邊沿效應(yīng)及其在精密測量中的應(yīng)用.pdf

1、所有的測量都存在測量誤差和設(shè)備分辨率的問題，而測量分辨率存在一定的限度，這就使得在測量時會在以標(biāo)準(zhǔn)值為中心的區(qū)域形成一個模糊區(qū)。如果不進行任何處理，則測量時會以模糊區(qū)內(nèi)任意一點作為被測結(jié)果，最終得到的測量精度與模糊區(qū)的大小一致。因此對于分辨率和模糊區(qū)的研究具有重要意義。在兩個比對對象間的變化呈單調(diào)變化的情況下會形成集中模糊區(qū)，而當(dāng)兩個比對對象間的關(guān)系比較復(fù)雜時，則會產(chǎn)生離散模糊區(qū)。但是無論是集中的模糊區(qū)還是離散的模糊區(qū)，參考信號與被測信

2、號間的比對特征在模糊區(qū)的邊沿可以靈敏地檢測出模糊區(qū)內(nèi)與模糊區(qū)外的不同結(jié)果。由于模糊區(qū)邊沿具有很高的穩(wěn)定性，這時利用邊沿效應(yīng)可以實現(xiàn)更高精度的測量，檢測得到的最終分辨率將取決于設(shè)備分辨率的穩(wěn)定性，將遠高于設(shè)備分辨率本身。
　　為了探索邊沿效應(yīng)的物理特性，進行了基于相位重合檢測的高分辨率頻率測量。在周期性信號間規(guī)律性現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)可以利用直接數(shù)字式頻率合成器（DDS）根據(jù)被測信號的頻率調(diào)整參考信號頻率以保證參考信號與被測信號之間相位

3、差的變化是單調(diào)排列的，從而可以形成較容易處理的集中模糊區(qū)。通過實驗比對不利用模糊區(qū)邊沿和利用模糊區(qū)邊沿進行測量的結(jié)果，得出了合理利用邊沿效應(yīng)能夠大幅度提高測量精度的結(jié)論。
　　在測量裝置分辨率模糊區(qū)的邊沿，極其微弱的信號變化就有可能使得檢測的結(jié)果在模糊區(qū)的邊沿內(nèi)和外發(fā)生變化。這可以實現(xiàn)一些以往難以測量的物理量的測量，比如響應(yīng)時間短到100ns量級的瞬態(tài)頻率穩(wěn)定度。瞬態(tài)頻率穩(wěn)定度更能直觀地在時域上反映頻率源實時短期的穩(wěn)定度和遠端的相

4、位噪聲。利用邊沿效應(yīng)進行相位噪聲測量，與傳統(tǒng)的相位噪聲測量方法相比具有線路簡單、響應(yīng)時間快和靈敏度高等優(yōu)點。
　　在大量數(shù)字化的測量和均勻刻度的測量中，其量化值和刻度值就是測量中的邊沿，通過利用這些邊沿物理特性的穩(wěn)定性使得很多物理量的測量精度得到提高。本文對利用邊沿效應(yīng)進行長度測量、電壓測量和傳感器測量的原理進行了分析和仿真，驗證了邊沿效應(yīng)具有高分辨率的特征。
　　由此可見邊沿效應(yīng)在廣泛物理量的精密測量中具有普遍性，并且合理