電子測(cè)量技術(shù)第1章

1、《 電子測(cè)量技術(shù) 》,,課程簡(jiǎn)介,第一部分測(cè)量總論及誤差理論，介紹測(cè)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(cè)量，包括頻率、電壓、阻抗等第三部分時(shí)域測(cè)量，以示波器為背景介紹時(shí)域信號(hào)波形的采集、顯示及應(yīng)用技術(shù)。第四部分頻域測(cè)量，重點(diǎn)討論頻域中的信號(hào)頻譜和網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)量，介紹測(cè)量激勵(lì)信號(hào)源的基本工作原理。第五部分?jǐn)?shù)域測(cè)量，介紹數(shù)字系統(tǒng)的基本測(cè)量原理和方法，包括數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生、邏輯分析、可測(cè)性設(shè)計(jì)及數(shù)

2、字系統(tǒng)測(cè)試的典型實(shí)例。,本章闡述了測(cè)量學(xué)科的豐富內(nèi)涵。介紹測(cè)量、計(jì)量的基本概念，即它們的意義、內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用。討論測(cè)量原理、測(cè)量方法和測(cè)量系統(tǒng)中的共性問(wèn)題。,第1章 緒 論,1.1 測(cè)量的基本概念,1.1.1 測(cè)量的意義 日常生活中處處離不開(kāi)測(cè)量 （1）量體裁衣就是一個(gè)測(cè)量的例子。 （2）在初中做化學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，總是要用量杯，定量取參加反應(yīng)的溶液，這也是測(cè)量。 （3）機(jī)器設(shè)備的研制、檢測(cè)和使用過(guò)程中的

3、調(diào)試，都要依賴(lài)測(cè)量技術(shù)去實(shí)現(xiàn)。 （4）在生活、生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，隨時(shí)都要測(cè)量。,1.1 測(cè)量的基本概念,1.1.1 測(cè)量的意義（續(xù)） 科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量， 離開(kāi)測(cè)量就不會(huì)有真正的科學(xué)。,沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡就沒(méi)有天文學(xué)，沒(méi)有顯微鏡就沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，沒(méi)有指南針就沒(méi)有航海事業(yè),1.1.1 測(cè)量的意義（續(xù)）,生產(chǎn)發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量 農(nóng)業(yè)社會(huì)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長(zhǎng)度、面積、容積和重量的測(cè)量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了

4、原始的時(shí)間測(cè)量器具，并有了天文測(cè)量。現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開(kāi)測(cè)量 例如，一個(gè)大型鋼鐵廠(chǎng)需要約2萬(wàn)個(gè)測(cè)量點(diǎn)在高新技術(shù)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中則更是離不開(kāi)測(cè)量例如，每種新設(shè)計(jì)的飛機(jī)，需要測(cè)試飛機(jī)高速飛行中受氣流沖擊作用下的性能，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)定機(jī)身、機(jī)翼的受力和振動(dòng)分布情況，以驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)。,1.1.2 測(cè)量的定義,1.狹義測(cè)量的定義測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在測(cè)量過(guò)程中，人們借助專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)

5、象直接或間接地與同類(lèi)已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測(cè)量結(jié)果。,測(cè)量結(jié)果（量值）＝測(cè)量數(shù)值.測(cè)量單位，即：,1.1.2 測(cè)量的基本概念（續(xù)）,測(cè)量的內(nèi)涵 ①測(cè)量對(duì)象：被測(cè)客體中的相應(yīng)的量值信息；測(cè)量目的：從被測(cè)對(duì)象取得一個(gè)定量的認(rèn)識(shí)；②測(cè)量過(guò)程: 通過(guò)實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)對(duì)象的過(guò)程③測(cè)量方法：比較；A.直接比較 B.間接比較；C.需要測(cè)量?jī)x器；④測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：同類(lèi)已知單位。⑤測(cè)量結(jié)果：最終能表示給測(cè)量主體（人）,1.1.

6、2 測(cè)量的定義（續(xù)）,被測(cè)物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量,被測(cè)物體的重量從度盤(pán)上讀數(shù)，因?yàn)?，彈簧秤度盤(pán)上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。,1.1.2 測(cè)量的定義（續(xù)）,2.廣義測(cè)量的定義廣義地講，測(cè)量不僅對(duì)被測(cè)的物理量進(jìn)行定量的測(cè)量，而且還包括對(duì)更廣泛的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行定性、定位的測(cè)量。例如故障診斷、無(wú)損探傷、遙感遙測(cè)、礦藏勘探、地震源測(cè)定、衛(wèi)星定位等。而測(cè)量結(jié)果也不僅僅是由量值和單位來(lái)表征的一維信息，還可以用二維或多維的圖形、圖像

7、來(lái)顯示被測(cè)對(duì)象的屬性特征、空間分布、拓樸結(jié)構(gòu)等。 廣義測(cè)量原理可以從信息獲取過(guò)程來(lái)說(shuō)明，包括信息的感知和信息識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)。,1.1.3 測(cè)量的基本要素,1.測(cè)量的基本要素被測(cè)對(duì)象、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量技術(shù)、測(cè)量人員和測(cè)量環(huán)境,1.1.3 測(cè)量的基本要素（續(xù)）,,1.1.3 測(cè)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。抗干擾、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(cè)量的內(nèi)容和特點(diǎn),電子測(cè)量的內(nèi)容是： 按具體的測(cè)量對(duì)象來(lái)分類(lèi)，包括下列電參數(shù)的測(cè)量①電能量的測(cè)量 包括各種頻率及波形下的電壓、電流、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度等的測(cè)量。②電路參數(shù)的測(cè)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(cè)量。③電信號(hào)特征的測(cè)量 包括信號(hào)、頻率、周期、時(shí)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(hào)的邏輯狀態(tài)等的測(cè)量。④電子設(shè)備性

9、能的測(cè)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(cè)量。⑤特性曲線(xiàn)的測(cè)量 包括幅頻特性曲線(xiàn)、晶體管特性曲線(xiàn)等的測(cè)量和顯示。,1.2 電子測(cè)量的內(nèi)容和特點(diǎn),1.2.2 電子測(cè)量的意義20世紀(jì)30年代，便開(kāi)始了測(cè)量科學(xué)與電子科學(xué)的結(jié)合，產(chǎn)生了電子測(cè)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(xì)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(cè)量的特點(diǎn),（1）測(cè)量頻率范圍寬。被測(cè)信號(hào)的頻率范圍除測(cè)量直流外，測(cè)量交流信號(hào)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(wàn)用表對(duì)電壓測(cè)量由納伏（nV）級(jí)至千伏（kV）級(jí)電壓，量程達(dá)12個(gè)數(shù)量級(jí) （3）測(cè)量準(zhǔn)確度高。（4）測(cè)量速度快。因?yàn)殡娮訙y(cè)量是通過(guò)電子運(yùn)動(dòng)和電磁波傳播進(jìn)行工作的。 （5）易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化和測(cè)量?jī)x器智能化,1.

11、3 電子測(cè)量?jī)x器分類(lèi),電子測(cè)量?jī)x器可以分為通用儀器和專(zhuān)用儀器。1. 通用儀器信號(hào)發(fā)生器 示波器 掃頻儀 晶體管測(cè)試儀 電子元件測(cè)量?jī)x器 邏輯分析儀器 2. 專(zhuān)用儀器專(zhuān)用儀器是指各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中測(cè)量特殊參量的儀器，如機(jī)械領(lǐng)域的超聲波探傷；醫(yī)療部門(mén)的彩超、頻譜治療儀；電子產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)的在線(xiàn)測(cè)試儀等。,1.4 測(cè)量方法的分類(lèi)概述,1.4.1 直接測(cè)量與間接

12、測(cè)量（1）直接測(cè)量——用已標(biāo)定的儀器，直接地測(cè)量出某一待測(cè)未知量的量值。（2）間接測(cè)量——對(duì)與未知待測(cè)量y有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量x（或n個(gè)變量）進(jìn)行直接測(cè)量，然后再通過(guò)函數(shù) ，計(jì)算出待測(cè)量y。（3）組合測(cè)量,1.4.2 頻域、時(shí)域、數(shù)域及隨機(jī)域測(cè)量,1.頻域測(cè)量技術(shù)：幅值和相位隨頻率的變化（1）正弦波點(diǎn)頻法（2）正弦波掃頻法 2.時(shí)域測(cè)量技術(shù)： ——幅值隨時(shí)間的變化測(cè)

13、試信號(hào)是脈沖、方波及階躍信號(hào)3.頻域測(cè)量和時(shí)域測(cè)量比較頻域測(cè)量和時(shí)域測(cè)量是測(cè)量線(xiàn)性系統(tǒng)性能的兩種方法，是從兩個(gè)不同的角度去觀(guān)測(cè)同一個(gè)被測(cè)對(duì)象，其結(jié)果應(yīng)該是一致的。從理論上講，時(shí)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(shí)域函數(shù)。,1.4.2 頻域、時(shí)域、數(shù)域及隨機(jī)域測(cè)量（續(xù)）,4.隨機(jī)測(cè)量技術(shù)：測(cè)量噪聲信號(hào)和使用隨機(jī)信號(hào)源噪聲是一種與時(shí)間因素有關(guān)的隨機(jī)變量，對(duì)噪聲的研究使用概率統(tǒng)計(jì)方法,1．5 計(jì)量的基本概

14、念,1.5.1 計(jì)量的定義和意義為使在不同的地方，用不同的手段測(cè)量同一量時(shí)，所得的結(jié)果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量器具。 1.計(jì)量的定義計(jì)量是一種特殊形式的測(cè)量，它把被測(cè)量與國(guó)家計(jì)量部門(mén)作為基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的同類(lèi)單位量進(jìn)行比較，以確定合格與否，并給出具有法律效力的《檢定證書(shū)》。計(jì)量是利用技術(shù)和法制手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。計(jì)量的三個(gè)主要特征是統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量包含了為達(dá)到統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致所進(jìn)行

15、的全部活動(dòng)，如單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、進(jìn)行量值傳遞、計(jì)量監(jiān)督管理、測(cè)量方法及其手段的研究等。,1.5.1 計(jì)量的定義和意義（續(xù)）,2.計(jì)量與測(cè)量的關(guān)系,測(cè)量發(fā)展的客觀(guān)需要才出現(xiàn)了計(jì)量。測(cè)量是計(jì)量應(yīng)用的重要途徑。沒(méi)有測(cè)量，計(jì)量將失去價(jià)值為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須定期對(duì)儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，這個(gè)過(guò)程就是計(jì)量。,計(jì)量的任務(wù)是確定測(cè)量結(jié)果的可靠性。計(jì)量是測(cè)量的基礎(chǔ)和依據(jù)。沒(méi)有計(jì)量，也談不上測(cè)量。計(jì)量和測(cè)量相互配合，才能在國(guó)民

16、經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。,計(jì)量工作是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一項(xiàng)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(guó)防建設(shè)以及人民生活等各個(gè)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(chēng)為單位。單位是表征測(cè)量結(jié)果的重要組成部分， 又是對(duì)兩個(gè)同類(lèi)量值進(jìn)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(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式通過(guò)國(guó)際單位制SI。 1984年2月國(guó)務(wù)院頒

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

18、件把各種電信號(hào)轉(zhuǎn)換成人們五官可直接感知的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、數(shù)字、文字、圖形、圖像等形式的信號(hào)顯示出來(lái) 1.指示式儀表（1）指示式電工儀表的分類(lèi)用指針的偏轉(zhuǎn)來(lái)表示電量的儀表稱(chēng)為指示式電工儀表。按工作原理分類(lèi)，可分為動(dòng)圈式、動(dòng)鐵式、電動(dòng)式、熱電式、靜電式、整流式和感應(yīng)式等。按準(zhǔn)確度等級(jí)分類(lèi)，可分為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0等共7級(jí)。按用途分類(lèi)，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(cè)量中的顯示技術(shù)(續(xù)),（2）分度盤(pán)及標(biāo)記符 （3）指示式儀表的結(jié)構(gòu)原理 被測(cè)電流I在可動(dòng)線(xiàn)圈中流過(guò)時(shí)產(chǎn)生電磁力F，使可動(dòng)線(xiàn)圈以軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，由此產(chǎn)生與電流I成比例的驅(qū)動(dòng)力矩Td，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，從儀表的標(biāo)尺分度讀數(shù)測(cè)得電流。,,1.6.4 電子測(cè)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(dòng)電流小，壽命長(zhǎng)。①指示燈 ②數(shù)字顯示器,1.6.4 電子測(cè)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(hào)驅(qū)動(dòng)下，控制其對(duì)入射偏光的反射或透射，實(shí)現(xiàn)LCD的顯示 LCD具有薄型、輕量、低功耗、低工作電壓等特點(diǎn) ①數(shù)字、字符顯示 ②平面顯示,1.6.4 電子測(cè)量中的顯示技術(shù)