電子測(cè)量技術(shù)李希文

1、.電子測(cè)量的定義狹義測(cè)量:測(cè)量是為了確定被測(cè)量的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。廣義測(cè)量：測(cè)量是為了獲取被測(cè)量對(duì)象的信息而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程.測(cè)量的五大要素觀察者；測(cè)量對(duì)象；測(cè)量?jī)x器;測(cè)量方法，測(cè)量條件.計(jì)量的定義計(jì)量是利用技術(shù)和法制手段實(shí)施的一種特殊形式的測(cè)量，即吧被測(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.計(jì)量的三個(gè)特征統(tǒng)一性；準(zhǔn)確性；法制性.基準(zhǔn)能不能參加測(cè)量？基準(zhǔn)本身并并不一定剛好等于計(jì)量單位，一個(gè)時(shí)期的基準(zhǔn)代表著此時(shí)人類的認(rèn)知，隨著發(fā)展，各種基準(zhǔn)不斷的發(fā)生變化.電子測(cè)量的特點(diǎn)電子測(cè)量是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測(cè)量技術(shù)，它是測(cè)量學(xué)與電子學(xué)互相結(jié)合的產(chǎn)物。其特點(diǎn)：1 ）測(cè)量頻率范圍寬

2、。2 ）測(cè)量量程寬。3 ）測(cè)量準(zhǔn)確度高。4 ）測(cè)量速度快。5）可以進(jìn)行遙測(cè)。6）易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試智能化和測(cè)試自動(dòng)化。8 ）易于小型化.真值的定義一個(gè)量在被觀測(cè)時(shí)，該量本身所具有的真實(shí)大小稱為真值；真值不能通過(guò)測(cè)量得到。.誤差的表示方法，相對(duì)誤差，絕對(duì)誤差（會(huì)計(jì)算，意義）奧對(duì)誤差：由測(cè)量所得到的被測(cè)量x與其真值A(chǔ)0之差；dX=X-AOo H為絕對(duì)誤差里對(duì)誤差表明了被測(cè)量的測(cè)量值與被測(cè)值的實(shí)際值之間的偏離程度與方向相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比Y= （ jx/AO ） *100%為了說(shuō)明測(cè)量的準(zhǔn)去程度.分貝誤差分貝誤差是用對(duì)數(shù)形式表示的一種相對(duì)誤差，單位為分貝（db ）Ydb=20lg（1+Y）

3、J.鑒定儀表是否合格如果儀表準(zhǔn)確度為s級(jí)，則說(shuō)明該儀表的最大滿度誤差不超過(guò)s% , BP|Ym|3s ,則為粗大誤差。2 ）格拉布斯 檢驗(yàn)法消除方法：對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行分析，是否有外界干擾，其次在精度條件下增加測(cè)量次 數(shù),或采用不等精度測(cè)量和互相之間進(jìn)行校核方法.測(cè)量誤差的合成（合成僅公式）Y=jy/y=1 /y（df/dxV）Axi.?lj JE P52 , 2-11.測(cè)量不確定度定義，表示A類，B類是否有本質(zhì)區(qū)分不確定度是說(shuō)明測(cè)量結(jié)果可能的分散程度的參數(shù)A類不確定度：用統(tǒng)計(jì)的方法得到的不確定度，用符號(hào)Ua表示B類不確定度：用非統(tǒng)計(jì)的方法得到的不確定度，即根據(jù)資料或者假設(shè)的概率分布 優(yōu)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏

4、差表示的不確定度，用Ub表示兩者僅僅是評(píng)定方法不同，并不是不確定度性質(zhì)上的分類，即li兩者的不確定度不 能表示為隨機(jī)或者系統(tǒng)的不確定度。.誤差的分配，等確定度和等作用誤差分配為將總誤差分配給各分項(xiàng)。P59）等準(zhǔn)確度分配:指分配給各項(xiàng)的誤差彼此相同，等準(zhǔn)確度分配通常用于各項(xiàng)性 質(zhì)相同（量綱相同），大小相近的情況；白=4 = .= /2）等作用分配:指分配各項(xiàng)的誤差在數(shù)值上不一定相等，但他們對(duì)于測(cè)量誤差總 和的作用或者說(shuō)對(duì)于總和的影響是相同的:跖=篝跖=.=0OXj0X2vXn19.測(cè)量數(shù)據(jù)的處理p61通常取到數(shù)據(jù)后還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，整理，有時(shí)還要把數(shù)據(jù)歸納成一定的表達(dá)式或畫(huà)成表格，曲線等，

5、也就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理1）有效數(shù)字的概念：在進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，遇到一些無(wú)理數(shù)，實(shí)際計(jì)算時(shí)只能取近 似值,當(dāng)用這個(gè)數(shù)據(jù)表示一個(gè)量時(shí)常規(guī)定誤差不能超過(guò)末尾數(shù)字的一半2）數(shù)字的舍入規(guī)則：在處理數(shù)據(jù)和所用常數(shù)進(jìn)行舍入處理，規(guī)則如下：小與五舍 去，大于五進(jìn)位，當(dāng)?shù)扔谖鍟r(shí)，取偶數(shù)，即舍去部分的數(shù)值恰好等于保留末尾 的0.5個(gè)單位，當(dāng)末尾為偶數(shù)時(shí)，末位不變，當(dāng)為奇數(shù)時(shí)，末尾加一3）近似運(yùn)算規(guī)則：當(dāng)對(duì)于幾個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，要考慮有效數(shù)字保留多少位 的問(wèn)題，以便不使運(yùn)算過(guò)于麻煩而又能進(jìn)行反應(yīng)測(cè)量的準(zhǔn)確度，保留的位數(shù)取 決于各數(shù)中準(zhǔn)確度最差的那一項(xiàng).不等精度測(cè)量，權(quán)的概念和等作用P65在測(cè)量條件不同的情況下進(jìn)行測(cè)量

6、，則測(cè)量結(jié)果的精密度籽不相同，則這樣的測(cè)量 稱為不等精度測(cè)量權(quán)的概念：各測(cè)量結(jié)果的可靠程度用一數(shù)值來(lái)表示此數(shù)值就稱為該測(cè)量結(jié)果的權(quán)， 記作W,測(cè)量結(jié)果的權(quán)可以理解為，當(dāng)他與另一些測(cè)量結(jié)果比較時(shí)，對(duì)該測(cè)量結(jié)果 的依賴程度。Wj =京，。為標(biāo)準(zhǔn)偏差，入為任意常數(shù)，當(dāng)W等于1時(shí)，也可以看成 單位權(quán)的方差。加權(quán)平均值計(jì)算：文=2 WjXi/2”.頻率和時(shí)間測(cè)量的基準(zhǔn)P78人們?cè)谶M(jìn)行成千上萬(wàn)的側(cè)測(cè)量物理量時(shí)，頻率（時(shí)間）測(cè)量所能達(dá)到的分辨率和準(zhǔn) 通度最為準(zhǔn)確。.測(cè)頻原理P82 電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻原理實(shí)際是以比較法為基礎(chǔ)，將被測(cè)信號(hào)頻率&和已知的時(shí)基信號(hào) 想必，將相比結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來(lái)。三部分組成1 ）時(shí)

7、間基準(zhǔn)T產(chǎn)生電路：用于提供準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)時(shí)間T ,一般由高穩(wěn)定 度的石英晶體振蕩器，分頻整形電路和門(mén)控信號(hào)組成。2）計(jì)數(shù)脈沖形成電路：將被 測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成為可計(jì)數(shù)的窄脈沖。3）計(jì)數(shù)顯示電路：計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)在閘門(mén)寬度T 時(shí)間內(nèi)重復(fù)的次數(shù)，顯示被測(cè)頻率. N的計(jì)算函數(shù)&=N/T.計(jì)算正負(fù)一誤差P84由于在相同主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間T計(jì)數(shù)器最多多計(jì)或少計(jì)一個(gè)數(shù)，所以稱為量化誤差或1 誤差。誓=、= 白，僅為被測(cè)信號(hào)頻率，T為閘門(mén)時(shí)間。增大閘門(mén)時(shí)間可以減1 wINJ * 1少脈沖誤差.固有誤差的組成，如何減小組成：1 ）計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)誤差（正負(fù)一誤差），2）閘門(mén)時(shí)間誤差（時(shí)急誤差卜3 ）計(jì) 數(shù)器測(cè)頻的總誤差；減小方法：1

8、）增大閘門(mén)時(shí)間或者倍頻被測(cè)信號(hào)頻率，減小正負(fù)一誤差3）提高晶振頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以減小閘門(mén)時(shí)間誤差4）在閘門(mén)時(shí)間誤差大時(shí)，可以采用測(cè)周方法進(jìn)行測(cè)量。.觸發(fā)誤差所謂觸發(fā)誤差就是指在門(mén)控脈沖在干擾信號(hào)的作用下使觸發(fā)提前或滯后所帶來(lái)的誤 主。.測(cè)周原理P87 由于周期和頻率互為函數(shù)，因此在測(cè)頻的原理中對(duì)換一下待測(cè)信號(hào)和時(shí)基信號(hào)的情 入通道就能完成周期的測(cè)量。.中界頻率計(jì)算P91定義：對(duì)某信號(hào)使用測(cè)頻法和測(cè)周法測(cè)量頻率，兩者引起的誤差相等，則該頻率定 義為中界頻率，記作fz。計(jì)算：glgTc),.減小正負(fù)1誤差的方法P5)平均法：在多次測(cè)量取平均值。limo 1甌趨近于02)多周期同步法：一次測(cè)量中

9、對(duì)多個(gè)周期進(jìn)行測(cè)量3)模擬內(nèi)插法：在計(jì)數(shù)器頻率或時(shí)間測(cè)量電路中內(nèi)插一部分模擬時(shí)序電路.波形因素和波峰因素P114波峰因數(shù):交流電壓表的波峰因素定義為峰值與有效值的比值，用Kp表示，即 Kp=峰面有效值。對(duì)于理想交流電壓，其波峰因數(shù)為Kp=Up/(Up/V2)=V2.波形因素：交流電壓的波形因數(shù)定義為有效值與其平均值的比值，用kF表示即Kf=有效面平均值，對(duì)于理想交流電壓K=(1/xt/p)/(2/n)Up=1.11.三種表的結(jié)果和特點(diǎn)P1161)峰遹電壓表：交流電壓經(jīng)過(guò)檢波后，再進(jìn)行放大，然后驅(qū)動(dòng)直流電壓表。在峰 值電壓表中，通常采用二極管峰值檢波器，即檢波器的輸出是被測(cè)電壓峰值的 響應(yīng)，峰值

10、檢波器決定了電壓表的頻率范圍，輸入阻抗和靈敏度2)均值電壓表：被測(cè)交流信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，再檢波，然后驅(qū)動(dòng)直流電流表。在均 通電壓表中，檢波器對(duì)于被測(cè)電壓的平均值產(chǎn)生相應(yīng)，一般都采用二極管全波 或橋式整流作為檢波器,這類電壓表的頻率范圍主要受到寬帶放大器帶寬的限制3）有效值電壓表：在電壓測(cè)量技術(shù)中，經(jīng)常需要測(cè)量非正玄波，尤其是失真正弦 波的有效值.分貝測(cè)量一般不直接計(jì)算或測(cè)量電路某測(cè)試點(diǎn)的電壓或者功率，而是計(jì)算他們某一電壓或功 率基準(zhǔn)之比的對(duì)數(shù)分貝功率:兩個(gè)功率P1和P2之比取對(duì)數(shù)，就可以得到lg（P1/P2）電壓:10lgP1/P2=20lgU1/U2具有分貝讀數(shù)的電壓表常稱為寬頻電平表：在當(dāng)?shù)?/p>

11、電壓表基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，在寬帶放 大器前加入衰減器，用Db表示輸入電平選擇，并可用標(biāo)準(zhǔn)電平振蕩器校準(zhǔn)。.電壓數(shù)字化的測(cè)量方法數(shù)字電壓表分為兩個(gè)部分，模擬與數(shù)字，其核心部件是A/D轉(zhuǎn)化器。其分為兩類:3卻分式利積分式。3陽(yáng)分：1 ）逐漸逼近比較式DVM:將被測(cè)信號(hào)Ux和一可變的已知電壓（基準(zhǔn)電壓）進(jìn)行透 次比較，最終逼近被測(cè)電壓。2）單斜式DVM:其A/D變化部分實(shí)際是一個(gè)典型的習(xí)限分式變換器 斜坡電壓發(fā)生 器是這種DVM的核心部分。工作原理：斜坡發(fā)生等產(chǎn)生一個(gè)斜坡電壓分別與輸 入信號(hào)Ux的比較零和接地比較器比較,兩個(gè)比較器的輸出觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器, 得到時(shí)間間隔為T(mén)的門(mén)控信號(hào)，由計(jì)數(shù)器通過(guò)對(duì)門(mén)控時(shí)間

12、間隔內(nèi)的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn) 行脈沖計(jì)數(shù)，即可測(cè)得時(shí)間T即T=NTO ,其中TO為時(shí)鐘信號(hào)周期，N為計(jì)數(shù)值，Ux=Kt0N,o k為斜坡電壓的斜率，k=-Ur/RC積分式DVM）雙積分式DVM:其特點(diǎn)是一次測(cè)量中同一積分器先后兩次進(jìn)行枳分，首先對(duì)Ux 進(jìn)行定時(shí)積分，然后對(duì)參考電壓進(jìn)行Ur進(jìn)行定值積分，通過(guò)兩次積分過(guò)程進(jìn)行 比較，將Ux變換成為與之成正比的時(shí)間間隔）三斜積分式DVM:在雙斜積分式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高分辨力而設(shè)計(jì).逐漸逼近式的組成，數(shù)字量由哪個(gè)原件輸出組成：由比較器，D/A轉(zhuǎn)換器，透次逼近移位寄存器，數(shù)字輸出由移位寄存器輸出。. AD的轉(zhuǎn)換值時(shí)間決定轉(zhuǎn)換時(shí)間.與積分式比較逐漸逼近式：轉(zhuǎn)換速度快

13、，轉(zhuǎn)換精度高,抗干擾能力弱積分式：轉(zhuǎn)換速度慢，抗干擾能力高，精度高。.兩次積分的特點(diǎn)其特點(diǎn)是一次測(cè)量過(guò)程中用同一積分器先后進(jìn)行兩次積分。雙斜式DVM具有抗干擾能力強(qiáng)，用較少的精密元件可以達(dá)到較高的指標(biāo).三斜積分和雙斜積分的有點(diǎn)雙斜式DVM具有抗干擾能力強(qiáng)，用較少的精密元件可以達(dá)到較高的指標(biāo)三斜式積分是在雙斜式積分基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高DVM的分辨力，采用三斜式，可大大降低對(duì)比較器的要求，并提高DVM的分辨力.位數(shù)和最大顯示的轉(zhuǎn)換DVM的位數(shù)分為完整顯示位和非完整顯示位，如4位完整顯示位為9999 ,四位半為 19999。.分辨力的計(jì)算指能夠分辨最小電壓變化的能力通常用每個(gè)字對(duì)應(yīng)的電壓值表示。例如3又

14、1/2位DVM，在200mv量程上，可測(cè)最大輸入電壓為199.9mv，即諭入電壓變化為0.1mv.數(shù)字電壓表誤差由兩部分組成，讀數(shù)誤差和滿刻度誤差. DVM的抗干擾能力DVM的測(cè)量準(zhǔn)確度遠(yuǎn)高于模擬電壓表，所以對(duì)于干擾要求很高。一般測(cè)量電壓時(shí)存在兩種基本干擾，即串模干擾和共模干擾.傳模抑制比和共模抑制比串模抑制比表示DVM對(duì)串模干擾的抑制能力 定義為SMRdB=20lg(Usm/b) JUsm表示串模干擾電壓峰值，6表示Usm造成的最大顯示誤差，SMR愈大，表示DVM 的串模干擾能力愈強(qiáng)共模抑制比CMRdB=20lg(Ucm/Usm),Ucm表示共模干擾電壓，Usm表示Ucm轉(zhuǎn) 喚成的串模干擾電

15、壓，對(duì)DVM測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行浮置或多層屏蔽，這是提高CMR行之 有效的方法。.通用示波器的組成，結(jié)合作業(yè)十二題通用示波器的組成：由示波管，垂直通道和水平通道三部分蛆成，此外還包括電源.示波管(CRT)的組成示波管主要由1)電子槍：作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：由兩對(duì)互相垂直的平行金屬板組成，采用靜電偏轉(zhuǎn)原理，即偏轉(zhuǎn)板 在外加電壓的作用下使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)3)熒光屏：將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)，他是示波管的波形顯示部分.波形顯不原理示波器顯示圖形或波形原理是基于電子與電場(chǎng)之間的互相作用原理.多波形顯不在需要觀察幾個(gè)信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)多線示波和多蹤示波）多級(jí)示波:利用多槍電子管實(shí)現(xiàn)，即在示

16、波管中有蔭個(gè)獨(dú)立的電子槍產(chǎn)生電子， 每束電子都配備獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，僅共用熒光屏。）多蹤示波:與普通示波器類似，在單線示波器的基礎(chǔ)上加電子開(kāi)關(guān)而形成，電子 開(kāi)關(guān)分時(shí)復(fù)用原理，把多個(gè)垂直通道的信號(hào)輪流接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，最終實(shí)現(xiàn)多 個(gè)示波器同時(shí)顯示。.交替和連續(xù)交替：第一次掃描接通丫1通道，第二次接通Y2通道，交替顯示兩個(gè)通道的輸入信 號(hào)，交替方式適合觀察高頻信號(hào)斷續(xù)：在一個(gè)掃描周期內(nèi)，高速的輪流接通兩個(gè)輸入信號(hào)，被測(cè)波形由許多線段時(shí) 序的顯示出來(lái)。其適用于觀察頻率較低的情況。.取樣技術(shù)，x板和y板的波形，取樣示波器適合觀察信號(hào)取樣技術(shù)：取樣示波器的帶寬，取樣密度，等效掃速，其適用于觀察高頻信號(hào).側(cè)電

17、壓和測(cè)時(shí)間（要求會(huì)計(jì)算）直流：Udc=hDy.kh為直流信號(hào)線偏離水平高度線。Dy為垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)，k為代數(shù) 衰減系數(shù)的探頭一般為1或10/交流:Upp=h Dy k時(shí)間;T=xDx/k.Dx為示波器時(shí)間因素，x為水平方向距離。K為擴(kuò)展倍數(shù)。.李沙育圖形測(cè)量相位在低頻信號(hào)的相位差測(cè)量中，常采用李沙育圖形法，這種方法是要把比較相位差的兩個(gè)同頻率，同幅度的正弦信號(hào)輸入Y通道和X通道，即可得到一個(gè)橢圓波形，即：A（p = arcsiiiiO/ym） ,A（p = arcsh匹O/xni）,A（p 為兩信號(hào)的相位差，xO,yO 為 橢圓截距的一半；xm,ym為橢圓在X軸和Y軸方向上的最大偏轉(zhuǎn)距離的一半.

18、信號(hào)源的合成技術(shù)?；窘M成：主晶振，緩沖器，調(diào)制級(jí)，輸出級(jí)，指示器，電源性能指標(biāo):1 ）頻率特性：頻率范圍,頻率準(zhǔn)確度，頻率穩(wěn)定度3）諭出特性：物出阻抗，輸出電平，非線性失真系數(shù)4）調(diào)制特性.頻率合成技術(shù)）直接頻率合成法：a.模擬直接合成法。B數(shù)字直接合成法2）間接頻率合成法：基于鎖相環(huán)的原理，利用鎖相環(huán)吧壓控振蕩器的輸出頻率鎖 定在基準(zhǔn)頻率上，鎖相環(huán)可以看作為中心頻率能自動(dòng)跟蹤輸入基準(zhǔn)頻率的窄帶 濾波器.鎖相環(huán)屬于哪一種合成技術(shù)鎖相環(huán)屬于間接合成法，鎖相環(huán)是一個(gè)相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，該環(huán)路由鑒相器 （PD）,環(huán)路渡波器（LPF ）,和壓控振蕩器（VC。）以及基準(zhǔn)晶振等部分組成。）鑒相器:一個(gè)相位比較電路，用于檢測(cè)輸入信號(hào)Ui與反饋信號(hào)Uo之間的相位 差，其輸出為誤差電壓Ud2）環(huán)路濾波器：實(shí)際為一個(gè)低通濾波器，用