電子儀器測(cè)量第1講緒論匯編

1、第一章 緒論(xln)（1）市場(chǎng)調(diào)查（2）發(fā)展現(xiàn)狀（3）國(guó)產(chǎn)測(cè)量(cling)儀器發(fā)展方向（4）中國(guó)工程師面臨的問(wèn)題（1）課程學(xué)習(xí)目的（2）電子信息專業(yè)對(duì)電子測(cè)量與儀器的應(yīng)用（1）測(cè)量的基本定義（2）電子測(cè)量?jī)x器（一）（二）（三）（四）計(jì)量共五十二頁(yè)電子測(cè)量?jī)x器屬于高新技術(shù)領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品中新技術(shù)應(yīng)用最多、最快的產(chǎn)品門類之一，最先進(jìn)(xinjn)的電子測(cè)量技術(shù)基本上被歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家掌控。徐春齡秘書長(zhǎng)介紹:中國(guó)電子儀器市場(chǎng)(shchng)銷售額的基本情況?！霸谥袊?guó)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)電子儀器的銷售額僅為100億元左右，進(jìn)口的電子儀器銷售額為100億美元左右。這樣算來(lái)，國(guó)產(chǎn)電子儀器只占到市場(chǎng)銷售額的

2、14%左右”。一、（1）市場(chǎng)調(diào)查變送器、執(zhí)行器、測(cè)繪儀器、金屬材料試驗(yàn)機(jī)等產(chǎn)品的產(chǎn)量居世界前列，實(shí)驗(yàn)分析儀器等中高檔產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率不斷上升，行業(yè)技術(shù)上總體已達(dá)到的中等國(guó)際水平，少數(shù)產(chǎn)品接近或達(dá)到當(dāng)前較高國(guó)際水平。 共五十二頁(yè)“現(xiàn)在中國(guó)儀器技術(shù)水平比任何時(shí)候的國(guó)際儀器技術(shù)水平，差距都大”。美國(guó)已規(guī)定330兆赫以上(yshng)的安潔倫信號(hào)分析儀，不允許賣給中國(guó)風(fēng)電、核電、智能電網(wǎng)、高速(o s)列車和軌道交通等，這些產(chǎn)業(yè)對(duì)儀器儀表來(lái)說(shuō)都是巨大的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)。 共五十二頁(yè)中國(guó)本土測(cè)量?jī)x器設(shè)備行業(yè)的發(fā)展(fzhn)現(xiàn)狀 中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒得出：中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器每年都以超過(guò)30%以上的速度在快

3、速增長(zhǎng)。在此快速增長(zhǎng)的過(guò)程中，無(wú)疑催生出了許多(xdu)測(cè)試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。 一、（2）發(fā)展現(xiàn)狀共五十二頁(yè)中國(guó)(zhn u)該領(lǐng)域唯一重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的中國(guó)電子集團(tuán)公司第41研究所 青島(qn do)興儀電子設(shè)備有限公司高純微波合成信號(hào)發(fā)生器微波噪聲系數(shù)分析儀便攜式射頻頻譜分析儀2.5Gb/sSDH/PDH數(shù)字傳輸分析儀、高性能的光通訊設(shè)備：包括光譜分析儀和高性能微型光時(shí)域反射計(jì)，高速數(shù)字示波器等 共五十二頁(yè)天津(tin jn)德力公司 DS8821Q數(shù)字電視(sh z din sh)頻譜分析儀DS1191數(shù)字電視綜合分析儀DS1883Q數(shù)字電視場(chǎng)強(qiáng)儀DS90

4、00碼流分析儀等產(chǎn)品還有DS768這類的機(jī)頂盒專用測(cè)試設(shè) 共五十二頁(yè)北京普源精電科技(kj)有限公司 從最常規(guī)的數(shù)字萬(wàn)用表，任意(rny)波形發(fā)生器，到高性能的數(shù)字示波器 DS3000系列任意波形發(fā)生器，是一款帶有數(shù)字邏輯輸出功能(16路數(shù)據(jù)通道和2路時(shí)鐘通道)的混合信號(hào)發(fā)生器(MSG)。該設(shè)備采樣率達(dá)到300MSa/s，垂直分辨率為14bits，還有1M采樣點(diǎn)存儲(chǔ)深度?？梢蕴峁┦N標(biāo)準(zhǔn)波形，還可以提供用戶自定義的任意波形，其中包括各種豐富的調(diào)制波形，滿足了很多領(lǐng)域的應(yīng)用；還有DS1000系列混合數(shù)字示波器，目前示波器的帶寬已經(jīng)達(dá)到500MHz，并具有很豐富的高級(jí)觸發(fā)方式，特別是碼形觸發(fā)和持續(xù)

5、時(shí)間觸發(fā)，解決了各種異常波形的觸發(fā)問(wèn)題。示波器中還集成了邏輯分析功能，保證了使用上的方便。 共五十二頁(yè)一、（3）國(guó)產(chǎn)電子測(cè)量?jī)x器(yq)行業(yè)發(fā)展方向第一，數(shù)字化電子測(cè)量(cling)儀器的普及率必須提升。 第二，總線技術(shù)必須跟蹤國(guó)際發(fā)展水平。 VXI、PXI、LXI、USB接口、總線技術(shù)在電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域國(guó)外已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)很高的水平。目前，有三個(gè)趨勢(shì)在推動(dòng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)的發(fā)展：首先，要有系統(tǒng)就緒的硬件，即模塊化的產(chǎn)品，可以很快構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)。其次，要有基于標(biāo)準(zhǔn)的與PC兼容的輸入輸出接口，以及輸入、輸出驅(qū)動(dòng)程序，可以基于局域網(wǎng)，也可以基于互聯(lián)網(wǎng)。最后，要有靈活的軟件解決方案，不論客戶需要的是Exce

6、l界面還是文字界面，都可以給客戶靈活的選擇。 國(guó)際電子測(cè)量?jī)x器LXI(LANeXtensionforIn-strument)聯(lián)盟的產(chǎn)生，就是為了迎合這個(gè)變化。 共五十二頁(yè)第三(d sn)，軟件技術(shù)必須盡快提上日程。 電子(dinz)測(cè)量?jī)x器“軟件”是電子(dinz)測(cè)量?jī)x器智能化的核心技術(shù)，而且“軟件修正測(cè)量誤差”是目前修正測(cè)量誤差既經(jīng)濟(jì)又最有效的辦法；此外，特別是軟件定義的無(wú)線電測(cè)量?jī)x器，在國(guó)外得到了特別的重視和發(fā)展。自從無(wú)線接收系統(tǒng)從超外差變頻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變成無(wú)外差變頻的零中頻結(jié)構(gòu)之后，無(wú)線電發(fā)射接收系統(tǒng)簡(jiǎn)化成為數(shù)字變頻、基帶放大器、基帶濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器等數(shù)字部件

7、，使軟件定義無(wú)線電(SDR)測(cè)量?jī)x器得以實(shí)現(xiàn)。共五十二頁(yè)第四，模塊化技術(shù)必須加緊(jijn)跟上 這是國(guó)際電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展的方向，實(shí)際上模塊化技術(shù)與總線技術(shù)(接口技術(shù))、軟件技術(shù)是三位一體，我們必須(bx)盡快把三者有機(jī)地接合起來(lái)，形成有競(jìng)爭(zhēng)力的電子測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品。 共五十二頁(yè)第五，合成儀器必須盡快(jnkui)實(shí)施。 合成儀器采用可互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊、標(biāo)準(zhǔn)電路、標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)(shxin)從單元電路至系統(tǒng)的積木化結(jié)構(gòu)。由于美國(guó)國(guó)防部門是全球電子測(cè)量?jī)x器的最大采購(gòu)商，合成儀器將推動(dòng)美國(guó)、歐洲、日本投入更多人力物力，開發(fā)從器件、模塊、子系統(tǒng)至完整的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，成為電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)創(chuàng)新的新動(dòng)力。 共五

8、十二頁(yè)中國(guó)的工程師真正面臨的問(wèn)題在于如何選擇與應(yīng)用相適應(yīng)的儀器設(shè)備以及如何使用儀器以及如何有效(yuxio)利用儀器的延伸性能，從而使設(shè)備的效能得到真正發(fā)揮， 一、（4）中國(guó)工程師面臨(minlng)的問(wèn)題：共五十二頁(yè)工程師真正面臨(minlng)的挑戰(zhàn)體現(xiàn)在采用多種技術(shù)和混合信號(hào)的嵌入式設(shè)計(jì)方面。 共五十二頁(yè)挑戰(zhàn)主要是如何順應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)和新的應(yīng)用來(lái)制定最完整和最恰當(dāng)?shù)臏y(cè)試方案，還有自定義產(chǎn)品(chnpn)和系統(tǒng)的測(cè)試等。 共五十二頁(yè)那就是在測(cè)試領(lǐng)域里，中國(guó)面臨的最大挑戰(zhàn)就是缺乏具有微波背景和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)(jngyn)的工程人才，以及優(yōu)秀的測(cè)試與計(jì)量人才。 共五十二頁(yè)二、（1）目的： 是使學(xué)生掌握近

9、代電子測(cè)量的基礎(chǔ)理論 和電子測(cè)量?jī)x器的原理與應(yīng)用， 在科學(xué)實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐中能制定先進(jìn)的測(cè)試方案， 能合理選用(xunyng)測(cè)量?jī)x器，能正確處理測(cè)量數(shù)據(jù)， 以獲得最佳的測(cè)試結(jié)果。 共五十二頁(yè)二、（2）應(yīng)用主要研究信息的獲取(huq)與處理，電子設(shè)備與信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用和集成 共五十二頁(yè)電子測(cè)量技術(shù)(jsh)在通信中的應(yīng)用發(fā)射功率、頻率穩(wěn)定度接收靈敏度、通頻帶、信號(hào)(xnho)頻譜傳輸特性、衰減特性誤碼率通信協(xié)議放大器、濾波器共五十二頁(yè)三、（1）電子測(cè)量概述測(cè)量 是人類認(rèn)識(shí)(rn shi)和改造世界的一種重要手段。 對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，需要進(jìn)行定性(dng xng)、定位分析 定量研

10、究，定量就需要進(jìn)行測(cè)量。 測(cè)量 是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)客觀事物取得定量數(shù)據(jù) 的過(guò)程。 共五十二頁(yè)被測(cè)物體的重量(zhngling)等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量(zhngling)被測(cè)物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)?yn wi)，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。 測(cè)量的定義共五十二頁(yè) 測(cè)量(cling)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(ky)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

11、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)。 共五十二頁(yè)測(cè)量(cling)的基本要素被測(cè)對(duì)象(duxing)、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量技術(shù)、測(cè)量人員和測(cè)量環(huán)境 共五十二頁(yè) 生活(shnghu)中的例子重量，長(zhǎng)度(chngd)，溫度，濕度，三表（電，水，氣）汽車監(jiān)測(cè)點(diǎn)：50100 飛機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：3000 航天飛行器監(jiān)測(cè)點(diǎn)：5000 共五十二頁(yè)電子(dinz)技術(shù)人員的工作臺(tái)共五十二頁(yè)沒(méi)有測(cè)量就沒(méi)有科學(xué)(kxu)門捷列夫諾貝爾物理獎(jiǎng)，化學(xué)獎(jiǎng)中1/4屬于測(cè)試(csh)方法和測(cè)試(csh)儀器的創(chuàng)新?！皟蓮椧恍恰钡某晒?，沒(méi)有測(cè)試儀器是不可能的。生產(chǎn)中“沒(méi)有測(cè)試，就沒(méi)有新產(chǎn)品”

12、。大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)成本中，測(cè)量成本已超過(guò)50%共五十二頁(yè) 電 子 測(cè) 量 電子測(cè)量(cling)是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測(cè)量(cling)技術(shù)。電子測(cè)量是測(cè)量領(lǐng)域的主要(zhyo)組成部分。(二次表) 電子測(cè)量?jī)x器傳感器電 量非電量(一次表)共五十二頁(yè)在當(dāng)今(dngjn)信息時(shí)代 測(cè)量技術(shù)獲取信息通信技術(shù)傳遞信息 計(jì)算技術(shù)處理信息被稱為信息社會(huì)三大支柱測(cè)量是信息的源頭技術(shù)(jsh) （測(cè)控技術(shù)，先要測(cè)，才能控）測(cè)量水平的高低可以反映出一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的狀況。提高測(cè)量水平，實(shí)現(xiàn)測(cè)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。(電子信息怎么獲??？靠測(cè)量)信息化三要

13、素共五十二頁(yè)著名(zhmng)科學(xué)家錢學(xué)森院士明確指出：信息技術(shù)包括(boku)測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。測(cè)量技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行采集和處理，是信息技術(shù)的源頭，是關(guān)鍵中的關(guān)鍵?！?共五十二頁(yè)王大珩院士說(shuō)：“ 計(jì)量測(cè)試和儀器儀表技術(shù)就是信息技術(shù)的組成部分，而且是不可或缺的重要(zhngyo)組成部分”。作為對(duì)信息進(jìn)行采集、測(cè)量、處理和控制的重要(zhngyo)基礎(chǔ)手段和設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)?！眱蓮椧恍窃?jiǎng)?yunxn)王大珩 中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)工程院院士。我國(guó)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?。共五十二?yè)三、（2) 電子測(cè)量(cling)

14、儀器 利用(lyng)電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的儀表設(shè)備，統(tǒng)稱為電子測(cè)量?jī)x器。 電子測(cè)量?jī)x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(wú)線傳輸3.顯示功能：指針式儀表度盤；數(shù)碼管、液晶或陰極射線管顯示 測(cè)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。共五十二頁(yè) 電子測(cè)量(cling)儀器的分類 按照(nzho)被測(cè)量的特性，電子測(cè)量?jī)x器可分為以下幾類：1.電信號(hào)的“三域”： 調(diào)制域（調(diào)制域分析儀）ff0tf頻域（頻譜儀）f0utu時(shí)域（示波器）頻率頻域電壓

15、時(shí)域時(shí)間調(diào)制域頻率頻域電壓時(shí)域時(shí)間調(diào)制域共五十二頁(yè)2 數(shù)據(jù)(shj)域-二進(jìn)制數(shù)據(jù)流 邏輯(lu j)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 0 3 隨機(jī)域-噪聲、干擾 4 元器件、網(wǎng)絡(luò) 元件（無(wú)源）-R、L、C、Y、Q 器件（有源）-半導(dǎo)體器件 網(wǎng)絡(luò)（有/無(wú)源）-傳輸特性、頻率特性等 電子測(cè)量?jī)x器的分類 共五十二頁(yè)現(xiàn)代(xindi)科學(xué)儀器的體系結(jié)構(gòu)：（1）發(fā)展(fzhn)歷程（2）體系結(jié)構(gòu)共五十二頁(yè)對(duì)象(duxing)硬件(yn jin)軟件信號(hào)調(diào)理-數(shù)據(jù)采集卡DAQGPB接口儀器-GPB接口卡串行口儀器PLCVXI儀器圖像采集卡DSP現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化軟件

16、測(cè)量與分析軟件傳統(tǒng)編程語(yǔ)言PC機(jī)/工作站共五十二頁(yè) 電子(dinz)測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 1 傳統(tǒng)(chuntng)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 共五十二頁(yè) 1984年11月電子工業(yè)部電子測(cè)量?jī)x器情報(bào)網(wǎng)（戚繼明老師主辦）在廈門市召開第三屆全網(wǎng)大會(huì)，會(huì)上電子部科技情報(bào)所趙玉惠同志送給我們一套油印的資料。美國(guó)西北儀器公司總裁D.伯克（D.Birck）于1982年提出： 用個(gè)人計(jì)算機(jī)構(gòu)成(guchng)儀器是一條合乎邏輯的捷徑。首先提出“個(gè)人儀器”的概念。因?yàn)閭€(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的

17、硬、軟件資源豐富，是測(cè)試儀器理想的開發(fā)平臺(tái)。 當(dāng)時(shí)稱為個(gè)人儀器 Personal Computer Instrument該公司開發(fā)了一批基于蘋果（Apple）型計(jì)算機(jī)的插卡式儀器 虛擬儀器（儀器(yq)融入計(jì)算機(jī)） 共五十二頁(yè)定義(dngy)：虛擬儀器（ Virtual Instrument，VI ）是指以通用計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)控制器、由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和大部分儀器功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。通常的概念(ginin)是用通用計(jì)算機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)、PC機(jī)）開發(fā)的測(cè)試儀器與系統(tǒng)都可歸屬于“虛擬儀器”。 測(cè)控對(duì)象數(shù)據(jù)采集、控制、總線接口通用計(jì)算機(jī)PC機(jī)、工作站共五十二頁(yè)虛擬儀器系統(tǒng)由軟件硬件兩部分(b f

18、en)構(gòu)成，故分別敘述：件-儀器功能 應(yīng)用軟件-虛擬面板應(yīng)用軟件-儀器功能、虛擬面板儀器驅(qū)動(dòng)軟件操作系統(tǒng)（Windows等）通用計(jì)算機(jī)（PC）外圍硬件（接口、儀器模塊）設(shè)備被測(cè)系統(tǒng)用戶硬 件軟 件虛擬儀器共五十二頁(yè)共五十二頁(yè)共五十二頁(yè)D/A-由軟件(run jin)產(chǎn)生測(cè)試信號(hào) A/D-采集測(cè)量(cling)數(shù)據(jù) 1 數(shù)字電壓表 峰值-搜索正負(fù)最大值 均值 有效值-2 存儲(chǔ)示波器3 頻譜儀虛擬儀器 舉例u時(shí)域（示波器）頻域（頻譜儀）f0ut插卡（模塊）D/AA/D濾波取樣PCDSP被測(cè)對(duì)象共五十二頁(yè)現(xiàn)代(xindi)儀器 智能化 模塊化 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

19、 硬件與軟件結(jié)合 特點(diǎn) 智能儀器 程控儀器-自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)虛擬儀器 主要形式共五十二頁(yè)未來(lái)(wili)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖10.22 LXI與現(xiàn)有儀器組成混合系統(tǒng)共五十二頁(yè)共五十二頁(yè)總之，虛擬儀器有很廣闊的發(fā)展空間，虛擬儀器技術(shù)將通過(guò)自身不斷的革新，來(lái)滿足測(cè)量測(cè)試與自動(dòng)化不斷涌現(xiàn)的新的需求！必將逐步取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，成為測(cè)量、分析、控制(kngzh)、自動(dòng)化儀表的核心。 隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，給虛擬儀器的發(fā)展提供(tgng)了廣闊的天地，國(guó)內(nèi)外儀器界都看中了這塊大市場(chǎng)。測(cè)控儀器將會(huì)向高效、高速、高精度和高可靠性以及自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。開放式數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)將使虛擬儀器走上標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化和模塊化的道路。 共五十二頁(yè)四、 計(jì)量(jling)的基本概念 1 術(shù)語(yǔ)(shy)： 測(cè)量（Measurement）-確定量值（數(shù)據(jù)/單位）的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 測(cè)試（Test）“測(cè)評(píng)”性測(cè)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(cè)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(cè)-監(jiān)控性的測(cè)