測量的基本原理

1、主 講人：林相波 單 位：信息與通信工程學(xué)院 辦公地址：創(chuàng)新園大廈B413房間 辦公電話：84706009-2413 課程內(nèi)容：理論課+實(shí)驗(yàn) 教材：電子測量原理，古天祥、王厚 軍等編。機(jī)械工業(yè)出版社 參考書： 電子測量，蔣煥之、孫續(xù)，中國計(jì)量出版 社。 電子測量技術(shù)基礎(chǔ)，楊吉祥等，東南大學(xué) 出版社。 第一部分測量總論，介紹測量的基本概念、技 術(shù)方法及系統(tǒng)組成，計(jì)量以及電子測量的基本 概念、誤差理論等。 第二部分基本電參量測量，包括頻率測量、電 壓測量、阻抗測量等。 第三部分時(shí)域測量，以示波器為背景介紹時(shí)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，介紹頻域中的信號頻譜、 網(wǎng)絡(luò)頻率特性

2、的測量。 第五部分?jǐn)?shù)域測量，介紹數(shù)字系統(tǒng)的基本測量 原理和方法，重點(diǎn)介紹邏輯分析儀的工作原理。 第六部分測量系統(tǒng)集成，闡述自動(dòng)測試系統(tǒng)、 總線標(biāo)準(zhǔn)、通信技術(shù)等。 本章闡述了測量學(xué)科的豐富內(nèi)涵。 介紹測量、計(jì)量的基本概念，即它們的意 義、內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用。 闡述電子測量的基本概念、內(nèi)容、特點(diǎn)。 1、測量的意義 日常生活中處處離不開測量 1、測量的意義 日常生活中處處離不開測量 科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測量， 離開測量就不會(huì)有真正的科學(xué)。 沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有 天文學(xué)，沒有顯微天文學(xué)，沒有顯微 鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，鏡就沒有細(xì)胞學(xué)， 沒有指南針就沒有沒有指南針就沒有 航海事業(yè)航海事業(yè) 生產(chǎn)發(fā)展

3、離不開測量 農(nóng)業(yè)社會(huì)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長 度、面積、容積和重量的測量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出 現(xiàn)了原始的時(shí)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(gè)大型鋼鐵廠需要約2萬個(gè)測量點(diǎn) 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(jì)的飛機(jī)，需要測試飛機(jī)高速飛行中 受氣流沖擊作用下的性能，通過風(fēng)洞試驗(yàn)測定機(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）.狹義測量的定義 測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。 在測量過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測對象直接 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

4、量結(jié)果。 測量結(jié)果測量數(shù)值測量結(jié)果測量數(shù)值. .測量單位，測量單位，即：即： 0 xxx 術(shù)語說明： 量：事物可定性區(qū)別和定量確定的屬性。 體重 廣義量廣義量 張三的體重 特定量特定量 量值：一個(gè)數(shù)值乘以測量單位所表示的特定量的大小。 量值=數(shù)值單位數(shù)值=量值 / 單位 單位：人們共同約定的，用于定量表示同種量大小的特定 參考量。 單位有名稱、符號和定義，數(shù)值為1 被測量：作為測量對象的被測量：作為測量對象的特定量特定量。 測量結(jié)果：通過測量得到的被測量的量值。測量結(jié)果：通過測量得到的被測量的量值。 （2）.廣義測量的定義 廣義地講，測量不僅對被測的物理量進(jìn)行定量的測量， 而且還包括對更廣泛的

5、被測對象進(jìn)行定性、定位的測 量。 為了獲取被測對象的信息信息而進(jìn)行的實(shí)踐過程。 例如社會(huì)調(diào)查、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。 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(gè)環(huán)節(jié)。 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、圖像來顯示被測對 象的屬性特征、空間分布、拓樸結(jié)構(gòu)等。 被 測 對 象 測 量 人 員 測 試 儀 器 系 統(tǒng) 信 息 顯 示 感 知 和 識 別 測量的基本原理 3、測量的內(nèi)涵 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(gè)定量的認(rèn)識； 測量過程: 通過實(shí)驗(yàn)去

6、認(rèn)識對象的過程 測量方法：比較法； A.直接比較 B.間接比較；C.需要測量儀器； 測量標(biāo)準(zhǔn)：同類已知單位。 測量結(jié)果：最終能表示給測量主體（人） 狹義測量 圖11 測量的比較原理 (a) 天平直接比較（b）彈簧稱間接比較 被測物體的重量等于標(biāo)被測物體的重量等于標(biāo) 準(zhǔn)砝碼的重量準(zhǔn)砝碼的重量 被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)椋瑥椈沙佣缺P被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)?，彈簧秤度盤 上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。 被測對象、測量儀器、測量技術(shù)、測量人員和測量環(huán)境 對對 象象 屬屬 性性 影影 響響影影 響響 影影 響響 測測 量量 策策 略略 、 算算

7、 法法 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 狀狀 態(tài)態(tài) 參參 數(shù)數(shù) 命命 令令 被被 測測 信信 息息 原原 理理 方方 法法 被被 測測 對對 象象 儀儀 器器 系系 統(tǒng)統(tǒng) 測測 量量 人人 員員 測測 量量 環(huán)環(huán) 境境 激激 勵(lì)勵(lì) 信信 號號 選選 擇擇 儀儀 器器 決決 定定 方方 法法 圖圖 1 1- -3 3 測測 量量 的的 基基 本本 要要 素素 4.1 被測對象信息 狹義：量值的獲?。粡V義：信息的獲取。 4.2 測量儀器系統(tǒng)量具和儀器 測量儀器系統(tǒng)包括量具、測試儀器、測試系統(tǒng)及附件等 4.3 測量的主體測量人員 手動(dòng)：由測量主體（測量人員）直接參與完成 自動(dòng)：測量主體交給智能設(shè)備（計(jì)算機(jī)等）完成，但測

8、 量策略、軟件算法、程序編寫需由測量人員事先設(shè)計(jì)好。 4.4 測量技術(shù) 測量中所采用的原理、方法、程序和技術(shù)措施，總 稱為測試技術(shù)。 測量原理：測量的科學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)原理。例如根據(jù) 歐姆定理測電阻。 測量方法：在實(shí)施測量中，所采用的按類別概括說 明的一組合乎邏輯的操作順序。例如：直接法、間 接法等。 測量程序：測量時(shí)，根據(jù)給定的測量方法，具體說 明的一組操作，也稱測量步驟。 技術(shù)措施：為盡量減小測量的不確定度，使測量結(jié) 果盡可能接近真值而采取的措施。如：自校準(zhǔn)、實(shí) 時(shí)誤差修正、測量數(shù)據(jù)處理等。 4.5 測量環(huán)境 測量環(huán)境是指測量過程中人員、對象和儀器系統(tǒng)所 處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和。 測

9、量環(huán)境包括溫度、濕度、力場、電磁場、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、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化。 環(huán)境對測量的影響 A. 環(huán)境對被測對象的影響 某些被測對象客體（如器件、電路或系統(tǒng)）的性能 特性對環(huán)境變化較為敏感或非常敏感，因此，原則上 測量應(yīng)在被測對象的正常或額定工作條件下進(jìn)行。 B. 環(huán)境對儀器系統(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)而影響測量結(jié)果，造成測量 誤差。特別是某些測量器具的量程廣、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)成為測量的嚴(yán)重問題。

10、C. 環(huán)境對測量人員的影響：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)對測量人員的身心產(chǎn)生不良 影響，從而引起不同程度的人身誤差乃至差錯(cuò)。 應(yīng)該重視測量環(huán)境，采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?yīng)該重視測量環(huán)境，采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?如：恒溫、恒濕、穩(wěn)壓、防震、接地、屏蔽、隔離、濾波等； 4.6 測量過程基本要素之間的互動(dòng)關(guān)系 論證階段: 測量的主體（測量人員）根據(jù)測試任務(wù)的要求、被測 對象的特點(diǎn)、屬性，及現(xiàn)有儀器設(shè)備狀況，擬定合理的 測試方案。 設(shè)計(jì)階段 * 選擇測試儀器，組建測試系統(tǒng)。 * 制定出測試策略（測量算法）和操作步驟（測試程序） 實(shí)施階段 * 對儀器和系統(tǒng)實(shí)施測試操作（發(fā)控制命令）

11、，按照邏輯 和時(shí)序完成測量過程，取得測量數(shù)據(jù); * 分析測量誤差并顯示測量出結(jié)果。 執(zhí)執(zhí)行行測測量量操操 作作 測測試試數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處 理理 測測量量結(jié)結(jié)果果顯顯 示示 結(jié)結(jié) 束束 設(shè)設(shè)置置儀儀器器工工作作參參 數(shù)數(shù) 實(shí)實(shí) 施施 階階 段段 被被測測對對象象 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 階階 段段 測測量量任任務(wù)務(wù)要要求求 組組建建測測量量系系統(tǒng)統(tǒng) 需需 求求 分分 析析 擬擬定定測測量量方方案案 現(xiàn)現(xiàn)有有儀儀器器設(shè)設(shè)備備 選選用用測測量量儀儀器器 （測測試試硬硬件件平平臺臺） 決決定定測測量量技技術(shù)術(shù) （測測試試軟軟件件平平臺臺） 完完成成儀儀器器互互連連擬擬定定測測量量步步驟驟 開開 始始 論論 證證 階階

12、 段段 5.1 測量 狹義測量-量值的測量，追求精確，通常要對測 量結(jié)果進(jìn)行誤差分析，并給出不確定度。屬于 定量定量測量。 廣義測量之屬性測量，對結(jié)果的準(zhǔn)確度要求不 高，是一種粗略的測量，一般不進(jìn)行誤差分析。 屬于定性定性測量。 等級測量-根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或檢定規(guī)程，確 定被測的量值所屬級別。屬于定級定級測量。 如：空氣質(zhì)量等級，儀器儀表精度等級等。 測試=定量測量+定性試驗(yàn) 試驗(yàn)：為了查看某事的結(jié)果或事物的性能所從事的實(shí) 踐活動(dòng)。 例如，某點(diǎn)電平的測量，屬電壓測量，但是只關(guān)心電壓所在的范 圍，與精確的電壓定量測量不同。再如，收視率調(diào)查，沒有具 體的精確度指標(biāo)。 測試測試 廣義測量廣義測量

13、5.3 檢測 檢測=定量測量+分級檢驗(yàn) 檢驗(yàn)：檢查被測參量的量值是否處于某一范圍帶或進(jìn)行定性檢查。 檢測檢測 廣義測量廣義測量 被測量可以被測量的前提條件： （1）被測量必須有明確的定義； （2）必須建立公認(rèn)的測量標(biāo)準(zhǔn)。 為使在不同的地方，用不同的手段測量同一量時(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)和測量器具。 1.計(jì)量的定義 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 量。量。 計(jì)量是一種特殊形式的測量，它把被測量與國家計(jì)量部門作為 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。

14、u計(jì)量的三個(gè)主要特征是 統(tǒng)一性(國家統(tǒng)一制定標(biāo)準(zhǔn))； 準(zhǔn)確性（代表了權(quán)威性）； 法制性（由國家頒布有關(guān)計(jì)量的法律法規(guī)） u 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、測量方法及其手段的 研究等。 u計(jì)量工作是國民經(jīng)濟(jì)中一項(xiàng)極為重要的技術(shù)基計(jì)量工作是國民經(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)、國防建設(shè)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(gè)方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)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。督的作用。 2.計(jì)量與測量的關(guān)系 u 測量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了測量

15、發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了 計(jì)量。計(jì)量。 u 測量是計(jì)量應(yīng)用的重要途徑。測量是計(jì)量應(yīng)用的重要途徑。 u 沒有測量，計(jì)量將失去價(jià)值沒有測量，計(jì)量將失去價(jià)值 u 為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性， 必須定期對儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，必須定期對儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)， 這個(gè)過程就是計(jì)量。這個(gè)過程就是計(jì)量。 u計(jì)量的任務(wù)是確定測量結(jié)果的計(jì)量的任務(wù)是確定測量結(jié)果的 可靠性?？煽啃浴?u計(jì)量是測量的依據(jù)。計(jì)量是測量的依據(jù)。 u沒有計(jì)量，也談不上測量。沒有計(jì)量，也談不上測量。 u計(jì)量和測量相互配合，才能在計(jì)量和測量相互配合，才能在 國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 測量：被

16、測未知量和同類已知的標(biāo)準(zhǔn)單位量比較。測量：被測未知量和同類已知的標(biāo)準(zhǔn)單位量比較。 被測量的真實(shí)值存在，誤差由測量儀器和測量誤差等引起的。被測量的真實(shí)值存在，誤差由測量儀器和測量誤差等引起的。 計(jì)量計(jì)量：法定標(biāo)準(zhǔn)的已知量和同類的未知量（如受檢儀器）比較。 標(biāo)準(zhǔn)量和計(jì)量器具是準(zhǔn)確的、法定的，誤差由受檢儀器引起。 測量是計(jì)量的基礎(chǔ)，計(jì)量是測量的保證測量是計(jì)量的基礎(chǔ)，計(jì)量是測量的保證 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(gè)同類量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)。 單 位 基本單位：彼此無關(guān)，分別加以確定的物理量單位。 導(dǎo)出單位：由基本單位派生出來的各種導(dǎo)出量值。 單位制：按

17、照一定規(guī)則確定的一組基本單位和導(dǎo)出單位。 1960年第十一屆國際計(jì)量大會(huì)上正式通過國際單位制SI。 1984年2月國務(wù)院頒布了中華人民共和國法定計(jì)量單 位，決定我國法定計(jì)量單位以國際單位制為基礎(chǔ)。 SI有7個(gè)基本單位 國際單位制單位、國際單位制詞頭和國際單位制的十進(jìn)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(jìn)倍數(shù)。 例：5.410-9s=5.4ns 4.1 標(biāo)準(zhǔn)（或基準(zhǔn)）的定義 為了定義、實(shí)現(xiàn)、保存或復(fù)現(xiàn)量的單位或量值，用作參 考的計(jì)量設(shè)備，稱之為標(biāo)準(zhǔn)（或基準(zhǔn)）。 * 標(biāo)準(zhǔn)只用于鑒定各種量具的精度，不直接參加測量。 4.2 標(biāo)準(zhǔn)的分類和分級 （一）分類 （1）國際標(biāo)準(zhǔn)：國際

18、協(xié)議承認(rèn)的，國際范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)； （2）國家標(biāo)準(zhǔn)：國家確定的，一個(gè)國家范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)； （3）參照標(biāo)準(zhǔn)：在指定地區(qū)或組織內(nèi)具有最高計(jì)量特性的標(biāo) 準(zhǔn)； （4）作證標(biāo)準(zhǔn)：國家標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)制，代表國家標(biāo)準(zhǔn)參與國際比 對，必要時(shí)可代替國家標(biāo)準(zhǔn)。一般一個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)可以有多 個(gè)作證標(biāo)準(zhǔn)； （二）分級 (1)一級標(biāo)準(zhǔn)，又稱主標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn) 具有最高水平的基準(zhǔn)。一個(gè)國家只有一個(gè)。 (2)二級標(biāo)準(zhǔn)，又稱副標(biāo)準(zhǔn) 通過與相同量的主標(biāo)準(zhǔn)比對而定值的標(biāo)準(zhǔn)。副標(biāo)準(zhǔn)的 量值精度由主標(biāo)準(zhǔn)確定，用以代替主標(biāo)準(zhǔn)向下傳遞或 代替主標(biāo)準(zhǔn)參加國際比對。 (3)三級標(biāo)準(zhǔn)，又稱工作標(biāo)準(zhǔn) 工作標(biāo)準(zhǔn)用來直接向下屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞，用 以檢定下屬計(jì)量

19、標(biāo)準(zhǔn)量具的精確度。 （5）傳遞標(biāo)準(zhǔn)：作為媒介物以比較測量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。間接比 較時(shí)的中介； （6）標(biāo)準(zhǔn)器具：體現(xiàn)某一基本測量單位的量具或儀器； （7）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：均勻、特性確定，足以用于校準(zhǔn)和評價(jià)的物 質(zhì)或材料。 4.3 幾個(gè)術(shù)語 （1）計(jì)量器具：凡是能用以直接或間接測出被 測對象量值的量具、計(jì)量儀器和計(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，而是直接用來測量被測對象量 值的計(jì)量器具。 （4）比對： 在規(guī)定條

20、件下，對相同準(zhǔn)確度等級 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： 是用高一等級準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對 低一等級的計(jì)量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評定被 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 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)物理量單位通過各級基 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 中所使用的測量儀器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全 過程。 1.標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威

21、性 標(biāo)準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格、制作工藝技術(shù)最先進(jìn)。 從現(xiàn)代科學(xué)的觀點(diǎn)來看，最好的標(biāo)準(zhǔn)是原子標(biāo)準(zhǔn)。 2.標(biāo)準(zhǔn)的相對性 原器標(biāo)準(zhǔn)自身也會(huì)隨時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境條件而變化，甚至 會(huì)損壞，會(huì)失傳。 一個(gè)時(shí)期的測量標(biāo)準(zhǔn)反映當(dāng)時(shí)的人類認(rèn)識水平和科學(xué)水平。 例：以太陽為標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間測量的精確度1天內(nèi)可達(dá)到1秒鐘。 而目前銫原子鐘的計(jì)時(shí)精確度在三百萬年內(nèi)也不超過1秒。 中中國國計(jì)計(jì) 量量院院 中中國國測測 試試院院 國國家家標(biāo)標(biāo) 物物中中心心 授授權(quán)權(quán)基基準(zhǔn)準(zhǔn) 實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室室 大大區(qū)區(qū)國國家家計(jì)計(jì)量量中中心心 省省級級計(jì)計(jì)量量所所 市市（地地）計(jì)計(jì)量量所所 分分 站站 縣縣（區(qū)區(qū)）計(jì)計(jì)量量所所 工工礦礦企企業(yè)業(yè)、商商店店

22、、研研究究院院 所所、醫(yī)醫(yī)院院、學(xué)學(xué)校校等等 國國 防防 計(jì)計(jì) 量量 中中 心心 行行 業(yè)業(yè) 計(jì)計(jì) 量量 中中 心心 國國 家家 專專 業(yè)業(yè) 計(jì)計(jì) 量量 站站 國國家家 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 級級 級級 級級 工工作作 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 自上而下逐級傳遞自上而下逐級傳遞 1、電子測量的定義 從廣義上說，電子測量是泛指以電子科學(xué)技術(shù)為手段 而進(jìn)行的測量，即以電子科技理論為依據(jù)，以電子測 量儀器和設(shè)備為工具，對電量和非電量（光電、熱電、壓 電等等）進(jìn)行的測量。 從狹義上講，電子測量則是利用電子技術(shù)對電子學(xué)中 有關(guān)的電量所進(jìn)行的測量。 處理信息最有效、最成功的是電子科學(xué)技術(shù)處理信息最有效、最成功的是電子科學(xué)技術(shù) 具有極

23、快的速度 具有極精細(xì)的分辨能力，很寬的作用范圍。 極有利于信息傳遞 極為靈活的變換技術(shù)。 巨大的信息處理能力 （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(dá)12個(gè)數(shù)量級 （3）測量準(zhǔn)確度高。例如，用電子測量方法對頻率和時(shí) 間進(jìn)行測量時(shí)，由于采用原子頻標(biāo)和原子秒作為基準(zhǔn)， 可以使測量準(zhǔn)確度達(dá)到10-1310-14的數(shù)量級。 （4）測量速度快。因?yàn)殡娮訙y量是通過電子運(yùn)動(dòng)和電磁 波傳播進(jìn)行工作 （5）易于實(shí)現(xiàn)遙測。太空、深

24、海、環(huán)境惡劣之處。 （6）易于實(shí)現(xiàn)測量過程的自動(dòng)化和測量儀器智能化 3.1 按照具體的被測物理量來分類，電子測量包括：按照具體的被測物理量來分類，電子測量包括： （1）電能量參數(shù)的測量。）電能量參數(shù)的測量。P、V、I、 （2）電路參數(shù)的測量。）電路參數(shù)的測量。R、C、L、Z、Q、電子器電子器 件參數(shù)等。件參數(shù)等。 （3）電信號特性的測量。）電信號特性的測量。信號波形、頻率、周期、信號波形、頻率、周期、 相位、失真度、信噪比、頻譜、數(shù)字信號的邏輯相位、失真度、信噪比、頻譜、數(shù)字信號的邏輯 狀態(tài)等。狀態(tài)等。 （4）電子設(shè)備性能的測量）電子設(shè)備性能的測量。放大。放大/ /衰減倍數(shù)、靈敏衰減倍數(shù)、靈敏

25、 度、頻率特性等。度、頻率特性等。 （5）特性曲線的測量）特性曲線的測量。幅頻特性曲線、晶體管特。幅頻特性曲線、晶體管特 性曲線等。性曲線等。 3、狹義電子測量的內(nèi)容 3.2 3.2 按基本的測量對象來看，電子測量是對按基本的測量對象來看，電子測量是對 電信號和電系統(tǒng)的測量：電信號和電系統(tǒng)的測量： 電子測量的電子測量的基本對象是未知基本對象是未知的信號與系統(tǒng)的信號與系統(tǒng) 電子測量的電子測量的基本工具是已知基本工具是已知的信號與系統(tǒng)的信號與系統(tǒng) 電子測量的電子測量的基本工作機(jī)理基本工作機(jī)理是信號與系統(tǒng)的是信號與系統(tǒng)的 相互作用相互作用 h (t ) 系系 統(tǒng)統(tǒng) 輸輸入入 輸輸出出 x ( t )

26、 y ( t ) 測測試試系系統(tǒng)統(tǒng)框框圖圖 3.2.1 3.2.1 信號的基本概念信號的基本概念 測量的目的是獲取被測對象的信息，信息測量的目的是獲取被測對象的信息，信息 描述了被測對象的狀態(tài)及其變化方式。描述了被測對象的狀態(tài)及其變化方式。 信號就是信息的某種物理表現(xiàn)方式，信號信號就是信息的某種物理表現(xiàn)方式，信號 是信息的載體，是物質(zhì)，具備能量。是信息的載體，是物質(zhì)，具備能量。 同一個(gè)信息可以用不同的信號（聲、光、同一個(gè)信息可以用不同的信號（聲、光、 電等）來運(yùn)載，反之，同一種信號也可以電等）來運(yùn)載，反之，同一種信號也可以 運(yùn)載不同的信息（廣泛使用的電信號）。運(yùn)載不同的信息（廣泛使用的電信號）

27、。 3.2.2 信號的特點(diǎn)是：信號的特點(diǎn)是： 信號是用變化著的物理量來表示信息的信號是用變化著的物理量來表示信息的 一種函數(shù)；一種函數(shù)； 信號中包含著信息，它是信息的載體，信號中包含著信息，它是信息的載體， 具有能量（有能源）。被測對象的信息感具有能量（有能源）。被測對象的信息感 知階段的任務(wù)，是要把信息變換成信號；知階段的任務(wù)，是要把信息變換成信號； 信號不是信息本身，必須對信號進(jìn)行測信號不是信息本身，必須對信號進(jìn)行測 量后，才能從信號中提取出信息，這是電量后，才能從信號中提取出信息，這是電 子測量的根本目的。子測量的根本目的。 1.1.確定性信號和非確定性信號確定性信號和非確定性信號 電子

28、測量中被測信號大多是時(shí)間的函數(shù)電子測量中被測信號大多是時(shí)間的函數(shù)x x( (t t) )，按，按 其性質(zhì)不同可分類如下：其性質(zhì)不同可分類如下： 確定性信號：在相同試驗(yàn)條件下，能夠重確定性信號：在相同試驗(yàn)條件下，能夠重 復(fù)實(shí)現(xiàn)的信號。確定性信號又分為：恒定復(fù)實(shí)現(xiàn)的信號。確定性信號又分為：恒定 （直流）信號；周期信號（簡諧周期信號和（直流）信號；周期信號（簡諧周期信號和 復(fù)雜周期信號）；非周期信號（準(zhǔn)周期信號復(fù)雜周期信號）；非周期信號（準(zhǔn)周期信號 和瞬變沖激信號）；和瞬變沖激信號）； 非確定性（隨機(jī)）信號：在相同試驗(yàn)條件非確定性（隨機(jī)）信號：在相同試驗(yàn)條件 下，不能夠重復(fù)實(shí)現(xiàn)的信號。隨機(jī)信號又分下

29、，不能夠重復(fù)實(shí)現(xiàn)的信號。隨機(jī)信號又分 為：平穩(wěn)隨機(jī)信號；非平穩(wěn)隨機(jī)信號。為：平穩(wěn)隨機(jī)信號；非平穩(wěn)隨機(jī)信號。 2.2.周期性信號與非周期性信號周期性信號與非周期性信號 都是確定性信號。都是確定性信號。 周期信號滿足周期信號滿足x（t+T）=x(t) 關(guān)系。關(guān)系。 簡諧周期信號簡諧周期信號：正余弦信號，只用三個(gè)參數(shù)就可以完：正余弦信號，只用三個(gè)參數(shù)就可以完 全確定。（振幅、相位、頻率）全確定。（振幅、相位、頻率） 復(fù)雜周期信號復(fù)雜周期信號：兩個(gè)以上簡諧周期信號合成，包含一：兩個(gè)以上簡諧周期信號合成，包含一 個(gè)基波和整數(shù)倍基波頻率的諧波。個(gè)基波和整數(shù)倍基波頻率的諧波。 非周期信號不存在基本周期，永不

30、重復(fù)。非周期信號不存在基本周期，永不重復(fù)。 準(zhǔn)周期信號準(zhǔn)周期信號：多個(gè)簡諧周期信號合成，但其中任何兩：多個(gè)簡諧周期信號合成，但其中任何兩 個(gè)諧波頻率之比，在任何情況下都不是有理數(shù)。個(gè)諧波頻率之比，在任何情況下都不是有理數(shù)。 瞬變沖激信號：瞬變沖激信號：瞬變指持續(xù)幾個(gè)周期的衰減信號；沖瞬變指持續(xù)幾個(gè)周期的衰減信號；沖 激指不同形式的單個(gè)脈沖。特點(diǎn)是瞬間發(fā)生，能量很激指不同形式的單個(gè)脈沖。特點(diǎn)是瞬間發(fā)生，能量很 大。如雷電、高壓放電等。大。如雷電、高壓放電等。 3.3.連續(xù)信號與離散信號連續(xù)信號與離散信號 表表 2-1信信號號的的分分類類 自自變變量量 t函函數(shù)數(shù)值值 f(t)信信號號分分類類 連

31、連續(xù)續(xù)模模擬擬信信號號 連連續(xù)續(xù)時(shí)時(shí)間間信信號號 離離散散量量化化信信號號 連連續(xù)續(xù)采采樣樣信信號號 離離散散時(shí)時(shí)間間信信號號 離離散散數(shù)數(shù)字字信信號號 4.4.時(shí)限信號和頻限信號時(shí)限信號和頻限信號 時(shí)限信號是指信號在時(shí)間的有限區(qū)間（時(shí)限信號是指信號在時(shí)間的有限區(qū)間（t t1 1， t t2 2）內(nèi)有定義、在區(qū)間之外信號值恒等于）內(nèi)有定義、在區(qū)間之外信號值恒等于 零的信號，稱為時(shí)域有限信號。零的信號，稱為時(shí)域有限信號。 例如，矩形脈沖、正弦脈沖等。而周期信號、例如，矩形脈沖、正弦脈沖等。而周期信號、 指數(shù)信號、隨機(jī)信號等，則為時(shí)域無限信號。指數(shù)信號、隨機(jī)信號等，則為時(shí)域無限信號。 頻限信號是指

32、在頻率域內(nèi)只占據(jù)有限的帶頻限信號是指在頻率域內(nèi)只占據(jù)有限的帶 寬（寬（f f1 1 f f2 2）、在這一帶寬之外信號值恒等 ）、在這一帶寬之外信號值恒等 于零的信號，稱為頻域有限信號。于零的信號，稱為頻域有限信號。 5 5 信號的時(shí)間特性和頻率特性信號的時(shí)間特性和頻率特性 時(shí)間特性：反映在信號隨時(shí)間變化的波形上，包括時(shí)間特性：反映在信號隨時(shí)間變化的波形上，包括 信號出現(xiàn)時(shí)間的先后、持續(xù)時(shí)間的長短、重復(fù)周期信號出現(xiàn)時(shí)間的先后、持續(xù)時(shí)間的長短、重復(fù)周期 的大小、隨時(shí)間變化速率的快慢、幅度的大小等等。的大小、隨時(shí)間變化速率的快慢、幅度的大小等等。 頻率特性：一個(gè)復(fù)雜信號可以分解成許多不同頻率頻率特

33、性：一個(gè)復(fù)雜信號可以分解成許多不同頻率 的正弦分量，即具有一定的頻率成分。將各個(gè)正弦的正弦分量，即具有一定的頻率成分。將各個(gè)正弦 分量的幅度和相位分別按頻率高低依次排列就成為分量的幅度和相位分別按頻率高低依次排列就成為 頻譜。信號的頻譜包含了信號的全部信息。頻譜。信號的頻譜包含了信號的全部信息。 6 6 信號的空間分布結(jié)構(gòu)信號的空間分布結(jié)構(gòu) 許多信號，既具有時(shí)間特性、也還具有空間特性許多信號，既具有時(shí)間特性、也還具有空間特性 例如描述大氣壓隨海拔高度變化的信號，其自變例如描述大氣壓隨海拔高度變化的信號，其自變 量表示海拔高度；描述飛機(jī)機(jī)翼上應(yīng)變分布的信量表示海拔高度；描述飛機(jī)機(jī)翼上應(yīng)變分布的信 號，其自變量表示結(jié)構(gòu)尺寸；號，其自變量表示結(jié)構(gòu)尺寸； 信號的產(chǎn)生、傳輸、處理、存儲(chǔ)和再現(xiàn)都需要一信號的產(chǎn)生、傳輸、處理、存儲(chǔ)和再現(xiàn)都需要一 定的物理裝置，這種裝置通常就稱為系統(tǒng)。定的物理裝置，這種裝置通常就稱為系統(tǒng)。 從一般意義講，系統(tǒng)是由若干相互依賴、相互從一般意義講，系統(tǒng)是由若干相互依賴、相互 作用的事物組合而成的具有特定功能的整體。作用的事物組合而成的具有特定功能的整體。 1.1.系統(tǒng)的外部特性系統(tǒng)的