電子測量技術(shù)第1章

1、《 電子測量技術(shù) 》,,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(shù)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(yīng)用技術(shù)。第四部分頻域測量，重點討論頻域中的信號頻譜和網(wǎng)絡(luò)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(shè)計及數(shù)

2、字系統(tǒng)測試的典型實例。,本章闡述了測量學(xué)科的豐富內(nèi)涵。介紹測量、計量的基本概念，即它們的意義、內(nèi)容、特點及應(yīng)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(xué)實驗的時候，總是要用量杯，定量取參加反應(yīng)的溶液，這也是測量。 （3）機器設(shè)備的研制、檢測和使用過程中的

3、調(diào)試，都要依賴測量技術(shù)去實現(xiàn)。 （4）在生活、生產(chǎn)和科學(xué)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(xué)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(xué)。,沒有望遠鏡就沒有天文學(xué)，沒有顯微鏡就沒有細胞學(xué)，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?，F(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(shù)和國防現(xiàn)代化建設(shè)中則更是離不開測量例如，每種新設(shè)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(fēng)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(shè)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(shè)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(jié)果。,測量結(jié)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(nèi)涵 ①測量對象：被測客體中的相應(yīng)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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(shù)、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(yīng)采取適當(dāng)?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(yīng)能盡量適應(yīng)惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境。,1.2 電子測量的內(nèi)容和特點,電子測量的內(nèi)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(zhì)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(diào)幅度、調(diào)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(shè)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(nèi)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(xué)與電子科學(xué)的結(jié)合，產(chǎn)生了電子測量技術(shù) 處理信息最有效、最成功的是電子科學(xué)技術(shù) 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(shù)。 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(lǐng)域中測量特殊參量的儀器，如機械領(lǐng)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(guān)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(shù)：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(shù)： ——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(jié)果應(yīng)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(shù)：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(guān)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(jié)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(shù)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(guān)系,測量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了計量。測量是計量應(yīng)用的重要途徑。沒有測量，計量將失去價值為了保證測量結(jié)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(wù)是確定測量結(jié)果的可靠性。計量是測量的基礎(chǔ)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(lǐng)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(shù)基礎(chǔ)工作，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)以及人民生活等各個方面起著技術(shù)保證和技術(shù)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(jié)果的重要組成部分， 又是對兩個同類量值進行比較的基礎(chǔ)。,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(wù)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(chǔ)。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(shù),測量結(jié)果必須通過顯示器

18、件把各種電信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)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(shù)(續(xù)),（2）分度盤及標記符 （3）指示式儀表的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動，由此產(chǎn)生與電流I成比例的驅(qū)動力矩Td，帶動指針偏轉(zhuǎn)，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(shù)(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(jié)中電子與空穴的幅射復(fù)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(qū)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(shù)(續(xù)),（2）液晶顯示器（LCD）液晶是一種具有光學(xué)雙射性的液體狀的晶體 ，液晶顯示器件在電信號驅(qū)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(shù)