电信号测量仪的设计与实现

脉搏测量仪一、任务分析与设计1.1任务利用压电陶瓷片通过脉搏跳动来采集信号, 经过放大滤波等电路处理, 最后用数码管显示出心脏跳动次数。

另一方面将脉搏电信号送入电脑中的Labview软件中处理, 便可得到心脏跳动的频率波形。

1.2任务分析脉搏计的核心是在固定的短时间内对低频电脉冲信号计数, 最后以数字形式显示出来。

因此脉搏计是用来测量低频信号的装置, 其基本功能要求是:(1)要把人体的脉搏（振动）信号转换成电信号, 这就需要借助传感器。

(2)对转换后的电信号要进行放大和整形等处理, 以保证其他电路正常工作。

(3)在很短的时间内, 测量出经放大后的电信号频率值。

1.3设计思想:把转换为电信号的脉搏信号, 在单位时间内（一分钟）进行计数, 并用数字显示其计数值, 从而直接得到每分钟的脉搏数。

内容如下：(1) 用压电陶瓷传感器将脉搏信号转换为电信号(2) 经放大整形滤波电路得到符合要求的脉搏电信号(3) 再经记时系统最后在数字显示器上显示出每分钟的脉搏数(4) 将脉搏电信号送入电脑中的Labview软件中处理, 得到心脏跳动的频率波形。

系统设计的框架图如下:二、确定总体设计方案为满足脉搏计的上述功能要求, 可把转换为电信号的脉搏信号, 在单位时间内（一分钟）进行计数, 并用数字显示其计数值, 从而直接得到每分钟的脉搏数。

2.1 传感器的选择为了把脉搏转换成电信号, 采用了压电式传感器。

它有两种基本类型: 石英晶体和压电陶瓷。

前者温度稳定性好、机械强度高、工作温度范围宽、转换精度也高。

压电陶瓷是人工制造的压电材料, 优点是压电系数大灵敏度、价格便宜, 只是温度稳定性和强度不如石英晶体, 所以我们使用了压电陶瓷片来做传感器。

2.2放大电路通常采用运算放大器对微小电脉冲信号进行放大。

它具有输入阻抗高和输出阻抗低以及调节电压放大倍数方便等优点, 但在数字电路系统中也常用与非门来构成线形放大器。

由门电路的转换特性可知, 如果使它工作在线形区, 它就具有电压放大能力。

三种风速测量仪介绍及其原理测量仪工作原理1、热式风速仪将流速信号变化为电信号的一种测速仪器，也可测量流体温度或密度。

其原理是，将一根通电加热的细金属丝（称热线）置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即变化成电信号。

它有两种工作模式：①恒流式。

通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻更改，因而两端电压变化，由此测量流速。

②恒温式。

热线的温度保持不变，如保持150℃，依据所需施加的电流可度量流速。

恒温式比恒流式应用更广泛。

热线长度一般在0.5～2毫米范围，直径在1～10微米范围，材料为铂、钨或铂铑合金等。

若以一片很薄（厚度小于0.1微米）的金属膜代替金属丝，即为热膜风速仪，功能与热丝相像，但多用于测量液体流速。

热线除一般的单线式外，还可以是组合的双线式或三线式，用以测量各个方向的速度重量。

从热线输出的电信号，经放大、补偿和数字化后输入计算机，可提高测量精度，自动完成数据后处理过程，扩大测速功能，相像时完成瞬时值和时均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流参数的测量。

热线风速仪[1]与皮托管相比，具有探头体积小，对流场干扰小；响应快，能测量非定常流速；能测量很低速（如低达0.3米／秒）等优点。

当在湍流中使用热敏式探头时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的精准性。

在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式探头。

以上现象可以在管道测量过程中察看到。

依据管理管道紊流的不同设计，甚至在低速时也会显现。

因此，风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。

直线部分的起点应至少在测量点前10D（D=管道直径，单位为CM）外；尽头至少在测量点后4D处。

流体截面不得有任何遮挡（棱角，重悬，物等）。

2、叶轮风速仪风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个靠近感应开头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。

压力变送器的组成和测量原理图作为一个转换为电信号的测量仪表，图1-2-1是压力变送器有一个基本的工作框图：压力传感器检测到压力后，输出一个电信号，这个信号可以是电压，也可以是频率或脉冲。

信号处理电路会把这个信号放大或者整形，若是智能变送器会把这个信号转换为数字量，进行非线性及温度的补偿，然后再转换为模拟量，送给变送输出部分，变成4～20mA电流信号。

若是非智能变送器，则直接把模拟的电信号送变送输出。

一般的变送器均为2线制仪表，即供电和测量信号的输出使用相同的2根导线。

图1-2-1压力变送器基本工作框图2.3压力传感器压力传感器的作用是将压力的物理信号转换为电信号。

通常使用的压力传感器主要有3类。

2.3.1陶瓷电容传感器以三氧化二铝陶瓷构成，当传感器感受压力后，两导电极板间距离发生变化，引起电容量发生变化。

通过振荡电路可以将这个电容变化转换为电压信号，就可以测量出电容量也就是压力大小。

陶瓷电容压力传感器的特点是热稳定性好，抗过载能力可达量程的百倍以上，没有液体传递压力，无任何填充液，不会产生工艺污染，因此在食品、医药等行业有着广泛的应用，加之是干式陶瓷膜片，也没有安装位置影响。

有的陶瓷压力传感器带有专用调理电路，可直接输出0.5~4.5V的电压信号。

虽然压力传感器的量程范围不同，但是输出信号的幅值都相同。

即0.5V对应传感器测量的最小压力，4.5V对应最大压力，其余中间各点与测量压力成线性关系。

例如，-0.1～１MPa的压力传感器，在压力为0时的理论输出为0.86V。

2.3.2金属电容差压传感器图1-2-2金属电容差压传感器罗斯蒙特公司使用金属电容传感器制成了1151差压变送器，现在国内很多厂家的差压变送器都是参考1151制造的。

金属电容差压传感器的原理是：被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在敏感元件的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充的硅油传送到测量膜片两侧。

由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。

自动测量仪的原理自动测量仪是一种能够自动进行测量、数据采集和数据处理的仪器。

它通过内置的传感器和控制系统，可以实现自动测量各种物理量、化学指标或电子参数，并将测量结果以数字形式进行显示和记录。

自动测量仪的原理主要包括传感器技术、信号处理技术、自动控制技术等几个方面。

首先，自动测量仪的核心部件是传感器，它是将被测量量转化为电信号的装置。

传感器可以根据被测物理量的不同选择不同的工作原理，如变压器传感器、电容传感器、电感传感器、压电传感器等。

传感器通过量化被测量并将其产生的物理量转化为电信号，从而实现对被测量量的测量。

其次，自动测量仪利用信号处理技术将传感器产生的电信号进行增强、滤波、调理和数字化处理，使其达到适合后续处理的要求。

信号处理技术包括模拟信号处理和数字信号处理两种方式。

模拟信号处理主要用于对模拟信号进行滤波、放大和整形处理，以提高信噪比和抑制干扰。

数字信号处理则将模拟信号经过模数转换器转换为数字信号后，利用数字滤波器、数字滤波算法、数字调理算法等进行处理。

然后，自动测量仪利用自动控制技术实现对传感器和信号处理系统的自动控制。

自动控制系统可以根据预设的测量参数进行控制，包括采集触发，信号放大和校正，数据记录以及控制输出等功能。

自动控制技术主要包括反馈控制、前馈控制和模糊控制等方式。

通过自动控制技术，自动测量仪可以实现对测量过程的可靠控制，提高测量的准确性和可重复性。

除了以上几个核心原理，自动测量仪还可以应用其他辅助技术来提高测量精度和可靠性。

例如，校准技术可以通过与标准设备相比，对测量仪表进行校准，以修正测量误差。

自适应技术可以根据测量环境和被测参数的变化自动调整测量仪的工作参数，提高测量的适应性。

实时监测技术可以实时监测传感器和信号处理系统的状态，以及测量结果的准确性和稳定性，从而提前判断并处理故障。

总之，自动测量仪的原理主要包括传感器技术、信号处理技术和自动控制技术。

通过传感器将被测物理量转化为电信号，然后通过信号处理技术对电信号进行增强、滤波、调理和数字化处理，最后通过自动控制技术对传感器和信号处理系统进行自动控制，实现自动测量和数据处理。

光电仪器设计光电仪器是一种利用光电效应进行测量的设备，广泛应用于科学研究、工业生产、医疗诊断等领域。

随着科技的不断发展，光电仪器的设计和制造技术也在不断进步。

本文将对光电仪器设计原理与实践进行探讨，以期为光电仪器设计和应用提供有益的参考。

一、光电仪器设计原理概述光电仪器设计原理主要包括光电效应、光学系统、电子系统和数据处理等方面。

光电效应是指光照射到半导体材料上时，会产生电子-空穴对，从而产生电流。

光学系统主要包括光源、光学传感器、光学镜头等，用于将光信号转换为电信号。

电子系统主要包括放大器、滤波器、模数转换器等，用于对电信号进行处理和放大。

数据处理主要包括数据采集、信号处理、数据分析等，用于提取有用的信息。

二、光电仪器设计实践探讨1. 光源选择：光源是光电仪器设计的关键因素之一。

根据不同的应用需求，可以选择合适的光源，如激光、LED、荧光灯等。

光源的选择应考虑其稳定性、亮度、波长等因素。

2. 光学传感器设计：光学传感器是光电仪器中的核心部件，用于将光信号转换为电信号。

光学传感器设计应考虑其灵敏度、分辨率、响应速度等因素。

3. 光学镜头设计：光学镜头用于将光信号聚焦到光学传感器上，其设计应考虑其焦距、光圈、像差等因素。

4. 电子系统设计：电子系统是光电仪器中的关键部分，用于对电信号进行处理和放大。

电子系统设计应考虑其噪声、漂移、线性度等因素。

5. 数据处理设计：数据处理是光电仪器中的关键环节，用于提取有用的信息。

数据处理设计应考虑其算法、速度、精度等因素。

三、光电仪器设计在实际应用中的探讨1. 提高测量精度：通过优化光电仪器设计，可以提高测量精度，满足高精度测量的需求。

2. 扩展测量范围：通过合理设计光学系统和电子系统，可以扩展光电仪器的测量范围，满足不同应用场景的需求。

3. 提高测量速度：通过优化数据处理算法，可以提高光电仪器的测量速度，满足实时测量的需求。

4. 降低成本：通过采用先进的设计理念和制造技术，可以降低光电仪器的成本，提高市场竞争力。

基于单片机简易频率计设计一、前言频率计是一种测量电信号频率的仪器，其应用广泛。

本文将介绍如何基于单片机设计一个简易的频率计。

二、设计思路本次设计采用单片机作为核心控制芯片，通过捕获输入信号的上升沿和下降沿来计算出信号的周期，从而得到信号的频率。

具体实现过程如下：1. 选择合适的单片机选择一款适合本次设计要求的单片机，需要考虑其性能、价格、易用性等因素。

常见的单片机有STC89C52、AT89C51等。

2. 硬件电路设计硬件电路主要包括输入端口、捕获定时器模块、显示模块等。

其中输入端口需要接收待测信号，捕获定时器模块用于捕获信号上升沿和下降沿的时间，显示模块则用于显示测得的频率值。

3. 软件程序设计软件程序主要包括初始化程序、捕获中断服务函数和主函数等。

其中初始化程序用于设置捕获定时器模块和显示模块参数，捕获中断服务函数则是实现对输入信号上升沿和下降沿时间的捕获与计算，主函数则用于控制程序流程和显示结果。

三、硬件设计1. 输入端口设计输入端口需要接收待测信号，一般采用BNC接头。

由于输入信号可能存在较高的电压和噪声，因此需要加入滤波电路以保证输入信号的稳定性。

2. 捕获定时器模块设计捕获定时器模块是本次设计的核心部分，其主要功能是捕获输入信号的上升沿和下降沿时间，并通过计算得到信号周期和频率值。

常见的捕获定时器模块有16位定时器/计数器、32位定时器/计数器等。

在本次设计中，我们选择了16位定时器/计数器。

3. 显示模块设计显示模块主要用于显示测得的频率值。

常见的显示模块有LED数码管、LCD液晶屏等。

在本次设计中，我们选择了LCD液晶屏。

四、软件程序设计1. 初始化程序初始化程序主要包括设置捕获定时器模块参数、设置LCD液晶屏参数等。

2. 捕获中断服务函数捕获中断服务函数是实现对输入信号上升沿和下降沿时间的捕获与计算，其具体实现过程如下：（1）当捕获定时器模块捕获到输入信号上升沿时，记录当前时间值。

示波器的射频测量和分析技巧射频测量和分析技术是现代通信、无线电和电子领域中的关键技术之一。

示波器作为一种重要的测量仪器，被广泛用于射频电路的测试和分析。

本文将介绍示波器在射频测量和分析中的常用技巧和方法，以帮助读者更好地理解和应用这一技术。

一、示波器的基本原理简介示波器是一种用于测量电信号波形的仪器。

它通过将待测信号连接到水平和垂直偏转系统，可以显示出信号的波形和特征。

示波器主要由示波管、扫描电路、触发电路和垂直放大器等组成。

二、射频信号的测量技巧1. 垂直放大器的设置在射频测量中，正确设置垂直放大器是非常关键的。

首先，选择适当的垂直增益，使得待测信号能够充分展示在示波器的屏幕上；其次，根据信号的幅度范围选择合适的垂直灵敏度，确保信号能够在示波器的垂直方向上合理分布。

2. 水平扫描的设置对于射频信号的测量，正确设置水平扫描参数也非常重要。

首先，通过调整扫描速率和时间基准，使得待测信号的周期和特征能够在示波器屏幕上得以清晰显示；其次，选择合适的水平灵敏度，确保信号能够在示波器的水平方向上合理分布。

3. 触发电路的应用射频信号的触发对于测量和分析来说是至关重要的。

通过调整触发电路的阈值和触发方式，可以实现对特定信号的检测和显示。

在射频测量中，通常选择边沿触发方式，并根据信号波形的特点调整触发电平和触发延迟，以确保触发的准确性和稳定性。

三、射频信号的分析技巧1. 频率测量示波器可以通过测量信号的周期或脉宽，计算出信号的频率。

在射频测量中，通常选择自动或单次测量模式，并利用示波器上的软件工具实现频率的测量和分析。

2. 波形分析示波器通过显示信号的波形和特征，可以对射频信号进行进一步的分析。

通过观察波形的振幅、频率、相位和时序等参数，可以判断信号的稳定性、失真情况和干扰程度，从而指导后续的电路设计和优化。

3. 频谱分析频谱分析是射频信号分析中常用的方法之一。

示波器可以通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，并显示出信号的频谱分布。

自制简易数字照度计苏黎明;刘爱华【摘要】利用硅光电池将接收到的光信号转换成电信号,然后利用A/D转换器ICL7107将输入的模拟电压信号转化成数字信号,再通过LED共阳极数码管将该输出值直接显示,由此构成数字照度计.该照度计制作简单,读数方便,费用少.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2010(027)003【总页数】4页(P57-60)【关键词】照度计;硅光电池;共阳极数码管【作者】苏黎明;刘爱华【作者单位】山东师范大学物理与电子科学学院,山东,250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东,250014【正文语种】中文【中图分类】TB96随着数字技术的发展以及模拟技术缺陷的日益明显,数字仪器取代模拟仪器已成为电子仪器的发展趋势[1-2]。

在工农业生产中,光照度是衡量生产环境的一个重要指标。

例如,在农业生产上,使用照度计测量太阳辐射的光照度,可以直接反映作物生长与光照度的关系,准确把握光照强度和光照时间是保障作物增产增收的关键。

但是市场上常用的照度计,动辄几千元,对于非高精度要求的用户而言费用的确过高。

本文设计的简易照度计,仅利用硅光电池、ICL7107和 LED共阳极数码管等少量元器件,花费不过十几元,但读数迅速、方便,制作简单,原理易懂。

1 设计照度是受光照平面上接受的光通量的面密度。

数字照度计是用于测量被照面上的光照度的仪器,是光学测量中用得最多的仪器之一[3-7]。

本设计的照度计由光度头和读数显示器两部分组成。

1.1 光度头的设计光度头又称光探头,主要是接受光信号,然后通过硅光电池把它转化成电信号,再通过分压电路转化成A/D转化器可接受的信号。

光度头由硅光电池、电阻和滑动变阻器组成,如图1所示。

其中 R1、R2,R3、R4为换档及反馈电阻,R5为可调电阻,OP 为运算放大器。

可调电阻R5外接数字电压表。

1.2 显示器的设计显示器把模拟信号转化成数字信号,并通过数码管显示出相应的照度值。

函数信号发生器及常用电信号的观察与测量实验报告09光信2班1、实验目的1）掌握常见点新高的观察与测量方法。

2）了解单片集成函数信号发生器的功能特点。

3）熟悉信号与系统试验箱信号的产生方法。

1、实验仪器1）信号与系统实验箱一台。

2） 20MHz双踪示波器一台。

3、实验原理ICL8038是单片机集成函数信号发生器，其内部框图如图1」所示。

它由恒流源人和厶、电压比较器A和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。

外接电容-V EE图1.1 ICL8038原理方框图外接屯容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B的阀值分别为电源电压（指人的2/3和1/3。

恒流源人和厶的人小可通过外接屯阻调节，但必须/2 >/,o当触发器的输出为低电平时,恒流源厶断开,恒流源人给C 充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当UC达到电源电压的2/3时，电压比较器A的输出电压发生跳变，使触发器输岀由低电平变为高电平，恒流源C接通, 由于/2 > /.（设人=2人），恒流源厶将电流2人加到C上反充电，相当于C由一个净电流I 放电，C两端的电压UC 乂转为直线下降。

当它下降到电源电圧的1/3 时，电压比较器B的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源人断开，人再给C充电，…如此周而复始，产生振荡。

若调整电路，使/2 = 2/,,则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚⑨输出方波信号。

C 上的电压"c上升与下降时间相等时为三角波，经屯压跟随器从管脚③输出三角波信号。

将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络屮，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚②输出。

TCL8038管脚功能如图1. 2所示。

图1. 2 1CL8038管脚图电源电压为单屯源10〜30U或双电源土5U〜土实验电路如图1.3所示。

仪器使用与电信号测量实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是学习仪器使用和电信号测量技术，包括使用示波器、函数发生器、多用表等仪器进行电路测试，了解基本的电路参数测量方法，并能够熟练掌握各种电信号测量技术。

二、实验仪器及材料1. 示波器2. 函数发生器3. 多用表4. 电阻、电容等元件5. 实验板等三、实验步骤及结果分析1. 交流电压测量首先我们使用多用表对交流电压进行测量。

将多用表调整到交流电压档位，接入待测电路中，读取测试结果。

在此过程中需要注意保持测试点干净，避免误差产生。

2. 直流电压测量接下来我们对直流电压进行测量。

同样是使用多用表进行测试，在此过程中需要注意保持测试点干净，避免误差产生。

3. 交流信号观察接下来我们使用示波器观察交流信号。

将示波器接入待测信号源后，观察输出结果并记录数据。

在此过程中需要注意调整时间和幅度尺度，以便更好地观察波形。

4. 直流信号观察接下来我们使用示波器观察直流信号。

同样是将示波器接入待测信号源后，观察输出结果并记录数据。

在此过程中需要注意调整时间和幅度尺度，以便更好地观察波形。

5. 交流电路参数测量在此步骤中，我们使用多用表对交流电路参数进行测量。

首先需要计算出频率和阻抗等基本参数，然后对待测电路进行测试，并记录测试结果。

在此过程中需要注意保持测试点干净，避免误差产生。

6. 直流电路参数测量最后我们使用多用表对直流电路参数进行测量。

同样需要计算出基本参数后对待测电路进行测试，并记录测试结果。

在此过程中需要注意保持测试点干净，避免误差产生。

四、实验结论通过本次实验，我们学习了仪器使用和电信号测量技术，并能够熟练掌握各种电信号测量技术。

同时还了解了基本的电路参数测量方法，并能够准确地进行各种电路测试操作。

这些知识和技能将为今后的电子工程实践提供重要的基础和支持。