需運(yùn)算電路，來實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。[54] 傳感器輸出數(shù)字信號(hào)時(shí)，測(cè)量電路一般由哪幾部分構(gòu)成？試舉例說明。對(duì)于傳感器輸出數(shù)字信號(hào)與后續(xù)電路不匹配（如TTL信號(hào)與CMOS信號(hào)等）的場(chǎng)合，還需電平轉(zhuǎn)換電路。對(duì)于傳感器輸出連續(xù)脈沖的場(chǎng)合，還需辨向電路判斷被測(cè)量變化的方向。[55] 測(cè)量電路中的信號(hào)放大環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮那些因素？試說明理由。這些放大電路也稱測(cè)量放大電路或儀器放大電路。② 穩(wěn)定性要求：包括較低的輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流，溫度漂移和靈敏度漂移要小等。④ 增益要求：要求放大電路具有一定的放大倍數(shù)，增益穩(wěn)定，以免降低測(cè)量精度。 主要取決于傳感器輸出信號(hào)的形式和后續(xù)電路（中央處理系統(tǒng)活控制電路）的輸入要求。① 阻抗匹配問題：有時(shí)，傳感器的輸出阻抗很高，例如壓電式傳感器，必須配接高輸入阻抗的放大器。② 漂移問題：應(yīng)優(yōu)先考慮低溫漂或具有自動(dòng)穩(wěn)零功能的放大器。 ③ 增益問題：放大器增益的選擇和確定應(yīng)權(quán)衡量程與分辨力兩方面的因素。 [56] 測(cè)量電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮那些因素？試說明理由。為了適應(yīng)后續(xù)的計(jì)算機(jī)處理，完成將模擬量轉(zhuǎn)換成一定位數(shù)的數(shù)字量的器件就是模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器。 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮以下幾方面因素： ① A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)：一般說來，位數(shù)越多，分辨率越高，量化誤差就越小。 ② 線性誤差：指A/D轉(zhuǎn)換器在滿量程內(nèi)的輸入和輸出之間的比例關(guān)系不是完全的線性而產(chǎn)生的誤差。 ④ 基準(zhǔn)電源穩(wěn)定度：當(dāng)基準(zhǔn)電源電壓變化時(shí)，將使A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓發(fā)生變化，從而使輸出數(shù)字量發(fā)生變化。 [57] 試分析：由微處理器和由衛(wèi)星計(jì)算機(jī)構(gòu)成的中央處理系統(tǒng)的區(qū)別？舉例說明各自的應(yīng)用場(chǎng)合。在設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換電路時(shí)，應(yīng)注意考慮以下幾個(gè)問題：① D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)：為了適應(yīng)不同控制精度的要求，可采用8位、10位、12位或更多位的D/A轉(zhuǎn)換器。③ D/A轉(zhuǎn)換器的調(diào)整：在投入正常工作之前，必須要對(duì)放大器進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度的調(diào)整，同時(shí)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器本身進(jìn)行調(diào)整，以保證零點(diǎn)的正確性和滿刻度輸出幅值的要求。另外，計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)保持時(shí)間必須要大于D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)保持時(shí)間，否則將出現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)定。一般情況下，可將參考電壓直接接電源（正電源或負(fù)電源）；當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換精度要求較高時(shí)，可采用精密電壓集成電路來提供高精度基準(zhǔn)電壓。對(duì)于直通型的輸入通道，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)可直接打入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電路系統(tǒng)簡(jiǎn)單，執(zhí)行速度快，常用于連續(xù)反饋控制系統(tǒng)中。[59] 控制電路中如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離保護(hù)？信號(hào)隔離：將轉(zhuǎn)換電路與驅(qū)動(dòng)電路的之間的電聯(lián)系切斷，從而保護(hù)控制電路。同時(shí)光電耦合器件的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓，不會(huì)擊穿器件。從而避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。[510] 舉例說明電源穩(wěn)定性對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的影響。在極端情況下，電壓太低則系統(tǒng)無法工作，電壓太高會(huì)燒壞系統(tǒng)。① 穩(wěn)壓系數(shù)：在開路情況下，輸出電壓Vo變化量與輸入電壓Vi變化量之比，即② 電壓調(diào)整率(Line Regulation)：是指在負(fù)載不變的條件下，輸入電壓變化時(shí)電源維持輸出電壓不變的能力。10%時(shí)，輸出電壓的變化量與輸入電壓變化量之比表示電壓調(diào)整率，即③ 負(fù)載調(diào)整率(Load Regulation)：輸入電壓不變而輸出電流從零（空載）變化到最大額定值（滿載）時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化值，因此也稱為電流調(diào)整率，用百分比表示為④ 紋波抑制比：理想的直流穩(wěn)壓電源輸出的應(yīng)是干凈的直流電，沒有任何交流成分。紋波過大，會(huì)對(duì)電路芯片造成不良影響。信號(hào)地線的接地方式有兩種：即一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。 ① 一點(diǎn)接地 串聯(lián)式一點(diǎn)接地方式各電路的地線是串聯(lián)的，電路比較簡(jiǎn)單，但容易相互干擾。 并聯(lián)式一點(diǎn)接地方式，各電路的地線是并聯(lián)的，各自的地電位由各自的地電阻和地電流所決定，不存在共用阻抗耦合產(chǎn)生的干擾。但它不適于高頻場(chǎng)合，因?yàn)楦哳l不僅增大了地線阻抗，而且由于導(dǎo)線電感的不可忽視，將造成相應(yīng)之間的電磁耦合。特別是當(dāng)?shù)鼐€的長(zhǎng)度是1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，地線阻抗會(huì)變得很高，這時(shí)地線就變成了天線，可以向外輻射噪聲。 ② 多點(diǎn)接地 為了降低地線長(zhǎng)度，在高頻(10MHz以上)場(chǎng)合多數(shù)采用多點(diǎn)接地方式，因?yàn)殡S著頻率的增高，地線阻抗中的感抗分量將顯著增大。③ 電路的單地原則 精密測(cè)量系統(tǒng)中，特別是前置放大電路，若有兩個(gè)接地點(diǎn)，則很難獲得同一電位，其對(duì)地電位差將耦合至放大器。④ 電纜屏蔽層的接地 當(dāng)信號(hào)電路確定為一點(diǎn)接地之后，低頻信號(hào)線的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。電纜屏蔽層的一點(diǎn)接地的位置不同，其效果也不一樣。當(dāng)信號(hào)源接地，而放大器不接地時(shí)，輸入端的電纜屏蔽層應(yīng)接至信號(hào)源的公共端，此時(shí)無噪聲電壓，而其他位置均有噪聲電壓。但是，同其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，測(cè)控儀器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)遵循一定的設(shè)計(jì)原則。 (2) 可擴(kuò)充性：軟件系統(tǒng)的架構(gòu)應(yīng)當(dāng)方便系統(tǒng)和支撐平臺(tái)的升級(jí)，滿足用戶對(duì)信息需求不斷變化的需要，以及系統(tǒng)投資建設(shè)的長(zhǎng)期性效益。 (4) 規(guī)范性：采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，保證系統(tǒng)發(fā)展的延續(xù)和可靠性。典型的情況，就是經(jīng)常采用“以軟代硬”的方法。影響測(cè)控系統(tǒng)可靠性的因素中，有約45%是來自系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(1) 注意元器件的電氣性能 元器件的電氣性能是指元器件所能承受的電壓、電流、功率等。 對(duì)于電阻，除了要清楚阻值以外，還要注意誤差和功率。但應(yīng)注意電容的耐壓值，所選用的電容的耐壓值一定要高于系統(tǒng)中的電壓值，以避免電容器擊穿。一般要在電容器的引出線與公共線或地線之間并接1KΩ左右的電阻，為電容器提供一條泄放回路。未采用的引腳輸入端必須和電源或地相連，否則易于出現(xiàn)異?，F(xiàn)象或發(fā)生過流損壞。對(duì)CMOS集成電路焊接時(shí)，應(yīng)先切斷電源，利用余熱進(jìn)行焊接。否則容易造成芯片損壞，或使芯片處于不正常的工作狀態(tài)。(2) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境條件對(duì)硬件參數(shù)的影響 由于環(huán)境因素的影響，不少測(cè)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)情況雖然良好，但在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行就頻繁出現(xiàn)故障。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按元器件熱參數(shù)的上下界，采用降限使用。② 干擾：在測(cè)控系統(tǒng)中，各種電磁干擾都可能耦合到控制系統(tǒng)中，也可能竄入計(jì)算機(jī)中，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采用各種有效的抗干擾措施。在設(shè)計(jì)時(shí)必須采取相應(yīng)的措施。④ 空氣：在有些現(xiàn)場(chǎng)，空氣質(zhì)量很差。這些對(duì)電路元器件以及集成電路引腳都有較大影響，必須予以足夠的重視。有時(shí)由于工藝上的原因引起的故障很難定位排除。在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)應(yīng)引起足夠的重視和考慮。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)注意元器件及設(shè)備的安裝方式，其次是控制工作環(huán)境條件，如通風(fēng)，除濕，防塵等。但是冗余設(shè)計(jì)必須增加硬件，增加成本。常用的措施是采用若干設(shè)備并聯(lián)，當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)中至少有一個(gè)裝置工作正常時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)即維持正常工作。[514] 提高軟件系統(tǒng)可靠性的措施有哪些？軟件可靠性的定義是：軟件按規(guī)定的條件，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行而不發(fā)生故障的能力。具體如下： (1)需求分析階段：主要措施是，全面理解用戶的使用要求、使用條件和軟件功能，在全面分析和與用戶充分交換意見的基礎(chǔ)上，制訂出軟件的技術(shù)規(guī)格書。 (2)設(shè)計(jì)階段：要把軟件的技術(shù)要求轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)方案。(3) 編碼階段：編碼就是把設(shè)計(jì)方案變成計(jì)算機(jī)語言，也就是所謂的編程序。常見的編碼缺陷有：鍵入錯(cuò)代碼、原始數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤（含單位不一致等）、用了被零除這類不正確表達(dá)式等。 (4) 檢驗(yàn)階段：檢驗(yàn)階段主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)軟件中的缺陷，并加以清除。為了查找缺陷，首先要對(duì)軟件進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)調(diào)試。軟件的測(cè)試按模塊測(cè)試、整體測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試的次序依次進(jìn)行，最終確認(rèn)軟件的全部功能能否正確而完全地實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于軟件的運(yùn)行環(huán)境和調(diào)試時(shí)不盡相同，也需對(duì)軟件進(jìn)行必要的修改、補(bǔ)充和完善。此外，還應(yīng)經(jīng)常研究出錯(cuò)的記錄，前后對(duì)照和分析，弄清楚軟件是否存在某種隱患。 常用的軟件濾波方法： 平均值濾波：把n次采樣結(jié)果的算術(shù)平均值作為輸出，也可以根據(jù)需要改變采樣值的權(quán)，形成加權(quán)平均值濾波。 中值濾波：把M次連續(xù)采樣值進(jìn)行排序，取其中位值作為濾波器的輸出。 　　 平滑濾波：把連續(xù)取n個(gè)采樣值看成一個(gè)序列，序列的長(zhǎng)度固定不變，采取先進(jìn)先出原則，把隊(duì)列中的n個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算并輸出。限幅濾波：根據(jù)采樣周期和真實(shí)信號(hào)的正常變化率確定相鄰兩次采樣的最大可能差值Δ，將本次采樣和上次采樣的差值小于等于Δ的信號(hào)認(rèn)為是有效信號(hào)，大于Δ的信號(hào)作為噪聲處理，放棄本次測(cè)量值，采用上次測(cè)量值代替本次值。 卡爾曼濾波：1960年，美國(guó)數(shù)學(xué)家卡爾曼(R. Kalman)提出了一種數(shù)學(xué)方法，可以把隨機(jī)出現(xiàn)的干擾“濾”掉，使監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和真實(shí)值達(dá)到最佳吻合，這便是著名的卡爾曼濾波。它的廣泛應(yīng)用已經(jīng)超過30年，包括機(jī)器人導(dǎo)航，控制，傳感器數(shù)據(jù)融合甚至在軍事方面的雷達(dá)系統(tǒng)以及導(dǎo)彈追蹤等等?？柭鼮V波技術(shù)現(xiàn)在已推廣到包括地震監(jiān)測(cè)和經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)的監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的NOP。此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。通過軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。 通常在非程序區(qū)填入絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令作為軟件陷阱。考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有23個(gè)就可以進(jìn)行有效攔截。 “看門狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。則系統(tǒng)無法定時(shí)“喂狗”，硬件看門狗電路失效。(5) 容錯(cuò)設(shè)計(jì)、光電系統(tǒng)的主動(dòng)系統(tǒng)與被動(dòng)系統(tǒng)，直接檢測(cè)系統(tǒng)與相干檢測(cè)系統(tǒng)各有何特點(diǎn)？主動(dòng)系統(tǒng)與被動(dòng)系統(tǒng) 主動(dòng)系統(tǒng)與被動(dòng)系統(tǒng)是指攜帶信息的光源（光煤介）是人為制造的還是自然輻射的。被動(dòng)光電系統(tǒng) : 光電系統(tǒng)的照明光源是自然光（如太陽光）或者用不是為光電系統(tǒng)特殊設(shè)計(jì)的光源來攜帶光信息。 相干檢測(cè)系統(tǒng)： 采用相干光源利用光波的振幅、頻率、相位來攜帶信息，光電檢測(cè)不是直接檢測(cè)光強(qiáng)而是檢測(cè)干涉條紋的振幅、頻率或相位。光電特性 光電系統(tǒng)的光電特性即該系統(tǒng)輸入、輸出特性又稱為靜特性，其輸入量一般是光通量 或光照度E，輸出量一般是電壓或電流。若光電系統(tǒng)的光學(xué)變換是線性的，則系統(tǒng)的光電特性主要取決于光電探測(cè)器的光電特性。光電系統(tǒng)中光載波信號(hào)的能量來源是光源或輻射源，輻射能量由光源經(jīng)測(cè)試目標(biāo)、光學(xué)系統(tǒng)和傳輸介質(zhì)被光電檢測(cè)器接收。 光譜響應(yīng)率又稱光電靈敏度，它是光電系統(tǒng)的光電檢測(cè)器件的輸出（電壓V或電流I）與入射光通量之比當(dāng)入射光照是以一定頻率變動(dòng)的交換光信息時(shí)，光照頻率的變化將會(huì)引起光電器件響應(yīng)率的變化。在光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，光譜匹配的核心是光源的光譜峰值波長(zhǎng)應(yīng)與光電檢測(cè)器件對(duì)光譜的靈敏波長(zhǎng)相一致。 功率匹配是指盡量最佳的使用光功率，它包含如下三個(gè)方面的內(nèi)容：，同時(shí)又盡量使入射光照射到全部光敏面上以充分利用光能，實(shí)現(xiàn)入射光與光電檢測(cè)器件的空間匹配。、光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮哪些重要原則？一、匹配原則 光電系統(tǒng)的核心是光學(xué)變換與光電變換，因而光電系統(tǒng)的光學(xué)部分與電子部分的匹配是十分重要的。匹配的核心是如何正常選擇光電檢測(cè)器件。干擾光最小原則指干擾光對(duì)光電系統(tǒng)影響最小，以使系統(tǒng)穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。陽光是復(fù)色光，太陽光源是很好的平行光源。發(fā)光特性穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、可靠、壽命比較長(zhǎng)，得到廣泛的應(yīng)用。 特點(diǎn)： 1）發(fā)光效率高，比白熾燈高2～10倍，可節(jié)省能源。 3）壽命長(zhǎng)，大約是白熾燈的2～10倍，可節(jié)省能源。 由于以上特點(diǎn)氣體放電光源經(jīng)常被用于工程照明和光電測(cè)量之中。 激光光源 激光又稱為受激發(fā)射光，能激發(fā)出激光并能實(shí)現(xiàn)激光的持續(xù)發(fā)射的器件稱為激光器。直接檢測(cè)是將待測(cè)的光信號(hào)直接入射到光電器件的光敏面上，光電器件的輸出電流或電壓與入射光強(qiáng)有關(guān)。、如何提高直接檢測(cè)光電系統(tǒng)的穩(wěn)定性？影響光功率直接檢測(cè)光電系統(tǒng)精度的主要誤差因素是照明光源發(fā)光強(qiáng)度的不穩(wěn)定和噪聲影響，下面對(duì)這兩個(gè)問題加以分析。 穩(wěn)定光源