電子測量與儀器第陳尚松_三

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電子測量與儀器第陳尚松電子測量與儀器第陳尚松_三三具體課時(shí)安排：30學(xué)時(shí)理論 + 12學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)第1章 緒 論 1.1 1.1 測量概述測量概述1.2 1.2 電子測量儀器概述電子測量儀器概述 1.3 1.3 計(jì)量的基本概念計(jì)量的基本概念1.4 1.4 電子測量儀器的發(fā)展概況電子測量儀器的發(fā)展概況 1.5 1.5 本課程任務(wù)本課程任務(wù) 測量 是人類認(rèn)識(shí)和改造世界的一種重要手段。 對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)過程中，需要進(jìn)行定性分析 定量研究，定量就需要進(jìn)行測量。 1.1 測量概述測量測量的定義 測量是為了確定被測對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。測量技術(shù)獲取信息通信技術(shù)傳遞信息 計(jì)算機(jī)技術(shù)處理信息被稱為信

2、息社會(huì)三大支柱測量是信息的源頭技術(shù) （測控技術(shù)，先要測，才能控）測量水平的高低可以反映出一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的狀況。提高測量水平，實(shí)現(xiàn)測量手段的現(xiàn)代化，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。測量的意義沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有天文學(xué)，沒有顯微鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，沒有指南針就沒有航海事業(yè) 測量的意義1.1 測量概述測量的意義 兩彈一星元?jiǎng)淄醮箸?中國科學(xué)院院士，中國工程院院士。我國現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)及光學(xué)工程的開拓者和奠基人之一。1999年榮獲“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)隆?。電子測量是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測量技術(shù)。電子測量是測量領(lǐng)域的主要組成部分。( (二次表二次表) ) 電子測量儀器傳感器電電 量量非電

3、量非電量( (一次表一次表) )電子測量的內(nèi)容廣義講：凡是利用了電子技術(shù)進(jìn)行的測量 電子測量的基礎(chǔ)： 頻率、時(shí)間、電壓、相位、阻抗狹義講：在電子學(xué)中有關(guān)電量的量值 上述各種參量中頻率、時(shí)間、電壓、相位、阻抗等是基本參量，其他的為派生參量，基本參量的測量是派生參量測量的基礎(chǔ)。電壓測量是最基本、最重要的測量內(nèi)容1.2 電子測量概述電子測量的特點(diǎn)（1）測量頻率范圍寬。被測信號(hào)的頻率范圍除測量直流外，測量交流信號(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)字萬用表對(duì)電壓測量由納伏（nV）級(jí)至千伏（kV）級(jí)電壓，量程達(dá)12個(gè)數(shù)量級(jí) （3）測量準(zhǔn)確度高。例如，

4、用電子測量方法對(duì)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(jí)。（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 ：遙測，遙控（6）易于實(shí)現(xiàn)測量過程的自動(dòng)化和測量儀器智能化1.2 電子測量概述利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)測量的儀表設(shè)備，統(tǒng)稱為電子測量儀器。 電子測量儀器的功能： 2.信號(hào)處理與傳輸功能：信號(hào)調(diào)理、模/數(shù)、抗干擾、壓縮、有 線或無線傳輸3.顯示功能：指針在儀表度盤；數(shù)碼管、液晶或陰極射線管顯示 測量結(jié)果。1.轉(zhuǎn)換功能：電量(功率、電流、電阻)電壓；非電量電量 （電壓） 此外，一些先進(jìn)的儀器，如智能儀

5、器等，還具有數(shù)據(jù)記錄、處理 及自檢、自校、報(bào)警提示等功能。電子測量儀器的分類 按照被測量的特性，電子測量儀器可分為以下幾類：1.時(shí)域測量 也叫瞬態(tài)測量，主要測量被測量的對(duì)象隨時(shí)間變化的規(guī)律。 例如：電壓、電流等電參量的瞬時(shí)值tu時(shí)域（示波器）時(shí)域（示波器）f頻域（頻譜儀）頻域（頻譜儀）f0u1.2 電子測量儀器概述3 數(shù)據(jù)域-二進(jìn)制數(shù)據(jù)流 邏輯分析儀 邏輯定時(shí)分析儀 邏輯狀態(tài)分析儀 1 0 1 1 0 0 1 01 0 1 1 0 0 1 0 4 隨機(jī)域-噪聲、干擾 5 元器件、網(wǎng)絡(luò) 元件（無源）-R、L、C、Y、Q 器件（有源）-半導(dǎo)體器件 網(wǎng)絡(luò)（有/無源）-傳輸特性、頻率特性等 .:.:.

6、:反映精密度與正確度的綜合準(zhǔn)確度度指示值與真值的接近程正確度儀表指示值的分散性精密度u3，輸入阻抗： 測量儀表的輸入阻抗對(duì)測量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響。例，某示波器輸入阻抗Ri=10M,Ci35pf u4，靈敏度: 靈敏度表示測量儀表對(duì)被測量變化的敏感程度，一般定義為測量儀表指示值(指針的偏轉(zhuǎn)角度、數(shù)碼的變化、位移的大小等)增量y與被測量增量x之比。 靈敏度的另一種表述方式叫作分辨力或分辨率，是指測量儀表所能區(qū)分的被測量變化的最小值，在數(shù)字式儀表中經(jīng)常使用，同一儀器不同量程的分辨率不同。 靈敏度=指示量增值/被測量增值 偏轉(zhuǎn)因數(shù)（示波器）=偏轉(zhuǎn)靈敏度的 倒數(shù)，單位：mv/div 。請(qǐng)思考3mv/d

7、iv 的含義。 分辨率：測量儀表所能區(qū)分的被測量的最小變化量。 請(qǐng)思考數(shù)字電壓表分辨率為1V的含義。 u5，線性度: 線性度是測量儀表輸入/輸出特性之一，表示儀表的輸出量(示值)隨輸入量(被測量)變化的規(guī)律。u6，頻率范圍: 頻率范圍是指保證測量儀器其他指標(biāo)正常工作的有效頻率范圍1.3 計(jì)量的基本概念 術(shù)語： 測量（Measurement）-確定量值（數(shù)據(jù)/單位）的實(shí)驗(yàn)過程 測試（Test）“測評(píng)”性測量,界定較模糊。定性體能、智商定量0/1、A 含 計(jì)量-權(quán)威性的基準(zhǔn)測量 統(tǒng)一性-單位，方法 準(zhǔn)確性-建立基準(zhǔn)、比對(duì) 法制性-政府、計(jì)量局 檢測-監(jiān)控性的測量（只要不超出允許的誤差范圍則認(rèn)為合格

8、） 沒有測量，就談不上計(jì)量；沒有計(jì)量，測量則失去價(jià)值。 1.3 計(jì)量的基本概念 基準(zhǔn)與傳遞 一級(jí)：主基準(zhǔn)（國家級(jí)：中國計(jì)量研究院）一級(jí)：主基準(zhǔn)（國家級(jí)：中國計(jì)量研究院）二級(jí)：副基準(zhǔn)（省、市級(jí)計(jì)量局）二級(jí)：副基準(zhǔn)（省、市級(jí)計(jì)量局）三級(jí)：工作基準(zhǔn)（縣、市級(jí)計(jì)量局）三級(jí)：工作基準(zhǔn)（縣、市級(jí)計(jì)量局）實(shí)際應(yīng)用儀表實(shí)際應(yīng)用儀表 量值溯源量值溯源 量值傳遞量值傳遞國際計(jì)量局國際計(jì)量局比對(duì)比對(duì)-同級(jí)儀表同級(jí)儀表比較一致性。比較一致性。校準(zhǔn)校準(zhǔn)-高級(jí)儀表高級(jí)儀表校準(zhǔn)低級(jí)儀表校準(zhǔn)低級(jí)儀表。檢定檢定-法定計(jì)量法定計(jì)量部門評(píng)定低一等級(jí)部門評(píng)定低一等級(jí)儀表是否合格。儀表是否合格。1.3 計(jì)量的基本概念 1.3 計(jì)量的基

9、本概念 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 xxx1.3 計(jì)量的基本概念 1.3 計(jì)量的基本概念 1.3 計(jì)量的基本概念 1.3 計(jì)量的基本概念 原件在巴黎原件在巴黎國際計(jì)量局國際計(jì)量局地下室地下室原件在巴黎原件在巴黎國際計(jì)量局國際計(jì)量局地下室地下室模擬式模擬式儀表儀表數(shù)字式數(shù)字式儀表儀表智能化智能化儀表儀表虛擬虛擬儀器儀器1.4 電子測量儀器的發(fā)展 1.4 電子測量儀器的發(fā)展 傳統(tǒng)儀器 模擬儀器 數(shù)字化儀器 指針式三用表 示波器 數(shù)碼顯示儀表 軟硬兼施 多功能 高精度自動(dòng)化 改進(jìn)方向 特點(diǎn) 全由硬件組成 功能單一固定 精度較低 人工操作 現(xiàn)代儀器 智能化 模

10、塊化 虛擬化網(wǎng)絡(luò)化 發(fā)展方向 性能優(yōu)異功能多 儀器與計(jì)算機(jī)融合 硬件與軟件結(jié)合 特點(diǎn) 智能儀器 程控儀器-自動(dòng)測試系統(tǒng)虛擬儀器 主要形式1.4 電子測量儀器的發(fā)展 智能儀器 (計(jì)算機(jī)嵌入儀器)通常人們把內(nèi)含微處理器和GPIB接口的儀器稱為智能儀器測試模塊測試模塊或信號(hào)源或信號(hào)源智能儀器自動(dòng)測試系統(tǒng) 1.4 電子測量儀器的發(fā)展 1.4 電子測量儀器的發(fā)展 1.4 電子測量儀器的發(fā)展 虛擬儀器（儀器融入計(jì)算機(jī)） VI，Virtual Instruments是檢測技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。它是美國國家儀器（NI，National Instruments）公司于1981年提出的個(gè)人儀器

11、（Personal Computer Instrument）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。虛擬儀器是指在通用計(jì)算機(jī)上添加一層軟件和一些硬件模塊，使用戶操作這臺(tái)通用計(jì)算機(jī)就像操作一臺(tái)真實(shí)的儀器一樣。虛擬儀器技術(shù)強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出了“軟件就是儀器”的概念。 1.4 電子測量儀器的發(fā)展 D/A-由軟件產(chǎn)生測試信號(hào) A/D-采集測量數(shù)據(jù) 1 1 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表 峰值峰值-搜索正負(fù)最大值搜索正負(fù)最大值 均值均值 有效值有效值-2 2 存儲(chǔ)示波器存儲(chǔ)示波器3 3 頻譜儀頻譜儀112)(1niituNU10)(1niituNU虛擬儀器 舉例u時(shí)域（示波器）時(shí)域（示波器）頻域（頻譜儀）頻域（頻譜儀）f0ut插卡

12、（模塊）插卡（模塊）D/AD/AA/DA/D濾波濾波取樣取樣PCPCDSPDSP被測對(duì)象被測對(duì)象1.4 電子測量儀器的發(fā)展 虛擬儀器的構(gòu)成方式信號(hào)調(diào)信號(hào)調(diào) 理理數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡GPIBGPIB接口儀器接口儀器VXIVXI儀器儀器PXIPXI儀器儀器串口串口/USB/USB儀器儀器現(xiàn)場總線儀器（或設(shè)備）現(xiàn)場總線儀器（或設(shè)備）GPIBGPIB接口卡接口卡測控對(duì)象測控對(duì)象LabVIEWLabVIEWLabWindows/CVILabWindows/CVI其它軟件開發(fā)平臺(tái)其它軟件開發(fā)平臺(tái)PCPC機(jī)機(jī)/ /工作站工作站LXILXI儀器儀器1.4 電子測量儀器的發(fā)展 未來自動(dòng)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（合成儀器）多

13、測試總線的融合！軟硬兼施軟硬兼施1.4 電子測量儀器的發(fā)展 常用實(shí)驗(yàn)儀器常用實(shí)驗(yàn)儀器v 第二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。v 第三部分信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)、模擬、合成、射頻合成等多種類型的信號(hào)發(fā)生器。v 第四部分時(shí)域測量，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)。v 第五部分頻域測量，重點(diǎn)討論頻域中的信號(hào)頻譜和網(wǎng)絡(luò)性能的測量，介紹測量激勵(lì)信號(hào)源的基本工作原理。v 第六部分?jǐn)?shù)域測量，介紹數(shù)字系統(tǒng)的基本測量原理和方法，包括數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生、邏輯分析、可測性設(shè)計(jì)及數(shù)字系統(tǒng)測試的典型實(shí)例。v 第七部分測量系統(tǒng)集成，闡述組建測量系統(tǒng)的硬件平臺(tái)

14、、軟件平臺(tái)、總線標(biāo)準(zhǔn)、通信技術(shù)等。沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有天文學(xué)，沒有顯微鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，沒有指南針就沒有航海事業(yè) 測量的意義1.1 測量概述測量的意義電子測量儀器的分類 按照被測量的特性，電子測量儀器可分為以下幾類：1.時(shí)域測量 也叫瞬態(tài)測量，主要測量被測量的對(duì)象隨時(shí)間變化的規(guī)律。 例如：電壓、電流等電參量的瞬時(shí)值tu時(shí)域（示波器）時(shí)域（示波器）f頻域（頻譜儀）頻域（頻譜儀）f0u1.2 電子測量儀器概述u3，輸入阻抗： 測量儀表的輸入阻抗對(duì)測量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響。例，某示波器輸入阻抗Ri=10M,Ci35pf u4，靈敏度: 靈敏度表示測量儀表對(duì)被測量變化的敏感程度，一般定義為測量儀表指示值(指針的偏轉(zhuǎn)角度、數(shù)碼的變化