一、概述
测控技术在现代生产和高科技中得到了广泛的应用,针对当前实验教学的需要,我公司开发了“THZK-1型测控技术综合实验平台”,包括以下五门课程:传感器、信号与系统、控制理论、计算机控制技术、测控电路的综合实验平台。
整个实验装置由硬件部分和系统软件组成:硬件部分由实验平台、七个挂件和一个实验箱组成;系统软件包括系统实验软件、系统管理软件和实验室校园网站组成,系统实验软件用来完成实验台对功能挂箱的计算机控制,包括参数的灵活设置、虚拟示波器波形的实时采集与存储显示,虚拟仪表数据的采集和显示。系统管理软件用来自动生成实验报告、对实验数据的保存、实验成绩的管理和考评等。实验室校园网站把系统管理软件的功能从实验室延伸到校园网,使得学生除现场数据采集需要到实验室外,其它操作可以在校园里任何一台联网的机子上登录完成,老师也可以在校园里任何一台联网的机子上登录完成相应的操作(系统管理软件和实验室校园网站详细功能详见“附录一:实验室网络管理系统”介绍)。
二、技术性能
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输入电源:单相三线220V±10% 50Hz
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工作环境:温度-10℃~+40℃ 相对湿度<85%(25℃) 海拔<4000m
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装置容量:<200VA
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外形尺寸:1770mm×805mm×1447mm
三、装置的配备
本装置主要由实验控制屏和实验桌两部分组成。
(一)实验控制屏
1.电源系统
(1) 供电及安全体系:单相三线220V电源输入,由漏电保护器的控制电源开关。
(2) 直流稳压电源:① ±5V/1A、±12V/1A、±15V/1A直流稳压电源,均具有短路软截止自动恢复保护功能;② 0.0~30V/1A连续可调电源,具有短路软截止自动恢复保护功能,带数显电压表指示和计算机通信功能;③ 0.0~ 1000mA连续可调恒流源、具有开路保护功能,带数显指示和计算机通信功能。
(3) 功率函数信号发生器
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频率范围:0.2Hz~2MHz,分七档
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输出波形:正弦波、三角波、方波、脉冲波、斜波、50Hz正弦波
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占孔比调节:20%~80%
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扫频速率:10mS~5S
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输出电压幅度:20VP-P(负载1MΩ)、10VP-P(负载50Ω)
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输出保护:短路保护,抗输入电压±35V(1分钟)
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频率计:六位LED显示
外测频范围:0.1Hz~50MHz
外测频灵敏度:100mV
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幅度显示:三位LED
2.常规仪表:
(1) 直流数字电压表:范围0~300V,三位半数显,精度0.5级,带计算机通信功能。
(2) 数字式真有效值交流毫伏表:测量范围0~20V,分200mV、2V、20V,600V四档,直键开关切换,三位半数显,频带范围10Hz~1MHz,基本测量精度±0.5%±2个字,带计算机通信功能。
(3) 直流毫安表:范围0~500mA,三位半数显,精度0.5级,带计算机通信功能。
3.虚拟示波器:具有数字存储示波器(2 通道输入,0Hz到50MHz (±3dB)的模拟带宽)+频谱分析仪+波形数据记录仪+频率特性分仪四种功能。
4.低频函数信号发生器: 提供正弦波、方波、三角波、斜坡、抛物波,输出频率范围0.1Hz~1.5kHz,峰值0~15V可调。
5.六位数显频率计:测量范围0.1Hz~10kHz。
6.温度控制器、加热源:提供一只 XMTD-8452的温度控制器,可以显示设定温度和当前温度,另外PT100,NTC,PTC各一个。
7. PCI数据采集卡:它可直接插在计算机上,其A/D采样速率为100k;有16路单端A/D模拟量输入,转换精度为16位;4路D/A模拟量输出,转换精度为12位;16路开关量输入,16路开关量输出。
8.实验台与计算机接口:2个37针的串口,用于数据采集卡;1个USB的接口,用于数据采集卡,1个25针的接口,用于虚拟示波器;1个9针的接口,用于智能仪表的串口通讯。
(二)实验桌
实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构,桌面为防火耐磨高密度板,用于安装实验控制屏和实验工作,设有两个抽屉。电脑桌联体设计。
四、实验项目
(一)传感器部分
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金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
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金属箔式应变片——半桥性能实验
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金属箔式应变片——全桥性能实验
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直流全桥的应用——电子秤实验
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交流全桥的应用——振动的测量
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差动变压器的性能测定
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差动变压器零点残余电压测定及补偿
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激励频率对差动变压器特性的影响
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压电式传感器测振动实验
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电容式传感器的位移特性实验
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热敏电阻的特性研究
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霍尔转速传感器测速实验
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典型电信号的观察与测量
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零输入,零状态及完全响应
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一阶系统的脉冲响应与阶跃响应
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非正弦周期信号的分解与合成
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线性系统的频率特性测试
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线性系统的稳定性分析
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二阶系统的时域响应
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信号的无失真传输
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无源与有源滤波器
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全通滤波器
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低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换
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信号的采样与恢复
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脉冲编码调制(PCM)
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调制与解调、频分复用
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时分复用
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反馈系统的自激振荡
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二阶网络函数的模拟
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二阶系统的状态轨迹
(三)基于MATLAB的仿真实验(MATLAB软件用户自配)
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信号的时域表示
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信号的基本运算
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连续时间系统的冲激响应和单位阶跃响应
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二阶系统的模拟
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系统的零输入、零状态及完全响应
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线性系统稳定性分析
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信号的无失真传输
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信号的采样与恢复
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幅度调制与解调
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滤波器频率特性的研究
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信号的分解与合成
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周期信号的频谱表示
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LTI系统的频率响应
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典型环节的电路模拟与软件仿真
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二阶系统的瞬态响应
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高阶系统的瞬态响应和稳定性分析
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线性系统稳态误差的研究
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典型环节和系统频率特性的测量
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线性定常系统的串联校正
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典型非线性环节的静态特性
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非线性系统的相平面分析法
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非线性系统的描述函数法
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控制系统极点的任意配置
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具有内部模型的状态反馈控制系统
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状态观察器及其应用
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采样控制系统的混合仿真
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采样控制系统串联校正的混合仿真研究
(五)基于MATLAB的仿真实验(MATLAB软件用户自配)
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线性连续控制系统的仿真
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根轨迹的仿真
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线性系统频率响应的仿真
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采样控制系统的仿真
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串联校正的仿真
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非线性连续控制系统的仿真
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基于状态方程式的时间响应测试
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控制系统极点的任意配置
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状态观测器设计及带观测器的闭环系统响应测试
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多变量解耦控制
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A/D与D/A转换
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数字滤波器
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D(S)离散化方法的研究
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数字PID控制算法的研究
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串级控制算法的研究
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解耦控制算法的研究
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最少拍控制算法的研究
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具有纯滞后系统的大林控制
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线性离散系统的全状态反馈控制
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模糊控制器
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具有单神经元控制器
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二次型状态调节器
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直流电机闭环调速控制(实物)
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步进电机转速控制(实物)
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温度闭环PID控制(实物)
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差动放大器实验
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信号放大电路实验
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信号运算电路实验
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电压比较器实验
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电阻链分相细分实验
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幅度调制及解调实验
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调相电桥实验
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脉宽调制电路实验
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调频及鉴频实验
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开关电容滤波器实验
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开关式相乘调制及解调实验
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精密整流全波检波实验
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开关式全波相敏检波实验
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锁相环单元实验
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分频器实验
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锁相倍频实验
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可控硅触发调压实验