電子測(cè)量.ppt

電子測(cè)量技術(shù) 授課老師 陳鵬安徽建筑工業(yè)學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 2020 1 16 2 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)據(jù)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)字系統(tǒng)測(cè)試的典型實(shí)例 2020 1 16 3 1 本章闡述了測(cè)量的基本概念 即測(cè)量是測(cè)量主體通過(guò)比較的方法 對(duì)被測(cè)對(duì)象取得定量信息 即量值 的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 是人類獲取信息的基本手段 是認(rèn)識(shí)客觀世界的主要工具 電子測(cè)量是指利用電子科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行的測(cè)量 它是測(cè)量學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的結(jié)晶 2 介紹計(jì)量的基本概念 計(jì)量是為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致的一種測(cè)量 即是一種特殊的測(cè)量 它具有統(tǒng)一性 準(zhǔn)確性和法制性的三個(gè)主要特征 測(cè)量基準(zhǔn)具有權(quán)威性和相對(duì)性 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞是從上到下 逐級(jí)傳遞 3 討論了測(cè)量誤差的概念 來(lái)源 絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的定義和計(jì)算方法 4 分別從信息獲取的廣義概念和量值比較的狹義概念上 闡述測(cè)量的基本原理 5 介紹了測(cè)量的量值比較原理 包括基于比例變換的間接比較法 基于差值示零的直接比較法和復(fù)合比較法 6 討論了實(shí)現(xiàn)測(cè)量的基本技術(shù) 即變換 比較 處理和顯示技術(shù) 第1章電子測(cè)量概述 2020 1 16 4 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 現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱是 信息獲取技術(shù) 測(cè)試技術(shù) 信息的傳輸技術(shù) 通信技術(shù) 信息的處理技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 在這三大技術(shù)中 信息獲取 測(cè)試 是首要的 是信息的源頭 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) 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中 處處離不開(kāi)測(cè)量 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) 2020 1 16 5 1 1 1測(cè)量的意義 續(xù) 生產(chǎn)發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量生物學(xué)領(lǐng)域中 需要獲得蛋白質(zhì)的氨基酸序列 各種物理化學(xué)性質(zhì)以及它的空間結(jié)構(gòu) 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中 丈量土地 衡量收成 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 作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)尖端之一的火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 從開(kāi)始設(shè)計(jì)到成功飛行 都離不開(kāi)現(xiàn)代測(cè)控技術(shù) 2020 1 16 6 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 人們借助專門(mén)的設(shè)備 把被測(cè)對(duì)象直接或間接地與同類已知單位進(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)量的基本原理是通過(guò)比較來(lái)識(shí)別被測(cè)對(duì)象 測(cè)量就是比較 比較可采用直接或間接的方法進(jìn)行 比較通常需要用專門(mén)的設(shè)備 測(cè)量?jī)x器 才能實(shí)現(xiàn) 測(cè)量結(jié)果 測(cè)量數(shù)值 測(cè)量單位 即 x x x0 圖2 1測(cè)量的比較原理 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 2020 1 16 7 1 1 2測(cè)量的基本概念 續(xù) 測(cè)量的內(nèi)涵 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) 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 測(cè)量方法 比較方法 A 直接比較B 間接比較 C 需要測(cè)量?jī)x器 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 同類已知單位 測(cè)量結(jié)果 最終能表示給測(cè)量主體 人 圖1 2測(cè)量的基本原理圖 2020 1 16 8 1 1 2測(cè)量的定義 續(xù) 2 廣義測(cè)量的定義廣義測(cè)量原理可以從信息獲取過(guò)程來(lái)說(shuō)明 即從信息的感知和識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)明 信息的感知是信息獲取的首要環(huán)節(jié) 信息感知的原理是通過(guò)感知系統(tǒng)與產(chǎn)生信息的源事物之間的相互作用 把源事物信息轉(zhuǎn)化為某種物理量形式表現(xiàn)的信號(hào) 所以 感知的實(shí)質(zhì)是信息載體的轉(zhuǎn)換 是獲取信息的必要前提 信息的識(shí)別是信息獲取的重要環(huán)節(jié) 還必須識(shí)別所感受到的信息是有用的還是無(wú)用的 甚至是有害的 有用信息識(shí)別的基本原理是與標(biāo)準(zhǔn)樣板進(jìn)行比較 判斷出信息的屬性和數(shù)量 圖1 3廣義測(cè)量原理 2020 1 16 9 1 1 2測(cè)量的定義 續(xù) 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) 2020 1 16 10 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)境從測(cè)量的定義可知 測(cè)量要有對(duì)象 測(cè)量的客體 測(cè)量要由人 測(cè)量主體 來(lái)實(shí)施 測(cè)量需要專門(mén)的儀器設(shè)備 硬件 作工具 測(cè)量要有理論和方法 軟件 作指導(dǎo) 測(cè)量總是在一個(gè)特定的環(huán)境中進(jìn)行的 2020 1 16 11 1 1 3測(cè)量的基本要素 續(xù) 圖1 4測(cè)量的基本要素 2020 1 16 12 1 1 3測(cè)量的基本要素 續(xù) 2 測(cè)量過(guò)程 基本要素之間的互動(dòng)關(guān)系論證階段 測(cè)量的主體 測(cè)量人員 根據(jù)測(cè)試任務(wù)的要求 被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn) 屬性 及現(xiàn)有儀器設(shè)備狀況 擬定合理的測(cè)試方案 設(shè)計(jì)階段 選擇測(cè)試儀器 組建測(cè)試系統(tǒng) 制定出測(cè)試策略 測(cè)量算法 和操作步驟 測(cè)試程序 實(shí)施階段 對(duì)儀器和系統(tǒng)實(shí)施測(cè)試操作 發(fā)控制命令 按照邏輯和時(shí)序完成測(cè)量過(guò)程 取得測(cè)量數(shù)據(jù) 分析測(cè)量誤差并顯示測(cè)量出結(jié)果 2020 1 16 13 1 1 3測(cè)量的基本要素 續(xù) 圖1 5測(cè)試過(guò)程的流程圖 2020 1 16 14 1 1 3測(cè)量的基本要素 續(xù) 3 被測(cè)對(duì)象 信息廣義的測(cè)量是信息的獲取 信息反映了事物的運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化方式 信息又可分為自然信息和社會(huì)信息兩大類 4 測(cè)量?jī)x器系統(tǒng) 量具和儀器測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)包括量具 測(cè)試儀器 測(cè)試系統(tǒng)及附件等5 測(cè)量的主體 測(cè)量人員手動(dòng) 由測(cè)量主體 測(cè)量人員 直接參與完成自動(dòng) 測(cè)量主體交給智能設(shè)備 計(jì)算機(jī)等 完成 但測(cè)量策略 軟件算法 程序編寫(xiě)需由測(cè)量人員事先設(shè)計(jì)好 6 測(cè)試技術(shù)測(cè)量中所采用的原理 方法和技術(shù)措施 總稱為測(cè)試技術(shù) 2020 1 16 15 1 1 3測(cè)量的基本要素 續(xù) 7 測(cè)量環(huán)境 測(cè)量環(huán)境是指測(cè)量過(guò)程中人員 對(duì)象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和 測(cè)量環(huán)境包括溫度 濕度 力場(chǎng) 電磁場(chǎng) 輻射 化學(xué)氣霧和粉塵 霉菌以及有關(guān)電磁量 工作電壓 源阻抗 負(fù)載阻抗 地磁場(chǎng) 雷電等 的數(shù)值 范圍及其變化 2020 1 16 16 1 1 3測(cè)量的基本要素 續(xù) 環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響A 環(huán)境對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響 某些被測(cè)對(duì)象客體 如器件 電路或系統(tǒng) 的性能特性對(duì)環(huán)境變化較為敏感或非常敏感 因此 原則上測(cè)量應(yīng)在被測(cè)對(duì)象的正?；蝾~定工作條件下進(jìn)行 B 環(huán)境對(duì)儀器系統(tǒng)的影響 環(huán)境可能直接或間接地影響到儀器系統(tǒng)本身的某個(gè)工作特性 進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果 造成測(cè)量誤差 特別是某些測(cè)量器具的量程廣 頻段寬 而內(nèi)部的元器件數(shù)目甚多 且對(duì)外界影響相當(dāng)敏感 錯(cuò)綜復(fù)雜的影響量所產(chǎn)生的不良效應(yīng)有時(shí)會(huì)成為測(cè)量的嚴(yán)重問(wèn)題 C 環(huán)境對(duì)測(cè)量人員的影響 高溫 嚴(yán)寒 潮濕 悶氣 嘈雜 照明不適當(dāng)?shù)炔涣脊ぷ鳝h(huán)境 會(huì)對(duì)測(cè)量人員的身心產(chǎn)生不良影響 從而引起不同程度的人身誤差乃至差錯(cuò) 2020 1 16 17 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 2020 1 16 18 1 1 3測(cè)量的基本要素 續(xù) 儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組 I組 良好的環(huán)境條件 溫度 10 35oC 相對(duì)濕度80 在35oC上 只允許有輕微的振動(dòng) II組 一般的環(huán)境條件 溫度 10 40oC 相對(duì)濕度80 在40oC上 允許一般的振動(dòng)和沖擊 III組 惡劣的環(huán)境條件 溫度 40 55oC 相對(duì)濕度90 在35oC上 允許頻繁的搬動(dòng)和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動(dòng) I組 高精度計(jì)量用儀器II組 通用儀器III組 野外 機(jī)載等儀器 2020 1 16 19 1 2計(jì)量的基本概念 1 2 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 2020 1 16 20 1 2 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 2020 1 16 21 1 2 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(cè)量結(jié)果的重要組成部分 又是對(duì)兩個(gè)同類量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ) 單位又分為基本單位和導(dǎo)出單位 基本單位是指彼此無(wú)關(guān) 分別加以確定的物理量單位 導(dǎo)出單位是指由基本單位通過(guò)定義 定律或其它函數(shù)關(guān)系推導(dǎo) 派生出來(lái)的各種導(dǎo)出量值 英呎 feet 2020 1 16 22 1 2 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 2020 1 16 23 1 2 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 2020 1 16 24 1 2 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 4 10 9s 5 4ns 2020 1 16 25 1 2 3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn) 1 基準(zhǔn)基準(zhǔn)用來(lái)復(fù)現(xiàn)某一基本測(cè)量單位的量值 只用于鑒定各種量具的精度 不直接參加測(cè)量 1 一級(jí)基準(zhǔn) 又稱主基準(zhǔn)和國(guó)家基準(zhǔn)具有最高水平的基準(zhǔn) 一個(gè)國(guó)家只有一個(gè) 2 二級(jí)基準(zhǔn) 又稱副基準(zhǔn)副基準(zhǔn)的量值精度由主基準(zhǔn)確定 用以代替主基準(zhǔn)向下傳遞或代替主基準(zhǔn)參加國(guó)際比對(duì) 3 三級(jí)基準(zhǔn) 又稱工作基準(zhǔn)工作基準(zhǔn)用來(lái)直接向下屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞 用以檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具的精確度 2020 1 16 26 1 2 3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn) 續(xù) 2 標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)工作基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)出不同等級(jí)的便于經(jīng)常使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具或儀器 簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級(jí)在工作基準(zhǔn)之下 工作計(jì)量器具之上 按精度高低又分為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對(duì)日常工作儀器進(jìn)行檢定 確定其量值的精確度大小 除標(biāo)準(zhǔn)器具外 還有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 2020 1 16 27 1 2 3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn) 續(xù) 3 幾個(gè)術(shù)語(yǔ) 1 計(jì)量器具 凡是能用以直接或間接測(cè)出被測(cè)對(duì)象量值的量具 計(jì)量?jī)x器和計(jì)量裝置都統(tǒng)稱為計(jì)量器具 計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn) 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具三類 2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具 準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn) 用于檢定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具 3 工作計(jì)量器具 工作崗位上使用 不用于進(jìn)行量值傳遞 而是直接用來(lái)測(cè)量被測(cè)對(duì)象量值的計(jì)量器具 2020 1 16 28 1 2 3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn) 續(xù) 4 比對(duì) 在規(guī)定條件下 對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同類基準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器之間的量值進(jìn)行比較 其目的是考核量值的一致性 5 檢定 是用高一等級(jí)準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對(duì)低一等級(jí)的計(jì)量器具進(jìn)行比較 以達(dá)到全面評(píng)定被檢計(jì)量器具的計(jì)量性能是否合格的目的 一般要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的1 3到1 10 6 校準(zhǔn) 校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較 以確定被校計(jì)量器具的示值誤差 有時(shí)也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能 的全部工作 7 量值的傳遞 指一個(gè)物理量單位通過(guò)各級(jí)基準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用的測(cè)量?jī)x器 量具 以保證量值統(tǒng)一的全過(guò)程 2020 1 16 29 1 2 4測(cè)量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對(duì)性 1 基準(zhǔn)的權(quán)威性基準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格的 制作工藝技術(shù)最先進(jìn) 原器基準(zhǔn)自身也會(huì)隨時(shí)間 地點(diǎn) 環(huán)境條件而變化 甚至?xí)p壞 會(huì)失傳 從現(xiàn)代科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看 最好的基準(zhǔn)是原子基準(zhǔn) 2 基準(zhǔn)的相對(duì)性一個(gè)時(shí)期的測(cè)量基準(zhǔn)反映當(dāng)時(shí)的人類認(rèn)識(shí)水平和科學(xué)水平例 以太陽(yáng)為基準(zhǔn) 時(shí)間測(cè)量的精確度1天內(nèi)可達(dá)到1秒鐘 而目前銫原子鐘的計(jì)時(shí)精確度在三百萬(wàn)年內(nèi)也不超過(guò)1秒 2020 1 16 30 1 2 4測(cè)量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對(duì)性 續(xù) 2020 1 16 31 1 2 5測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞 自上而下逐級(jí)傳遞 2020 1 16 32 1 3測(cè)量誤差的基本概念 1 3 1測(cè)量誤差的定義測(cè)量的目的 獲得被測(cè)量的真值 真值 在一定的時(shí)間和空間環(huán)境條件下 被測(cè)量本身所具有的真實(shí)數(shù)值 測(cè)量誤差 所有測(cè)量結(jié)果都帶有誤差 2020 1 16 33 1 3 2測(cè)量誤差的來(lái)源 1 儀器誤差 由于測(cè)量?jī)x器及其附件的設(shè)計(jì) 制造 檢定等不完善 以及儀器使用過(guò)程中老化 磨損 疲勞等因素而使儀器帶有的誤差 2 影響誤差 由于各種環(huán)境因素 溫度 濕度 振動(dòng) 電源電壓 電磁場(chǎng)等 與測(cè)量要求的條件不一致而引起的誤差 3 理論誤差和方法誤差 由于測(cè)量原理 近似公式 測(cè)量方法不合理而造成的誤差 4 人身誤差 由于測(cè)量人員感官的分辨能力 反應(yīng)速度 視覺(jué)疲勞 固有習(xí)慣 缺乏責(zé)任心等原因 而在測(cè)量中使用操作不當(dāng) 現(xiàn)象判斷出錯(cuò)或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差 5 測(cè)量對(duì)象變化誤差 測(cè)量過(guò)程中由于測(cè)量對(duì)象變化而使得測(cè)量值不準(zhǔn)確 如引起動(dòng)態(tài)誤差等 2020 1 16 34 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 測(cè)量誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表示方法 1 絕對(duì)誤差 1 定義 由測(cè)量所得到的被測(cè)量值與其真值之差 稱為絕對(duì)誤差 實(shí)際應(yīng)用中常用實(shí)際值A(chǔ) 高一級(jí)以上的測(cè)量?jī)x器或計(jì)量器具測(cè)量所得之值 來(lái)代替真值 絕對(duì)誤差 有大小 又有符號(hào)和量綱 2020 1 16 35 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 續(xù) 2 修正值與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等 但符號(hào)相反的量值 稱為修正值測(cè)量?jī)x器的修正值可以通過(guò)上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的檢定給出 修正值可以是數(shù)值表格 曲線或函數(shù)表達(dá)式等形式 被測(cè)量的實(shí)際值 2020 1 16 36 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 續(xù) 2 相對(duì)誤差一個(gè)量的準(zhǔn)確程度 不僅與它的絕對(duì)誤差的大小 而且與這個(gè)量本身的大小有關(guān) 例 測(cè)量足球場(chǎng)的長(zhǎng)度和成都市到綿陽(yáng)市的距離 若絕對(duì)誤差都為1米 測(cè)量的準(zhǔn)確程度是否相同 1 相對(duì)真誤差 實(shí)際相對(duì)誤差 示值相對(duì)誤差相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比相對(duì)誤差是兩個(gè)有相同量綱的量的比值 只有大小和符號(hào) 沒(méi)有單位 2020 1 16 37 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 續(xù) 實(shí)際相對(duì)誤差 用實(shí)際值A(chǔ)代替真值A(chǔ)0示值相對(duì)誤差 用測(cè)量值X代替實(shí)際值A(chǔ) 2020 1 16 38 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 續(xù) 2 滿度相對(duì)誤差 引用相對(duì)誤差 用測(cè)量?jī)x器在一個(gè)量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差與該量程值 上限值 下限值 之比來(lái)表示的相對(duì)誤差 稱為滿度相對(duì)誤差 或稱引用相對(duì)誤差 儀表各量程內(nèi)絕對(duì)誤差的最大值 2020 1 16 39 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 續(xù) 電工儀表就是按引用誤差之值進(jìn)行分級(jí)的 是儀表在工作條件下不應(yīng)超過(guò)的最大引用相對(duì)誤差我國(guó)電工儀表共分七級(jí) 0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5及5 0 如果儀表為S級(jí) 則說(shuō)明該儀表的最大引用誤差不超過(guò)S 測(cè)量點(diǎn)的最大相對(duì)誤差在使用這類儀表測(cè)量時(shí) 應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧砍?使示值盡可能接近于滿度值 指針最好能偏轉(zhuǎn)在不小于滿度值2 3以上的區(qū)域 2020 1 16 40 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 續(xù) 例1 3 某待測(cè)電流約為100mA 現(xiàn)有0 5級(jí)量程為0 400mA和1 5級(jí)量程為0 100mA的兩個(gè)電流表 問(wèn)用哪一個(gè)電流表測(cè)量較好 用1 5級(jí)量程為0 100mA電流表測(cè)量100mA時(shí)的最大相對(duì)誤差為 解 用0 5級(jí)量程為0 400mA電流表測(cè)100mA時(shí) 最大相對(duì)誤差為 2020 1 16 41 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 續(xù) 3 分貝誤差 相對(duì)誤差的對(duì)數(shù)表示分貝誤差是用對(duì)數(shù)形式 分貝數(shù) 表示的一種相對(duì)誤差 單位為分貝 dB 電壓增益的測(cè)得值為誤差為用對(duì)數(shù)表示為增益測(cè)得值的分貝值分貝誤差 2020 1 16 42 1 3 3測(cè)量誤差的表示方法 續(xù) 2020 1 16 43 1 4測(cè)量信息的獲取原理 本節(jié)中將主要闡述以下基本問(wèn)題 信息的含義是什么 為什么信息可以被獲取 信息獲取是怎樣的過(guò)程 信息獲取過(guò)程中采用了哪些基本方法 這些方法的實(shí)現(xiàn)途徑是什么 信息獲取的限制因素及其克服措施是什么 測(cè)量是研究獲取被測(cè)對(duì)象信息的一門(mén)科學(xué) 2020 1 16 44 1 4 1信息的概念 1 客體的實(shí)有的信息 客觀信息某事物客體所具有的信息 是指該客觀存在的事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的自我表述或自我顯示 客體論的信息是一種客觀的存在 不以主體的存在與否為轉(zhuǎn)移 或者無(wú)論是否被其主體感受到 都絲毫不影響它的 自我表述 或 自我顯示 任何事物都具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 同時(shí)處在一定的環(huán)境之中 正是這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境兩者綜合作用 決定了事物的具體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和狀態(tài)變化方式 但在有時(shí)人們很難了解事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀況 這時(shí)就只能把它看作一個(gè) 黑箱 并通過(guò)它的外部聯(lián)系 如輸入 輸出關(guān)系等外部行為 的狀態(tài)及其變化方式來(lái)獲得信息 2020 1 16 45 1 4 1信息的概念 續(xù) 2 主體認(rèn)識(shí)論的信息 主觀信息是指主體所感知或表述的關(guān)于該事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式 及有關(guān)的形式 含義和效用 主體認(rèn)識(shí)論層次的信息的內(nèi)涵比客體論層次信息豐富得多 這是因?yàn)樽鳛檎J(rèn)識(shí)的主體 1 具有感覺(jué)的能力 能夠感覺(jué)到信息的外在形式 2 具有理解能力 能夠理解信息的內(nèi)在含義 3 具有目的性 因而能夠判斷信息對(duì)其目的而言的價(jià)值 2020 1 16 46 1 4 1信息的概念 續(xù) 3 全信息 是同時(shí)考慮了事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的外在形式 內(nèi)在含義和效用價(jià)值的主體認(rèn)識(shí)論層次信息 4 實(shí)在信息 先驗(yàn)信息 實(shí)得信息 2020 1 16 47 1 4 2信息的感知 1 感知的基本原理信息感知的基本機(jī)制在于要有某種組織或器官能夠靈敏地感受到被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化的方式 信息感知 是感知事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化方式 其實(shí)質(zhì)是把客體論層次的信息轉(zhuǎn)換為主體認(rèn)識(shí)論層次的語(yǔ)法信息 2020 1 16 48 1 4 2信息的感知 2 感知的基本技術(shù) 傳感器與敏感器測(cè)量的第一個(gè)環(huán)節(jié)是信息的感知 傳感器是感知各種非電信息并把非電量轉(zhuǎn)換為電量輸出的器件或裝置 它是非電系統(tǒng)與電系統(tǒng)之間的接口 本質(zhì)上是完成信息載體的轉(zhuǎn)換 傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)換的效應(yīng)可分為物理型 化學(xué)型和生物型三大類 例 熱敏電阻把被測(cè)溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化 2020 1 16 49 1 4 3信息的識(shí)別 1 識(shí)別的基本原理 1 識(shí)別是把感知的語(yǔ)法信息 信號(hào)形式 轉(zhuǎn)換成人們能夠理解的語(yǔ)義信息 2 識(shí)別 分類 的基本原理是形式特征的比較 由于信息的類別不同 其形式特征也不相同 因此 理論上信息總是可以分辨 識(shí)別 的 3 識(shí)別的原則是 相似而認(rèn)同 相異而拒斥 4 由于識(shí)別環(huán)境存在固有干擾 待識(shí)別的信息天然不理想 理論方法不完備和信息類別相似性的表達(dá)不完善 因此 無(wú)論怎樣精巧地設(shè)計(jì)信息識(shí)別系統(tǒng) 完全無(wú)差錯(cuò)的識(shí)別是不現(xiàn)實(shí)的 誤差存在的絕對(duì)性 2020 1 16 50 1 4 3信息的識(shí)別 2 識(shí)別的基本技術(shù)為了把語(yǔ)法信息 信號(hào) 轉(zhuǎn)換人們能夠理解的語(yǔ)義信息 須使用信號(hào)的比較 變換 處理和顯示技術(shù) 1 比較 用已知量和未知量比較 2 變換 某些被測(cè)量不便于直接比較 無(wú)法直接觀測(cè)而采用了變換 為了獲得更高的識(shí)別分辨力和精度 更快的速度 更寬的量程而采用變換技術(shù) 例如 雷達(dá)測(cè)量飛機(jī)的距離 采用了把距離變換成時(shí)間 通過(guò)直接測(cè)量電脈沖來(lái)回傳輸?shù)臅r(shí)間來(lái)測(cè)得距離 3 信息處理 泛指為了各種目的而對(duì)信息所進(jìn)行的變換和加工 4 顯示原理 顯示的基本功能是把人眼不可見(jiàn)的信息轉(zhuǎn)化成為可見(jiàn)的信息 2020 1 16 51 1 4 3信息的識(shí)別 續(xù) 2020 1 16 52 1 4 3信息的識(shí)別 續(xù) 1 人工處理方式例 一個(gè)模擬式的交流電壓表的原理框圖 它測(cè)量交流電壓的有效值 工作原理是被測(cè)交流電壓經(jīng)峰值檢波器變換成直流電壓 AC DC電壓變換 然后經(jīng)直流電壓放大 幅度變換 和電壓轉(zhuǎn)換為電流輸出 電壓 電流變換 去驅(qū)動(dòng)電表指針偏轉(zhuǎn) 電壓 指針偏轉(zhuǎn)換變換 2020 1 16 53 1 4 3信息的識(shí)別 續(xù) 2 自動(dòng)化方式 2020 1 16 54 1 4 3信息的識(shí)別 續(xù) 3 智能化處理機(jī)器智能 人所賦予機(jī)器的一種智能 智能包含信息 知識(shí) 策略和行為四個(gè)要素 具有獲取有用信息 由信息生成知識(shí) 認(rèn)識(shí) 由知識(shí)和目的生成策略 決策 以及實(shí)施策略取得效果 施效 等四個(gè)方面的能力 2020 1 16 55 1 5測(cè)量的間接比較與直接比較原理 測(cè)量最基本的原理是比較 比較是認(rèn)識(shí)和區(qū)別被測(cè)對(duì)象的一種重要方法 測(cè)量是通過(guò)比較來(lái)取得一個(gè)定量的認(rèn)識(shí)1 5 1基于比例變換的間接比較法 偏轉(zhuǎn)法 1 比例變換的原理 1 三種類型的子變換 A 2020 1 16 56 1 5 1基于比例變換的間接比較法 續(xù) 例 彈簧秤是偏轉(zhuǎn)法直讀式儀器的一個(gè)簡(jiǎn)單例子 被測(cè)重物放在彈簧秤上 把物體的重量變成彈簧的彈性形變 然后 形變帶動(dòng)機(jī)械式儀表的指針成比例的偏轉(zhuǎn) 指示出被測(cè)物體的重量 直讀式電壓表 2020 1 16 57 1 5 1基于比例變換的間接比較法 續(xù) 2 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)由于故 式中 2020 1 16 58 1 5 1基于比例變換的間接比較法 續(xù) 2 間接比較方法 步驟為 校準(zhǔn) 測(cè)量 2020 1 16 59 1 5 2基于差值示零的直接比較法 1 差值檢測(cè)原理 被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較 需要一個(gè)具有比較功能的電路 要求比較的范圍寬 靈敏度和分辨力高 需要一個(gè)與被測(cè)量同類的可變標(biāo)準(zhǔn)量參與比較 要求標(biāo)準(zhǔn)量準(zhǔn)確且可細(xì)微調(diào)節(jié) 比較功能可由運(yùn)算功能來(lái)實(shí)現(xiàn)有兩種方式 差值運(yùn)算比較比例運(yùn)算比較 2020 1 16 60 1 5 2基于差值示零的直接比較法 2 差值示零的平衡調(diào)節(jié) 1 零示法原理 2020 1 16 61 1 5 2基于差值示零的直接比較法 續(xù) 2 實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu) 當(dāng)則 2020 1 16 62 1 5 2基于差值示零的直接比較法 續(xù) 對(duì)稱差動(dòng)的橋式結(jié)構(gòu) 當(dāng)時(shí) 2020 1 16 63 1 5 3減少誤差的復(fù)合式比較 為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度 在比較中可采用各種減小測(cè)量誤差的方法 如微差法 替代法 對(duì)照法 1 微差法在零示法中 要仔細(xì)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量S使之與未知量x相等 這通常很費(fèi)時(shí)間 有時(shí)甚至不可能做到 微差法 標(biāo)準(zhǔn)量S與被測(cè)量x相差了一微小量 再用儀器測(cè)出 即求得待測(cè)量x 2020 1 16 64 1 5 3減少誤差的復(fù)合式比較 續(xù) 微差法進(jìn)行測(cè)量時(shí) 測(cè)量誤差公式 測(cè)量?jī)x器的誤差對(duì)測(cè)量的影響被大大地削弱優(yōu)點(diǎn) 測(cè)量速度快和測(cè)量準(zhǔn)確度高 2020 1 16 65 1 5 3減少誤差的復(fù)合式比較 續(xù) 2020 1 16 66 1 5 3減少誤差的復(fù)合式比較 續(xù) 2 替代法在測(cè)量條件不變的情況下 用一已知的標(biāo)準(zhǔn)量去替代未知的被測(cè)量 通過(guò)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量而保持替代前后儀器的示值不變 于是標(biāo)準(zhǔn)量的值等于被測(cè)量值 2020 1 16 67 1 5 3減少誤差的復(fù)合式比較 續(xù) 3 交換法通過(guò)交換被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量的位置 從前后兩次換位測(cè)量結(jié)果的處理中 削弱或消除系統(tǒng)誤差 特別適用于平衡對(duì)稱結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置中 并通過(guò)交換法可檢查其對(duì)稱性是否良好 第一次平衡第二次平衡上兩式相乘 開(kāi)方得 2020 1 16 68 1 5 3減少誤差的復(fù)合式比較 續(xù) 例 在電橋中采用交換法測(cè)電阻 2020 1 16 69 1 6電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 1 量值變換量值是指電壓 電流 功率 阻抗 時(shí)間等電參量的幅值大小 量值變換即指把它們的幅值按比例地增大或縮小 把量值處于難以測(cè)量的邊緣狀態(tài) 太小或太大 的被測(cè)量 按某一已知比值變換為量值適中的同樣參量進(jìn)行測(cè)量 通過(guò)量值變換 可增加測(cè)量范圍 提高測(cè)量分辨力和精度 2020 1 16 70 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 1 信號(hào)放大與衰減信號(hào)放大是為了將微弱的被測(cè)信號(hào) 放大到足以進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換處理 或能驅(qū)動(dòng)指示器 記錄器 測(cè)量放大器 是指在測(cè)量系統(tǒng)中用來(lái)放大微弱電壓 電流或電荷信號(hào)的放大器 要求低漂移結(jié)構(gòu)原理 差動(dòng)直接耦合式 調(diào)制式 斬波穩(wěn)零 和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類 還有高輸入阻抗放大電路 高共模抑制比放大器 電橋放大器 電荷放大器 程控增益放大器 隔離放大器等 衰減器 用來(lái)降低測(cè)量系統(tǒng)中的信號(hào)電平用途 使大的信號(hào)進(jìn)入儀器的測(cè)量范圍 或者通過(guò)降低信號(hào)電平來(lái)控制失真 或改進(jìn)阻抗匹配 或?qū)π盘?hào)源去耦等分類 電阻式 感應(yīng)式 吸收式 回轉(zhuǎn)式 截止式 電調(diào)式等 2020 1 16 71 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 2 阻抗變換電子測(cè)量中 特別是在微波測(cè)量中 當(dāng)將不匹配的負(fù)載與傳輸線連接時(shí) 或?qū)⑻卣髯杩共煌膫鬏斁€進(jìn)行連接時(shí) 信號(hào)傳輸中將產(chǎn)生強(qiáng)烈反射 為了保證良好的傳輸 必須在傳輸線與負(fù)載之間或不同特征阻抗的傳輸線之間接入一種阻抗變換的雙口網(wǎng)絡(luò) 改變阻抗的大小 實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配 在信號(hào)源的功率放大器輸出電路中 也要求負(fù)載阻抗匹配 常用變壓器等進(jìn)行阻抗變換 以保證最佳功率傳輸 電子測(cè)量?jī)x器輸入端具有很高輸入阻抗 輸入跟隨器則是實(shí)現(xiàn)了輸入通道從高阻到低阻的阻抗變換 2020 1 16 72 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 2 頻率變換 1 檢波 交流電壓變成直流電壓常用磁電式電表 它只能測(cè)量直流 交流信號(hào)必須檢波成直流信號(hào)來(lái)測(cè)量 2 斬波 把一個(gè)直流電壓調(diào)制成交流電壓 經(jīng)過(guò)交流放大 然后再把交流電壓通過(guò)反調(diào)制 解調(diào) 還原為直流電壓的過(guò)程 斬波的作用是對(duì)微弱的直流電壓進(jìn)行放大 2020 1 16 73 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 3 變頻 混頻 進(jìn)行頻率的加減運(yùn)算 獲得很寬的頻率覆蓋范圍 獲得高增益 提高測(cè)量?jī)x器的靈敏度 實(shí)現(xiàn)中頻或低頻替代 以提高測(cè)量精度 實(shí)現(xiàn)頻率的精密測(cè)量 例 f 200 020kHz 220kHzf0 200kHz則F f f0 20Hz 20kHz覆蓋系數(shù)從1 1擴(kuò)展到1000 2020 1 16 74 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 4 倍頻 倍頻器是頻率綜合技術(shù)中的乘法器 差頻倍增法 用倍頻法減小測(cè)量誤差 利用電子計(jì)數(shù)進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí) 1誤差將決定測(cè)量誤差 若KHz 1的相對(duì)誤差為10 3 如果先對(duì)進(jìn)行103倍的鎖相倍頻后測(cè)量 則該項(xiàng)誤差可降為10 6 2020 1 16 75 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 5 分頻分頻是于對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行除法運(yùn)算 6 頻率合成頻率合成是把一個(gè) 或少量幾個(gè) 高穩(wěn)晶振頻率源經(jīng)過(guò)一系列綜合的加 減 乘 除四則運(yùn)算 可作為隨意調(diào)節(jié)頻率的高精度信號(hào)源 7 取樣技術(shù)取樣門(mén)電路將高頻信號(hào)進(jìn)行取樣變換 使之以低頻形式復(fù)現(xiàn)出來(lái) 它可以把頻率上限擴(kuò)展到幾GHz甚至幾十GHz 2020 1 16 76 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 3 波形變換 1 整形將任意形狀的波形變成規(guī)則的脈沖波形 例如 用于電子計(jì)數(shù)器的輸入通道中 2 限幅把信號(hào)波形幅度限制在一定范圍內(nèi) 3 微分由矩形脈沖形成一個(gè)窄脈沖 在電子計(jì)數(shù)器 取樣示波器 廣譜信號(hào)源中廣泛使用 4 合成多種波形疊加成復(fù)雜波形 例如合成CRT顯示的視頻信號(hào)波形 5 變換方波變成三角波或正弦波 三角波變成正弦波或方波 正弦波變成方波或三角波等 波形變換技術(shù)廣泛用于多波形函數(shù)發(fā)生器中 2020 1 16 77 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 4 參量變換 1 AV 變換 電流 電壓 電阻之間的變換多用表中采用的AV 變換 包括交流 直流 AC DC 電流 電壓 I V 和電阻 電壓 V 的轉(zhuǎn)換 實(shí)現(xiàn)了交 直流電壓 電流 電阻等多種測(cè)量功能 2 V F變換 模擬直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率 3 V T變換 模擬直流電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間 4 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變換 2020 1 16 78 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 5 能量變換能量變換是泛指其他多種形式的物理量與電學(xué)量之間的變換 傳感器就是能量變換器 即從非電量變換成電量一般分為參量變換器及電勢(shì)變換器兩大類 參量變換器是將各種物理量變換成電阻 電感 電容或磁導(dǎo)率等 例如 常用的電阻絲應(yīng)變片 電感式變換器 電容式變換器電勢(shì)變換器是將各種物理量變換成電勢(shì) 電流等電量的變換器 例如 感應(yīng)變換器 光電變換器 壓電變換器 熱電偶等 在顯示器中 把電量變換成非電量 機(jī)械量 光學(xué)量等 如指針的偏轉(zhuǎn) 發(fā)光的數(shù)碼 字符和圖像等 6 模 數(shù)和數(shù) 模變換 2020 1 16 79 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 例 試說(shuō)明實(shí)現(xiàn)彈簧稱 指針式直流電壓表 電子示波器等三種儀器的測(cè)量功能中所采用的變換技術(shù) 解 1 彈簧稱 把物體的重量變成了彈簧長(zhǎng)度的形變 進(jìn)行了機(jī)械量到機(jī)械量的變換 2 指針式直流電壓表 電壓的量值變成了電表指針偏轉(zhuǎn)角的大小 進(jìn)行了電量到機(jī)械量的變換 3 示波器把電信號(hào)的波形無(wú)失真地變換成了在熒光屏上光信號(hào)的波形 進(jìn)行了電到光的變換 2020 1 16 80 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 例 試以數(shù)字多用表測(cè)量交流電流為例 闡述變換技術(shù)在電子測(cè)量中的應(yīng)用 交流電流 交流電壓的變換 交流電壓 直流電壓的變換 直流電壓的幅值變換 模擬 數(shù)字的變換 BCD碼 七段碼的碼制變換 顯示器件的電 光轉(zhuǎn)換 2020 1 16 81 1 6 1電子測(cè)量中的變換技術(shù) 續(xù) 例 一個(gè)工件傷痕檢測(cè)系統(tǒng)使用的變換技術(shù) 機(jī)械量信息到光信號(hào) 光信號(hào)變換成電信號(hào) 電信號(hào)被放大 進(jìn)行了幅度變換 對(duì)電信號(hào)比較 校正的處理后抽取出了有關(guān)傷痕的有用信息 電信號(hào)到光信號(hào)的變換 2020 1 16 82 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 1 比較的基本概念被測(cè)量為x 標(biāo)準(zhǔn)量為s 比較電路輸出為y 當(dāng)xs時(shí) y YH當(dāng)x s時(shí) y出現(xiàn)一個(gè)躍變信號(hào) 2020 1 16 83 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 1 比較的基本類型 按功能分 標(biāo)量比較 它只識(shí)別兩個(gè)同類的未知量是否相等 例如兩個(gè)爐子溫度是否相等 矢量比較 它識(shí)別一組同類的未知量的相對(duì)大小 并按照由大到小 或由小到大 的順序排列起來(lái) 差值比較 利用具有減法運(yùn)算功能的比較電路 取出兩個(gè)未知量之間的間隔大小 差值 并對(duì)差值進(jìn)行比較 比值比較 它選擇某個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn) 將每次測(cè)量值除以參考值 確定它們的相對(duì)大小 例如 在一組測(cè)量值中以最大測(cè)量值作參考 得到測(cè)量值以百分?jǐn)?shù)表示 量化比較 被測(cè)未知量與標(biāo)準(zhǔn)單位量比較 確定它是該單位的若干倍或是若干分之一 A D轉(zhuǎn)換器是基于量化比較的典型部件 2020 1 16 84 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 2 電子測(cè)量中的典型比較方法 差值運(yùn)算比較A 零示法 若測(cè)量過(guò)程中調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量s 使y 0 電路平衡 指示器為零 時(shí) 則x s B 偏轉(zhuǎn)法 若測(cè)量過(guò)程中選擇接近x的s 指示器測(cè)出微小差值y 則x s y 微差法 比例運(yùn)算比較y x sA 零示法 若調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量S 使y 1 電路平衡 指示器為1 則x sB 偏轉(zhuǎn)法 若固定S值 指示器測(cè)出y值 則x y s 2020 1 16 85 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 2 電壓比較 1 電平比較兩個(gè)模擬電壓的大小的比較是用電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 2020 1 16 86 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 2 差值型比較采用能輸出模擬差值電壓的減法運(yùn)算放大器 實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算功能的方法也有差動(dòng)型比較和求和型比較兩種 3 比例型比較具有除法或比例運(yùn)算功能的電路或部件 也可完成被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較 例如 雙積分式A D轉(zhuǎn)換器中 被測(cè)電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間具有如下關(guān)系 2020 1 16 87 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 3 阻抗比較電橋電路具有對(duì)稱差動(dòng)的電路結(jié)構(gòu) 是一種電量天平 可以十分方便地實(shí)現(xiàn)差值檢測(cè)和比例比較的功能 電橋電路具有靈敏度高 測(cè)量范圍寬 溫度補(bǔ)償容易實(shí)現(xiàn) 測(cè)量電路的零點(diǎn)調(diào)節(jié)方便 2020 1 16 88 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 例 比例運(yùn)算比較 半橋 電路 2020 1 16 89 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 4 頻率 時(shí)間 比較 時(shí)間差值比較 用R S觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)時(shí)差的比較 2020 1 16 90 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 差頻比較 混頻器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率的減法運(yùn)算還可利用差頻比較法測(cè)量頻率 比例比較 測(cè)頻率fx Nfs 測(cè)周期Tx NTS 2020 1 16 91 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 5 相位比較 使用鑒相器 1 用乘法器或相敏檢波器鑒相 2020 1 16 92 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 2 脈沖與數(shù)字式鑒相器觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖鑒相器 RS觸發(fā)器或D觸發(fā)器數(shù)字式鑒相器 由相位比較器 9個(gè)與非門(mén) 和電荷泵組成6 數(shù)字比較二進(jìn)制的數(shù)N1和N2加于異或門(mén)的輸入端 即可進(jìn)行比較 2020 1 16 93 1 6 2電子測(cè)量中的比較技術(shù) 續(xù) 例 差動(dòng)型電容式傳感器能把位移 壓力 振動(dòng) 液面位置等物理量的變化 可高分辨地轉(zhuǎn)換成兩個(gè)電容值之差值 即 C C1 C2 C1C2一般很小 為幾皮法到幾十皮法 測(cè)量出 C 即可測(cè)出其被轉(zhuǎn)換的物理量 2020 1 16 94 1 6 3電子測(cè)量中的處理技術(shù) 信號(hào)運(yùn)算與處理是電子測(cè)量中的基本技術(shù)淺層的信息處理基本上屬于對(duì)信息的形式化關(guān)系所作的變換或處理 僅僅利用了語(yǔ)法信息的因素 例如 在測(cè)量交流電壓的平均值 峰值 有效值時(shí) 需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行加 減 乘 除 平方 開(kāi)方 平均 取絕對(duì)值 峰值等運(yùn)算與處理 深層信息處理 特別是直接與優(yōu)化 決策 認(rèn)知等相聯(lián)系的信息處理 的目的是為了要從原始信息中獲得相關(guān)的 知識(shí) 運(yùn)算電路分為模擬運(yùn)算電路和數(shù)字運(yùn)算電路兩大類 2020 1 16 95 1 6 3電子測(cè)量中的處理技術(shù) 續(xù) 1 基本模擬運(yùn)算運(yùn)算放大器輔之以不同的電路元件 可以組成諸如比例 加減 微分 積分 對(duì)數(shù) 指數(shù)和乘除等電路 1 四則運(yùn)算電路 2020 1 16 96 1 6 3電子測(cè)量中的處理技術(shù) 續(xù) 指數(shù)和對(duì)數(shù)運(yùn)算電路則是利用二極管的電流與其端電壓在一定條件下存在的指數(shù)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn) 2020 1 16 97 1 6 3電子測(cè)量中的處理技術(shù) 續(xù) 乘法運(yùn)算或除法運(yùn)算 模擬乘法器 是新型集成器件 是利用晶體管的非線性特性 2020 1 16 98 1 6 3電子測(cè)量中的處理技術(shù) 續(xù) 2 積分和微分電路運(yùn)算放大器外接電感和電容等儲(chǔ)能元件 則利用電路在時(shí)域中的過(guò)渡過(guò)程可形成積分電路和微分電路 利用其頻域特性則可構(gòu)成形形色色的濾波電路 2020 1 16 99 1 6 3電子測(cè)量中的處理技術(shù) 續(xù) 3 有源濾波器按照頻譜分析的觀點(diǎn) 任何信號(hào)都是一些不同幅度和不同頻率的正弦信號(hào)的組合 在被測(cè)信號(hào)中 除了有用的頻率成分之外 往往不可避免地含有一些無(wú)用噪聲的頻率成分 濾波器的功能就是利用其頻率特性來(lái)保留有用的頻率成分 削弱或消除無(wú)用的頻率成分 即具有信號(hào)分離的功能 分為低通 高通 帶通和帶阻等不同濾波器 2020 1 16 100 1 6 3電子測(cè)量中的處理技術(shù) 續(xù) 例 運(yùn)算與處理功能在電壓測(cè)量中的應(yīng)用 計(jì)算公式第一級(jí)為模擬乘法器 完成被測(cè)電壓的平方運(yùn)算 第二級(jí)為積分器 完成平均運(yùn)算 第三級(jí)為開(kāi)方器 完成開(kāi)平方根的運(yùn)算 最后一級(jí)為放大器 按一定比例放大的直流輸出電壓去驅(qū)動(dòng)電表使電表 按被測(cè)電壓的有效值進(jìn)行線性刻度 2020 1 16 101 1 6 3電子測(cè)量中的處理技術(shù) 續(xù) 2 數(shù)字計(jì)算與數(shù)字信號(hào)處理基于數(shù)字邏輯電路的硬件方式 利用現(xiàn)有的各種數(shù)字邏輯門(mén) 譯碼器 觸發(fā)器 寄存器 計(jì)數(shù)器 全加器等 以及各種CPLD FPGA等可編程邏輯 組成各種數(shù)字邏輯的運(yùn)算與