電子測量技術第1章

1、《 電子測量技術 》,,課程簡介,第一部分測量總論及誤差理論，介紹測量的基本概念、技術方法及系統(tǒng)組成，誤差理論和數(shù)據(jù)處理等。第二部分基本電參量測量，包括頻率、電壓、阻抗等第三部分時域測量，以示波器為背景介紹時域信號波形的采集、顯示及應用技術。第四部分頻域測量，重點討論頻域中的信號頻譜和網(wǎng)絡性能的測量，介紹測量激勵信號源的基本工作原理。第五部分數(shù)域測量，介紹數(shù)字系統(tǒng)的基本測量原理和方法，包括數(shù)字信號的產(chǎn)生、邏輯分析、可測性設計及數(shù)

2、字系統(tǒng)測試的典型實例。,本章闡述了測量學科的豐富內涵。介紹測量、計量的基本概念，即它們的意義、內容、特點及應用。討論測量原理、測量方法和測量系統(tǒng)中的共性問題。,第1章 緒 論,1.1 測量的基本概念,1.1.1 測量的意義 日常生活中處處離不開測量 （1）量體裁衣就是一個測量的例子。 （2）在初中做化學實驗的時候，總是要用量杯，定量取參加反應的溶液，這也是測量。 （3）機器設備的研制、檢測和使用過程中的

3、調試，都要依賴測量技術去實現(xiàn)。 （4）在生活、生產(chǎn)和科學實驗中，隨時都要測量。,1.1 測量的基本概念,1.1.1 測量的意義（續(xù)） 科學的進步和發(fā)展離不開測量， 離開測量就不會有真正的科學。,沒有望遠鏡就沒有天文學，沒有顯微鏡就沒有細胞學，沒有指南針就沒有航海事業(yè),1.1.1 測量的意義（續(xù)）,生產(chǎn)發(fā)展離不開測量 農(nóng)業(yè)社會中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長度、面積、容積和重量的測量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了

4、原始的時間測量器具，并有了天文測量。現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開測量 例如，一個大型鋼鐵廠需要約2萬個測量點在高新技術和國防現(xiàn)代化建設中則更是離不開測量例如，每種新設計的飛機，需要測試飛機高速飛行中受氣流沖擊作用下的性能，通過風洞試驗測定機身、機翼的受力和振動分布情況，以驗證和改進設計。,1.1.2 測量的定義,1.狹義測量的定義測量是為了確定被測對象的量值而進行的實驗過程。在測量過程中，人們借助專門的設備，把被測對

5、象直接或間接地與同類已知單位進行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測量結果。,測量結果（量值）＝測量數(shù)值.測量單位，即：,1.1.2 測量的基本概念（續(xù)）,測量的內涵 ①測量對象：被測客體中的相應的量值信息；測量目的：從被測對象取得一個定量的認識；②測量過程: 通過實驗去認識對象的過程③測量方法：比較；A.直接比較 B.間接比較；C.需要測量儀器；④測量標準：同類已知單位。⑤測量結果：最終能表示給測量主體（人）,1.1.

6、2 測量的定義（續(xù)）,被測物體的重量等于標準砝碼的重量,被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因為，彈簧秤度盤上的刻度是事先與標準量進行比較的結果。,1.1.2 測量的定義（續(xù)）,2.廣義測量的定義廣義地講，測量不僅對被測的物理量進行定量的測量，而且還包括對更廣泛的被測對象進行定性、定位的測量。例如故障診斷、無損探傷、遙感遙測、礦藏勘探、地震源測定、衛(wèi)星定位等。而測量結果也不僅僅是由量值和單位來表征的一維信息，還可以用二維或多維的圖形、圖像

7、來顯示被測對象的屬性特征、空間分布、拓樸結構等。 廣義測量原理可以從信息獲取過程來說明，包括信息的感知和信息識別兩個環(huán)節(jié)。,1.1.3 測量的基本要素,1.測量的基本要素被測對象、測量儀器、測量技術、測量人員和測量環(huán)境,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,應采取適當?shù)目刂拼胧?，盡量減少由于環(huán)境影響而產(chǎn)生的誤差。恒溫、恒濕、穩(wěn)壓和防震?？垢蓴_、防噪聲的措施，如接地、屏蔽、隔離、濾波

8、等。儀器應能盡量適應惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境。,1.2 電子測量的內容和特點,電子測量的內容是： 按具體的測量對象來分類，包括下列電參數(shù)的測量①電能量的測量 包括各種頻率及波形下的電壓、電流、功率、電場強度等的測量。②電路參數(shù)的測量 包括電阻、電感、電容、阻抗、品質因數(shù)、電子器件參數(shù)等的測量。③電信號特征的測量 包括信號、頻率、周期、時間、相位、調幅度、調頻指數(shù)、失真度、噪音以及數(shù)字信號的邏輯狀態(tài)等的測量。④電子設備性

9、能的測量 包括放大倍數(shù)、衰減、靈敏度、頻率特性、通頻帶、噪聲系數(shù)的測量。⑤特性曲線的測量 包括幅頻特性曲線、晶體管特性曲線等的測量和顯示。,1.2 電子測量的內容和特點,1.2.2 電子測量的意義20世紀30年代，便開始了測量科學與電子科學的結合，產(chǎn)生了電子測量技術 處理信息最有效、最成功的是電子科學技術 ①具有極快的速度 ②具有極精細的分辨能力，很寬的作用范圍。 ③極有利于信息傳遞 ④極為靈活的變換技術。 ⑤巨

10、大的信息處理能力,1.2.2 電子測量的特點,（1）測量頻率范圍寬。被測信號的頻率范圍除測量直流外，測量交流信號的頻率范圍低至10-6Hz以下，高至THz（1THz=1012Hz）（2）量程范圍寬。如數(shù)字萬用表對電壓測量由納伏（nV）級至千伏（kV）級電壓，量程達12個數(shù)量級 （3）測量準確度高。（4）測量速度快。因為電子測量是通過電子運動和電磁波傳播進行工作的。 （5）易于實現(xiàn)遙測和測量過程的自動化和測量儀器智能化,1.

11、3 電子測量儀器分類,電子測量儀器可以分為通用儀器和專用儀器。1. 通用儀器信號發(fā)生器 示波器 掃頻儀 晶體管測試儀 電子元件測量儀器 邏輯分析儀器 2. 專用儀器專用儀器是指各個專業(yè)領域中測量特殊參量的儀器，如機械領域的超聲波探傷；醫(yī)療部門的彩超、頻譜治療儀；電子產(chǎn)品生產(chǎn)線的在線測試儀等。,1.4 測量方法的分類概述,1.4.1 直接測量與間接

12、測量（1）直接測量——用已標定的儀器，直接地測量出某一待測未知量的量值。（2）間接測量——對與未知待測量y有確切函數(shù)關系的其他變量x（或n個變量）進行直接測量，然后再通過函數(shù) ，計算出待測量y。（3）組合測量,1.4.2 頻域、時域、數(shù)域及隨機域測量,1.頻域測量技術：幅值和相位隨頻率的變化（1）正弦波點頻法（2）正弦波掃頻法 2.時域測量技術： ——幅值隨時間的變化測

13、試信號是脈沖、方波及階躍信號3.頻域測量和時域測量比較頻域測量和時域測量是測量線性系統(tǒng)性能的兩種方法，是從兩個不同的角度去觀測同一個被測對象，其結果應該是一致的。從理論上講，時域函數(shù)的付里葉變換就是頻域函數(shù)，而頻域函數(shù)的付里葉逆變換也就是時域函數(shù)。,1.4.2 頻域、時域、數(shù)域及隨機域測量（續(xù)）,4.隨機測量技術：測量噪聲信號和使用隨機信號源噪聲是一種與時間因素有關的隨機變量，對噪聲的研究使用概率統(tǒng)計方法,1．5 計量的基本概

14、念,1.5.1 計量的定義和意義為使在不同的地方，用不同的手段測量同一量時，所得的結果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準、標準和測量器具。 1.計量的定義計量是一種特殊形式的測量，它把被測量與國家計量部門作為基準或標準的同類單位量進行比較，以確定合格與否，并給出具有法律效力的《檢定證書》。計量是利用技術和法制手段實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準確可靠的測量。計量的三個主要特征是統(tǒng)一性、準確性和法制性。計量包含了為達到統(tǒng)一和準確一致所進行

15、的全部活動，如單位的統(tǒng)一、基準和標準的建立、進行量值傳遞、計量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等。,1.5.1 計量的定義和意義（續(xù)）,2.計量與測量的關系,測量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了計量。測量是計量應用的重要途徑。沒有測量，計量將失去價值為了保證測量結果的準確性，必須定期對儀器進行檢定和校準，這個過程就是計量。,計量的任務是確定測量結果的可靠性。計量是測量的基礎和依據(jù)。沒有計量，也談不上測量。計量和測量相互配合，才能在國民

16、經(jīng)濟各個領域發(fā)揮重要作用。,計量工作是國民經(jīng)濟中一項極為重要的技術基礎工作，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學技術、國防建設以及人民生活等各個方面起著技術保證和技術監(jiān)督的作用。,1．5．2 單位和單位制,根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位。單位是表征測量結果的重要組成部分， 又是對兩個同類量值進行比較的基礎。,英呎——feet,1．5．2 單位和單位制（續(xù)）,1960年第十一屆國際計量大會上正式通過國際單位制SI。 1984年2月國務院頒

17、布了《中華人民共和國法定計量單位》，決定我國法定計量單位以國際單位制為基礎。SI有7個基本單位,1．5．2 單位和單位制（續(xù)）,1.國際單位制（SI）的組成國際單位制基本單位,1．5．2 單位和單位制（續(xù)）,國際單位制是由國際單位制單位、國際單位制詞頭和國際單位制的十進倍數(shù)單位三部分組成。國際單位制詞頭表示使單位增大或縮小的十進倍數(shù)。 例：5.4X10-9s=5.4ns,1.6 電子測量中的顯示技術,測量結果必須通過顯示器

18、件把各種電信號轉換成人們五官可直接感知的機械運動、數(shù)字、文字、圖形、圖像等形式的信號顯示出來 1.指示式儀表（1）指示式電工儀表的分類用指針的偏轉來表示電量的儀表稱為指示式電工儀表。按工作原理分類，可分為動圈式、動鐵式、電動式、熱電式、靜電式、整流式和感應式等。按準確度等級分類，可分為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0等共7級。按用途分類，可分為電流表、電壓表、功率表、電能表、功率因數(shù)表、頻率表、相位表、

19、兆歐表、電容表等,1.6.4 電子測量中的顯示技術(續(xù)),（2）分度盤及標記符 （3）指示式儀表的結構原理 被測電流I在可動線圈中流過時產(chǎn)生電磁力F，使可動線圈以軸為中心轉動，由此產(chǎn)生與電流I成比例的驅動力矩Td，帶動指針偏轉，從儀表的標尺分度讀數(shù)測得電流。,,1.6.4 電子測量中的顯示技術(續(xù)),2）電光顯示器件（1）發(fā)光二極管（LED） 利用正向偏置PN結中電子與空穴的幅射復合發(fā)光，發(fā)射出非相干光，光譜較寬，發(fā)散角大

20、，視角效果好；LED的發(fā)光顏色多、輝度高，LED的單元體積小，電壓低、驅動電流小，壽命長。①指示燈 ②數(shù)字顯示器,1.6.4 電子測量中的顯示技術(續(xù)),（2）液晶顯示器（LCD）液晶是一種具有光學雙射性的液體狀的晶體 ，液晶顯示器件在電信號驅動下，控制其對入射偏光的反射或透射，實現(xiàn)LCD的顯示 LCD具有薄型、輕量、低功耗、低工作電壓等特點 ①數(shù)字、字符顯示 ②平面顯示,1.6.4 電子測量中的顯示技術