電子測(cè)量期末考試復(fù)習(xí)參考資料

1、西華師范大學(xué)第 PAGE 16 頁(yè) 共 NUMPAGES 16 頁(yè)第一章測(cè)量的基本原理1.1.2測(cè)量的定義狹義定義：測(cè)量是為了確定被測(cè)量的量值而進(jìn)行的一組操作；廣義定義：測(cè)量是為了獲取被測(cè)對(duì)象的信息而進(jìn)行的實(shí)踐過(guò)程。1.1.3測(cè)量的組成測(cè)量的組成包括測(cè)量的基本要素、測(cè)量過(guò)程、被測(cè)對(duì)象、測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)、測(cè)量的主體、測(cè)量技術(shù)和測(cè)量環(huán)境。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。1.2.1計(jì)量的定義和意義計(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(lèi)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)量的三

2、個(gè)主要特征：統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量的意義：計(jì)量是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)；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，有著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督的作用；計(jì)量的出現(xiàn)是測(cè)量發(fā)展的客觀需要，測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，需要計(jì)量予以保證，計(jì)量是測(cè)量的基礎(chǔ)和依據(jù)；測(cè)量又是計(jì)量聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用的重要途徑，計(jì)量和測(cè)量相互配合，才能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮重要作用。1.4.3感知的基本原理信息感知，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，如圖所示。1.4.4信息的識(shí)別的基本原理識(shí)別，是把感知的語(yǔ)法信息轉(zhuǎn)換成人們能夠理解的語(yǔ)義信息，其基本原理是形式特征的比較。識(shí)別的

3、原則是：相似而認(rèn)同，相異而拒斥。1.5測(cè)量的量值比較原理間接比較法比例變換的原理，把被測(cè)的未知量經(jīng)過(guò)一系列的變換后，最后變換成人能直接感知的一種量值表示形式。其過(guò)程分為三種類(lèi)型的子變換：非電量到電量的變換、電量到電量的變換和電量到非電量的變換。間接比較方法：校準(zhǔn)，包括測(cè)零點(diǎn)值和測(cè)標(biāo)準(zhǔn)量；測(cè)量，測(cè)未知量。1.5.3減少誤差的復(fù)合式比較法 微差法；替代法；對(duì)照法。1.6.2比較的基本概念和基本類(lèi)型比較的基本概念：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)。比較的基本類(lèi)型：標(biāo)量比較、矢量比較、差值比較、比值比較和量化比較。1.6.3電子測(cè)量中的處理

4、技術(shù)基本模擬運(yùn)算，數(shù)字計(jì)算與數(shù)字信號(hào)處理1.6.4指示式電表 用指針的偏轉(zhuǎn)來(lái)表示電量的儀表指示式電工儀表的分類(lèi)按工作原理分類(lèi)，可分為動(dòng)圈式、動(dòng)鐵式、電動(dòng)式、熱電式、靜電式、整流式和感應(yīng)式等；按準(zhǔn)確度等級(jí)分類(lèi)，可分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0，共7級(jí)；按用途分類(lèi)，可分為電流表、電壓表、功率表、電能表、功率因數(shù)表、頻率表、相位表、兆歐表、電容表等。分度盤(pán)及標(biāo)記符，表盤(pán)上通常標(biāo)記了如下信息：測(cè)量的單位、應(yīng)用電路的圖示符號(hào)、儀表放置方法的符號(hào)、工作原理、等級(jí)、分度與額定值、制造廠商、儀表編號(hào)等。指示式儀表的結(jié)構(gòu)原理指示式電工儀表由以下各部分構(gòu)成：使指針偏轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置、利用彈

5、簧力的控制裝置、抑制指針擺動(dòng)的阻尼裝置、指示指針偏轉(zhuǎn)的讀取裝置等。在指示式電工儀表中，動(dòng)圈式儀表的精度及靈敏度最高、結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)如上圖右邊所示。第二章測(cè)量方法與測(cè)量系統(tǒng)2.2.2連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)的分類(lèi)信號(hào)按照自變量t（多表示時(shí)間，也可以是空間等參數(shù)）的取值是否連續(xù)，可分為連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)兩大類(lèi)。每大類(lèi)再根據(jù)函數(shù)值取值是否連續(xù)，又可分成兩類(lèi)，因此總共可分成四種類(lèi)型，分別稱(chēng)為模擬信號(hào)、量化信號(hào)、采樣信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，如下表：2.2.4線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)中的系統(tǒng)，包括被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)，可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。線性時(shí)不變系統(tǒng)的兩個(gè)基本條件，一是服從疊加原理；二是時(shí)不

6、變系統(tǒng)的響應(yīng)與輸入信號(hào)的時(shí)延無(wú)關(guān)。滿足線性時(shí)不變系統(tǒng)的兩個(gè)基本條件時(shí)，對(duì)任意輸入的響應(yīng)都可用傅里葉變換表示，輸出信號(hào)y(t)的頻譜函數(shù)Y()為上式中，K()為被測(cè)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)；X()為輸入信號(hào)x(t)的傅氏變換，即X()又稱(chēng)為輸入信號(hào)x(t)的頻率分布函數(shù)或幅度頻譜函數(shù)。2.3測(cè)量方法的分類(lèi)根據(jù)被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)，測(cè)量方法可分為直接測(cè)量與間接測(cè)量；有源量測(cè)量與無(wú)源量測(cè)量；集中式與分布式的多路測(cè)量；頻域、時(shí)域、數(shù)域及隨機(jī)域測(cè)量；靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)測(cè)量。從方法論的角度來(lái)分類(lèi)，測(cè)量技術(shù)可分為直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量三種類(lèi)型。直接測(cè)量，是指用已標(biāo)定的儀器，直接地測(cè)量出某一待測(cè)未知量的量值的方法。間接測(cè)

7、量，對(duì)與未知待測(cè)量y有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量x（或n個(gè)變量）進(jìn)行直接測(cè)量，然后再通過(guò)函數(shù)，計(jì)算出待測(cè)量y。2.3.2有源量測(cè)量與無(wú)源量測(cè)量被測(cè)對(duì)象可按有源量或無(wú)源量劃分分為兩大類(lèi)，有源量測(cè)量和無(wú)源量測(cè)量。有源量測(cè)量，可把被測(cè)的有源量作為一個(gè)未知的信號(hào)，去激勵(lì)一個(gè)功能已明確定義、性能已預(yù)先知道的系統(tǒng)（測(cè)量系統(tǒng)），通過(guò)系統(tǒng)的響應(yīng)求得被測(cè)參量的量值，又叫信號(hào)的測(cè)量。無(wú)源量測(cè)量，要用已知的有源信號(hào)（測(cè)量用信號(hào)源）去激勵(lì)無(wú)源的被測(cè)系統(tǒng)，然后從被測(cè)系統(tǒng)輸出端得到包含被測(cè)系統(tǒng)特性的響應(yīng)，此時(shí)無(wú)源量實(shí)際上已經(jīng)轉(zhuǎn)換為有源量，再按照有源量的測(cè)量方法對(duì)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。2.3.4頻域測(cè)量技術(shù)、時(shí)域測(cè)量技術(shù)和數(shù)字測(cè)量技術(shù)

8、在頻域測(cè)量中最典型的測(cè)試信號(hào)是正弦波信號(hào)；在時(shí)域測(cè)量中，因研究瞬態(tài)現(xiàn)象，經(jīng)常遇到脈沖波的測(cè)試信號(hào)；在隨機(jī)測(cè)量技術(shù)中，常用噪聲作為隨機(jī)信號(hào)源進(jìn)行測(cè)量；在數(shù)字測(cè)量技術(shù)中，常對(duì)二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。頻域測(cè)量技術(shù)頻域測(cè)量是以獲取被測(cè)信號(hào)和被測(cè)系統(tǒng)在頻率領(lǐng)域的幅度特性和相位特性為目的，采用測(cè)量被測(cè)對(duì)象的復(fù)數(shù)頻率特性（包括幅度-頻率特性和相位-頻率特性）的方法，以得到信號(hào)的頻譜和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。在頻域測(cè)量中，正弦測(cè)量是一種穩(wěn)態(tài)測(cè)量。而正弦測(cè)量有兩種基本方法：正弦波點(diǎn)頻法，在測(cè)量的頻段內(nèi)按預(yù)定的頻率間隔逐點(diǎn)地改變測(cè)量信號(hào)頻率，即輸出一個(gè)固定頻率，并在這個(gè)頻點(diǎn)上完成一次測(cè)量，然后再改變成下一個(gè)頻率，在新的

9、頻點(diǎn)再進(jìn)行一次測(cè)量，這樣逐點(diǎn)地測(cè)得數(shù)據(jù)，直到完成指定頻段內(nèi)的測(cè)量；正弦波掃頻法，在測(cè)量頻段內(nèi)，使測(cè)量的正弦信號(hào)的頻率隨時(shí)間按一定規(guī)律掃動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率自動(dòng)掃描。掃頻法具有簡(jiǎn)捷、直觀、快速、自動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，在頻域測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。時(shí)域測(cè)量技術(shù)時(shí)域測(cè)量是以獲取被測(cè)信號(hào)和系統(tǒng)在時(shí)間領(lǐng)域的特性為目的，采用測(cè)量被測(cè)對(duì)象的幅度-時(shí)間特性的方法，以得到信號(hào)波形和系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。在時(shí)域測(cè)量中,信號(hào)波形的采集和分析、系統(tǒng)瞬態(tài)特性的測(cè)量和分析是最根本的任務(wù),常用的測(cè)試信號(hào)和待測(cè)信號(hào)是脈沖、方波及階躍信號(hào)。時(shí)域測(cè)量技術(shù)是研究信號(hào)隨時(shí)間變化和分析一個(gè)系統(tǒng)的瞬態(tài)過(guò)程的重要手段。數(shù)字測(cè)量技術(shù)數(shù)字測(cè)量技術(shù)又稱(chēng)數(shù)據(jù)域測(cè)量技

10、術(shù)，它是一門(mén)研究對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行高效故障尋跡的科學(xué)。其激勵(lì)信號(hào)是二進(jìn)制碼的數(shù)字信號(hào)。而數(shù)據(jù)域測(cè)量的目標(biāo)有兩個(gè)：確定系統(tǒng)中是否存在故障，稱(chēng)為合格/失效測(cè)試，或稱(chēng)故障診斷；確定故障的位置，稱(chēng)為故障定位。對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的基本方法是：在輸入端加激勵(lì)信號(hào)，觀察由此產(chǎn)生的輸出響應(yīng)，并與預(yù)期的正確結(jié)果進(jìn)行比較，一致則表示系統(tǒng)正常；不一致則表示系統(tǒng)有故障。一般有窮舉測(cè)量法、結(jié)構(gòu)測(cè)量法、功能測(cè)量法和隨機(jī)測(cè)量法。2.5.2測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)中一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的參數(shù)一階系統(tǒng)的特性參數(shù)是時(shí)間常數(shù)，二階系統(tǒng)的特性參數(shù)是固有角頻率與阻尼比。第三章測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理3.2.2系統(tǒng)誤差的判別方法不變的系統(tǒng)誤差 校準(zhǔn)、

11、修正和實(shí)驗(yàn)對(duì)比。變化的系統(tǒng)誤差 殘差觀察法，是將所測(cè)得的數(shù)據(jù)及其殘差按測(cè)得的先后次序列表或作圖，觀察各數(shù)據(jù)的殘差值的大小和符號(hào)變化情況，從而判斷是否存在系統(tǒng)誤差及其規(guī)律。適用于系統(tǒng)誤差比隨機(jī)誤差大的情況。馬利科夫判據(jù)，是判別有無(wú)累進(jìn)性系統(tǒng)誤差的常用方法。把n個(gè)等精度測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的殘差按測(cè)量先后順序排列，把殘差分成兩部分求和，再求其差值D。測(cè)量次數(shù)n有可能是偶數(shù)，也有可能是奇數(shù)。若有累進(jìn)性系統(tǒng)誤差，D值應(yīng)明顯異于零。當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，阿貝-赫梅特判據(jù)，通常用來(lái)檢驗(yàn)周期性系統(tǒng)誤差的存在。把測(cè)量數(shù)據(jù)按測(cè)量順序排列，將對(duì)應(yīng)的殘差兩兩相乘，然后求其和的絕對(duì)值，再與實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方差相比較，若下面式子

12、成立，則可認(rèn)為測(cè)量中存在周期性系統(tǒng)誤差。3.2.3粗大誤差及其判斷準(zhǔn)則在無(wú)系統(tǒng)誤差的情況下，測(cè)量中大誤差出現(xiàn)的概率是很小的。對(duì)于誤差絕對(duì)值較大的測(cè)量數(shù)據(jù)，就可列為可疑數(shù)據(jù)，同時(shí)分析可疑數(shù)據(jù)是否是粗大誤差，若是粗大誤差，則應(yīng)將其對(duì)應(yīng)的測(cè)量值剔除。粗大誤差產(chǎn)生原因以及防止與消除的方法 粗大誤差的產(chǎn)生原因 測(cè)量人員的主觀原因：操作失誤或錯(cuò)誤記錄； 客觀外界條件的原因：測(cè)量條件意外改變、受較大的電磁干擾，或測(cè)量?jī)x器偶然失效等。防止及消除粗大誤差的方法采取各種措施，其中包括加強(qiáng)測(cè)量者的工作責(zé)任心態(tài)度、保證測(cè)量條件的穩(wěn)定或者應(yīng)避免在外界條件激烈變化時(shí)進(jìn)行測(cè)量、在等精度的條件下增加測(cè)量次數(shù)或采用不等精度測(cè)量

13、和互相之間進(jìn)行校核的方法，防止產(chǎn)生粗大誤差。粗大誤差的判別準(zhǔn)則根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來(lái)判別可疑數(shù)據(jù)是否是粗大誤差，其基本思想是：給定一置信概率，確定相應(yīng)的置信區(qū)間，凡超過(guò)置信區(qū)間的誤差就可稱(chēng)為粗大誤差，并予以剔除。常用的方法有：萊特檢驗(yàn)法 假設(shè)在一列等精度測(cè)量結(jié)果中，為各測(cè)量值對(duì)應(yīng)殘差，s為標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值，若式子成立，則該誤差為粗大誤差，所對(duì)應(yīng)的測(cè)量值為異常數(shù)據(jù)，應(yīng)剔除不用。格拉布斯檢驗(yàn)法 假設(shè)在一列等精度測(cè)量結(jié)果(i=1,2,，n)中， 、分別為最小測(cè)量值和最大測(cè)量值，s為標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值，最大殘差,若式子成立，則判斷對(duì)應(yīng)測(cè)量值為粗大誤差，應(yīng)予剔除。肖維勒準(zhǔn)則、狄克遜準(zhǔn)則、羅曼諾夫斯基準(zhǔn)則等。第

14、四章時(shí)間與頻率的測(cè)量4.5.1電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差的來(lái)源量化誤差 所謂量化誤差就是指在進(jìn)行頻率的數(shù)字化測(cè)量時(shí)，被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)單位不是正好為整數(shù)倍，再加之閘門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間和被測(cè)信號(hào)不同步（隨機(jī)的），因此在量化過(guò)程中有一部分時(shí)間零頭沒(méi)有被計(jì)算在內(nèi)，使電子計(jì)數(shù)器出現(xiàn)1誤差。觸發(fā)誤差 所謂觸發(fā)誤差就是指在門(mén)控脈沖受到干擾時(shí)，由于干擾信號(hào)的作用使觸發(fā)提前或滯后所帶來(lái)的誤差。標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 所謂標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差是指由于電子計(jì)數(shù)器采用的頻率基準(zhǔn)受外界或自身結(jié)構(gòu)性能等因素的影響產(chǎn)生漂移而給測(cè)量結(jié)果引入的誤差。4.5.3多周期同步法在周期測(cè)量時(shí)，為了減少量化誤差和觸發(fā)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，可采用多周期同步測(cè)量的方法

15、來(lái)提高測(cè)量精度。4.6.2模擬內(nèi)插法為減小量化誤差，需減小時(shí)標(biāo)以增大計(jì)數(shù)值，但時(shí)標(biāo)的減小受時(shí)基電路和計(jì)數(shù)器最高工作頻率限制，而計(jì)數(shù)器也有最大計(jì)數(shù)容量的限制（最大計(jì)數(shù)值）。內(nèi)插法對(duì)已存在的量化誤差，測(cè)量出量化單位以下的尾數(shù)(零頭時(shí)間)。模擬內(nèi)插法原理由于T1和T2均很?。ㄐ∮跁r(shí)標(biāo)），采用普通的“時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法”難以實(shí)現(xiàn)（需要非常小的時(shí)標(biāo)）。其實(shí)現(xiàn)的基本思路是：對(duì)T1和T2作時(shí)間擴(kuò)展（放大）后測(cè)量。三次測(cè)量若T1、T2均擴(kuò)展k倍，采用同一個(gè)時(shí)標(biāo)（設(shè)為），分別測(cè)量T0、kT1、kT2，設(shè)計(jì)數(shù)值分別為：N0、N1、N2，則意義：上式由于 不存在量化誤差，總量化誤差由(N1-N2)引起，降低了k倍。相當(dāng)于用

16、 時(shí)標(biāo)的普通時(shí)間測(cè)量。4.9.2調(diào)制域測(cè)量原理調(diào)制域測(cè)量的根本目的是顯示出頻率隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特性。因此如何獲得某一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的頻率值（瞬時(shí)頻率值）是調(diào)制域測(cè)量的最基本的一個(gè)任務(wù)。瞬時(shí)頻率測(cè)量原理所謂的瞬時(shí)頻率也不是嚴(yán)格地處在某一個(gè)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的頻率值，而是一個(gè)相對(duì)較短的時(shí)間段里的平均頻率。瞬時(shí)頻率的概念信號(hào)頻率隨時(shí)間的變化，可將頻率量視為時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)，用f(t)表示。f(t)也代表了時(shí)間t時(shí)的瞬時(shí)頻率。平均頻率實(shí)際上，由于測(cè)量上的困難，瞬時(shí)頻率只是一種理論上的概念。因?yàn)樗袦y(cè)量都需要一定的采樣時(shí)間（閘門(mén)時(shí)間），測(cè)量結(jié)果則為該采樣時(shí)間內(nèi)的平均頻率。用平均頻率逼近瞬時(shí)頻率在時(shí)間軸上以某個(gè)時(shí)刻t

17、0為起始點(diǎn)，連續(xù)地對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣，則各采樣計(jì)數(shù)值Mi與相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)ti相對(duì)應(yīng)，則可得到采樣時(shí)間內(nèi)的平均頻率值。無(wú)間歇計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙計(jì)數(shù)器通用計(jì)數(shù)器的頻率測(cè)量，其前后兩次閘門(mén)之間必然存在一段間隙時(shí)間（顯示、存儲(chǔ)、下一次測(cè)量準(zhǔn)備），使有用信息被丟失，導(dǎo)致時(shí)間軸上的不連續(xù)性。為此，就要使用無(wú)間隙計(jì)數(shù)器方案。實(shí)現(xiàn)原理使用兩組計(jì)數(shù)器交替工作，每一組都包括時(shí)間計(jì)數(shù)器（對(duì)時(shí)標(biāo)T0）和事件計(jì)數(shù)器。當(dāng)一組計(jì)數(shù)器工作時(shí)，另一組計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示等工作。如此往復(fù)交替，完成時(shí)間軸上無(wú)間隙的測(cè)量。 提高測(cè)量速度與分辨力的方法采用同步和內(nèi)插技術(shù)提高分辨力兩組基本計(jì)數(shù)器均采用雙計(jì)數(shù)器(事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器)且閘門(mén)

18、由輸入信號(hào)同步，同時(shí)采用內(nèi)插技術(shù)進(jìn)一步提高分辨力。最小采樣時(shí)間兩組計(jì)數(shù)器交替計(jì)數(shù)，即當(dāng)一組計(jì)數(shù)器在采樣計(jì)數(shù)時(shí)，另一組基本計(jì)數(shù)器正在進(jìn)行內(nèi)插、讀數(shù)、清零等操作。采用流水作業(yè)法提高測(cè)量速度流水作業(yè)法：即用幾套相同的硬件順序、連貫地工作，從而提高整體的采樣速率。調(diào)制域分析的應(yīng)用典型應(yīng)用調(diào)制參數(shù)的測(cè)試頻率調(diào)制是通信系統(tǒng)所用的很多調(diào)制電路的基礎(chǔ)。通過(guò)調(diào)制域分析，可立即顯示調(diào)制波形，提供載波頻率、峰-峰值頻偏、調(diào)制率等關(guān)鍵參數(shù)。第五章電壓測(cè)量5.3.1波峰因數(shù)和波形因數(shù)波峰因數(shù)的定義為峰值與有效值的比值，用Kp表示Kp=Up/U=峰值/有效值 對(duì)于理想的正弦波交流電壓u(t)=Vpsin(t)，若=2/T

19、，則波形因數(shù)的定義為有效值與平均值的比值，用KF表示，對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)=Vpsin(t)，若=2/T，則5.4.1數(shù)字電壓表的組成原理及主要性能指標(biāo)數(shù)字電表的組成數(shù)字電壓表（Digital Voltage Meter,簡(jiǎn)稱(chēng)DVM）的組成框圖如圖所示，它包括模擬和數(shù)字兩部分。模擬部分由輸入電路和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，數(shù)字部分則是數(shù)字顯示器、邏輯控制電路和時(shí)鐘發(fā)生器組成。其核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter，簡(jiǎn)稱(chēng)ADC），A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬電壓到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，其結(jié)果直接用數(shù)字顯示。5.4.2 A/D轉(zhuǎn)換原理逐次逼近比較式ADC逐次逼近比較式AD

20、C的基本原理是將被測(cè)電壓Ux和一可變的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行逐次比較，最終逼近被測(cè)電壓。即采用一種“對(duì)分搜索”的策略，逐步縮小Ux未知范圍的辦法。雙積分式ADC雙積分式ADC的基本原理是通過(guò)兩次積分過(guò)程，即“對(duì)被測(cè)電壓的定時(shí)積分和對(duì)參考電壓的定值積分”的比較，得到被測(cè)電壓值。它包括積分器、過(guò)零比較器、計(jì)數(shù)器及邏輯控制電路。5.7.2串模干擾的抑制串模干擾抑制原理及基本方法直流串模干擾：由于串模干擾是疊加在被測(cè)信號(hào)上，則很難從硬件上予以抑制，通?？刹捎密浖?zhǔn)和數(shù)據(jù)處理的方法來(lái)處理。周期性串模干擾：可采用濾波的方法抑制（從被測(cè)信號(hào)中濾除掉干擾信號(hào)）。另外，采用積分式A/D轉(zhuǎn)換器的DVM，由于積分對(duì)輸入信號(hào)

21、的平均作用，因此，具有較好的抑制干擾的作用。尖峰脈沖的干擾：由于干擾強(qiáng)度大持續(xù)時(shí)間短，一般首先應(yīng)在信號(hào)輸入端加入限幅，再采用模擬硬件濾波器或軟件數(shù)字濾波。5.7.3共模干擾的抑制共模干擾的抑制原理及基本方法抑制共模干擾的基本原理是減小兩路環(huán)路電流，或者使共模干擾對(duì)H、L端的影響能互相削弱或抵消。第六章阻抗測(cè)量6.3.2電橋法交流電橋的平衡條件用指數(shù)形式表示 上式必須同時(shí)滿足 6.3.4 Q值測(cè)量Q表組成原理Q表是根據(jù)諧振原理制成的，又稱(chēng)為品質(zhì)因數(shù)測(cè)量?jī)x。它能測(cè)量高頻狀態(tài)下的電感量、損耗因數(shù)、品質(zhì)因數(shù)等。它由高頻振蕩器、測(cè)量電路和輸入、輸出指示器等組成。高頻振蕩器常采用多頻段式，其頻率范圍視Q表

22、的工作頻率范圍而定。第七章信號(hào)波形測(cè)量7.2.1 CRT目前示波器的顯示器有陰極射線管（CRT）和平板顯示器（LCD）兩大類(lèi)。CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。其工作原理是：由電子槍產(chǎn)生的高速電子束轟擊熒光屏的相應(yīng)部位產(chǎn)生熒光，而偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)則能使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而改變熒光屏上光點(diǎn)的位置。電子槍電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽(yáng)極A1、A2組成。 通過(guò)調(diào)節(jié)G1對(duì)K的負(fù)電位可控制電子束的強(qiáng)弱，從而調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度，即進(jìn)行“輝度”控制。 調(diào)節(jié)A1的電位器稱(chēng)為“聚焦”旋鈕，通過(guò)對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位；調(diào)節(jié)A2電位

23、的旋鈕稱(chēng)為“輔助聚焦”。 電子束聚焦的原理是，電子從陰極K發(fā)射，經(jīng)G1、G2、A1、A2聚焦和加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。電子在電子槍中的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖所示。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成，分別稱(chēng)為垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板 。當(dāng)有外加電壓作用時(shí)，偏轉(zhuǎn)板之間形成電場(chǎng)；在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置。為了示波器有較高的測(cè)量靈敏度，Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右邊。 電子束在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比： l為偏轉(zhuǎn)板的長(zhǎng)度；S為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離；b為偏轉(zhuǎn)板間距；Va為陽(yáng)極A2上的電壓。 示波管的Y軸

24、偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/V）：其倒數(shù)為示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。偏轉(zhuǎn)靈敏度越大，示波管越靈敏。為提高Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，可在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個(gè)后加速陽(yáng)極A3。熒光屏熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，是示波管的波形顯示部分 。在使用示波器時(shí)，應(yīng)避免電子束長(zhǎng)時(shí)間的停留在熒光屏的一個(gè)位置，否則將使熒光屏受損。因此在示波器開(kāi)啟后不使用的時(shí)間內(nèi)，可將“輝度”調(diào)暗。當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點(diǎn)仍能保持一定的時(shí)間，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“余輝效應(yīng)”。7.2.2 波形顯示的基本原理連續(xù)掃描掃描電壓是連續(xù)的，即掃描正程緊跟著回程，回程結(jié)束又開(kāi)始新的正程，掃描是不間斷的，這種掃描方式稱(chēng)為連續(xù)掃描。當(dāng)欲觀測(cè)脈沖信號(hào)，尤其是占空比很小

25、的脈沖時(shí)，采用連續(xù)掃描存在一些問(wèn)題：選擇掃描周期等于脈沖重復(fù)周期時(shí)，難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié)。選擇掃描周期等于脈沖底寬時(shí)，觀測(cè)者不易觀察波形，而且掃描的同步很難實(shí)現(xiàn)。觸發(fā)掃描由被測(cè)信號(hào)激發(fā)掃描發(fā)生器的間斷的工作方式稱(chēng)為“觸發(fā)掃描”方式。觸發(fā)掃描時(shí)，使掃描脈沖只在被測(cè)脈沖到來(lái)時(shí)才掃描一次；沒(méi)有被測(cè)脈沖時(shí)，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。7.3.5 示波器的多波形顯示多線示波 利用多槍電子管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 測(cè)試時(shí)各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消除，可獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。 多蹤示波 在單線示波的基礎(chǔ)上增加了電子開(kāi)關(guān)，利用分時(shí)復(fù)用的原理，分別把多個(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)波形

26、的同時(shí)顯示。 7.4.1取樣概述取樣的基本概念取樣就是從被測(cè)波形上取得樣點(diǎn)的過(guò)程。取樣分為實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣兩種。從一個(gè)信號(hào)波形中取得所有取樣點(diǎn)，來(lái)表示一個(gè)信號(hào)波形的方法稱(chēng)為實(shí)時(shí)取樣；從被測(cè)信號(hào)的許多相鄰波形上取得樣點(diǎn)的方法稱(chēng)為非實(shí)時(shí)取樣，或稱(chēng)為等效取樣。7.5.2數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理當(dāng)處于存儲(chǔ)工作模式時(shí)，其工作過(guò)程一般分為存儲(chǔ)和顯示兩個(gè)階段。在存儲(chǔ)工作階段，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號(hào)，在邏輯控制電路的控制下依次寫(xiě)入到RAM中。在顯示工作階段，將數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板。同時(shí)，CPU的讀地址計(jì)數(shù)脈沖加至D/A轉(zhuǎn)換器，得到一個(gè)

27、階梯波掃描電壓，驅(qū)動(dòng)CRT的X偏轉(zhuǎn)板。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作方式 （1）數(shù)字存儲(chǔ)器的功能 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM包括信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、參考波形存儲(chǔ)器、測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和顯示緩沖存儲(chǔ)器四種。 （2）觸發(fā)工作方式 1）常態(tài)觸發(fā) 同模擬示波器基本一樣；2）預(yù)置觸發(fā) 可觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)前后不同段落上的波形。（3）測(cè)量與計(jì)算工作方式 數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)波形參數(shù)的測(cè)量分為自動(dòng)測(cè)量和手動(dòng)測(cè)量?jī)煞N。一般參數(shù)的測(cè)量為自動(dòng)測(cè)量，特殊值的測(cè)量使用手動(dòng)光標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。（4）面板按鍵操作方式 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的面板按鍵分為立即執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式 （1）存儲(chǔ)顯示 適于一般信號(hào)的觀測(cè)；（2）抹跡顯示 適于觀測(cè)一長(zhǎng)串波

28、形中在一定條件下才會(huì)發(fā)生的瞬態(tài)信號(hào)；（3）卷動(dòng)顯示 適于觀測(cè)緩變信號(hào)中隨機(jī)出現(xiàn)的突發(fā)信號(hào)；（4）放大顯示 適于觀測(cè)信號(hào)波形細(xì)節(jié)；（5）XY顯示；（6）顯示的內(nèi)插 插入技術(shù)可以解決點(diǎn)顯示中視覺(jué)錯(cuò)誤的問(wèn)題，主要有線性插入和曲線插入兩種方式。數(shù)字存儲(chǔ)示波器的特點(diǎn) 1）波形的采樣/存儲(chǔ)與波形的顯示是獨(dú)立的，因而可以無(wú)閃爍地觀測(cè)極慢變化信號(hào) ；對(duì)于觀測(cè)極快信號(hào)來(lái)說(shuō)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器可采用低速顯示。2）能長(zhǎng)時(shí)間地保存信號(hào)，便于觀察單次出現(xiàn)的瞬變信號(hào)。 3）先進(jìn)的觸發(fā)功能，不僅能顯示觸發(fā)后的信號(hào)，而且能顯示觸發(fā)前的信號(hào)。 4）測(cè)量準(zhǔn)確度高，采用了晶振和高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器。 5）很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，內(nèi)含微處理

29、器，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種波形參數(shù)的測(cè)量與顯示；還具有自檢與自校等多種自動(dòng)操作功能。 6）外部數(shù)據(jù)通信接口，可以很方便地將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)或其他的外部設(shè)備，進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算和分析處理。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）最高取樣速率 指單位時(shí)間內(nèi)取樣的次數(shù)，用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來(lái)衡量。 實(shí)時(shí)取樣速率，N為每格的取樣數(shù)，t/div為掃描一格所用的時(shí)間即掃描時(shí)間因數(shù)。 （2）存儲(chǔ)帶寬(B) 與取樣速率密切相關(guān)。 （3）分辨率 包括垂直分辨率（電壓分辨率）和水平分辨率（時(shí)間分辨率）。 垂直分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對(duì)應(yīng)，常以屏幕每格的分級(jí)數(shù)(級(jí)div)或百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。 水平分辨率由

30、存儲(chǔ)器的容量決定，常以屏幕每格含多少個(gè)取樣點(diǎn)或用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。 （4）存儲(chǔ)容量 由采集存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）的最大存儲(chǔ)容量來(lái)表示。 （5）讀出速度 讀出速度是指將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度，常用(時(shí)間)/div來(lái)表示。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要部件（1）高速A/D轉(zhuǎn)換器 （2）存儲(chǔ)器 可將高速采集的數(shù)據(jù)分路變?yōu)榈退贁?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)以降低對(duì)存儲(chǔ)速度的要求。 （3）控制系統(tǒng) 單處理器系統(tǒng)：僅有一個(gè)CPU，加上在CPLD或FPGA等數(shù)字邏輯的管理下進(jìn)行工作的高速時(shí)鐘電路。多處理器系統(tǒng)：由多個(gè)CPU完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、人機(jī)控制等功能。高速信號(hào)采集技術(shù)（1）CCD器件和A/D相結(jié)合對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行非實(shí)時(shí)取樣后

31、借助CCD進(jìn)行信號(hào)的模擬存儲(chǔ)，然后將CCD中存儲(chǔ)的信號(hào)讀出并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其結(jié)果存入RAM。 （2）掃描交換管和A/D相結(jié)合 將高速信號(hào)存儲(chǔ)在掃描變換管的靶面上，然后通過(guò)電子掃描靶面以圖像信號(hào)輸出的形式取出存儲(chǔ)信號(hào)，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)字化結(jié)果存入存儲(chǔ)器。 （3）等效取樣和A/D相結(jié)合 采用等效取樣的方法將高速信號(hào)變?yōu)榈退傩盘?hào)，對(duì)此低速信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)就可能完成測(cè)量任務(wù)。 （4）多通道組合 將多個(gè)通道的采集能力均用于一個(gè)通道對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集。第八章信號(hào)的產(chǎn)生8.1信號(hào)源概述信號(hào)源的作用和組成作用信號(hào)源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)源的用途主要有以下三方面：

32、 激勵(lì)源 信號(hào)仿真 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成信號(hào)源由主振器、緩沖級(jí)、調(diào)制級(jí)、輸出級(jí)、監(jiān)測(cè)器和電源組成，結(jié)構(gòu)框圖如下所示。主振器：它是信號(hào)源的核心部分，由它產(chǎn)生不同頻率、不同波形的信號(hào)。由于要產(chǎn)生的信號(hào)頻率、波形不同，其原理、結(jié)構(gòu)差異很大。緩沖級(jí)：對(duì)主振器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行放大、整形等。調(diào)制級(jí)：在需要輸出調(diào)制波形時(shí)，對(duì)原始信號(hào)按照調(diào)幅、調(diào)頻等要求進(jìn)行調(diào)制。輸出級(jí)：輸出級(jí)的功能是調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的電平和輸出阻抗，可以由衰減器、匹配變壓器以及射極跟隨器等構(gòu)成。監(jiān)測(cè)器：用來(lái)監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)，可以是電壓表、頻率計(jì)、功率計(jì)等。它給用戶提供了一個(gè)監(jiān)視的參考值。電源：它為信號(hào)發(fā)生器各部分提供直流電源，通常由交流電整流為直流電而得。

33、8.3.1頻率合成的基本概念頻率合成原理頻率合成是由一個(gè)或多個(gè)高穩(wěn)定的基準(zhǔn)頻率（一般由高穩(wěn)定的石英晶振振蕩器產(chǎn)生），通過(guò)基本的代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除），得到一系列所需的頻率。頻率的代數(shù)運(yùn)算是通過(guò)倍頻、分頻及混頻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。分頻實(shí)現(xiàn)頻率的除法，即輸入頻率是輸出頻率的某一整數(shù)倍。倍頻實(shí)現(xiàn)頻率的乘法，即輸出頻率為輸入頻率的整數(shù)倍。頻率的加減則是通過(guò)混頻來(lái)實(shí)現(xiàn)。頻率合成分類(lèi)及特點(diǎn)當(dāng)前主要的頻率合成方式有：直接頻率合成、鎖相式頻率合成（間接式頻率合成）及直接數(shù)字合成（DDS）等方式。直接頻率合成 它是通過(guò)頻率的混頻、倍頻和分頻等方法，由基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生一系列頻率信號(hào)并用窄帶濾波器選出。直接頻率合成優(yōu)點(diǎn)是頻

34、率切換迅速，相位噪聲很低。其缺點(diǎn)是電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大量的混頻器、分頻器及帶通濾波器等，因而體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。鎖相式頻率合成 它是一種間接式的頻率合成技術(shù)，利用鎖相環(huán)（PLL）把壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，這樣通過(guò)不同形式的鎖相環(huán)就可以在一個(gè)基準(zhǔn)頻率的基礎(chǔ)上合成不同的頻率。鎖相環(huán)頻率合成克服了直接式頻率合成的許多缺點(diǎn)，特別是它易于集成化，使得它具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但是它的頻率切換時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。直接數(shù)字合成（DDS）它是基于取樣技術(shù)和數(shù)字計(jì)算技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字合成，產(chǎn)生所需要的正弦信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是能夠解決快捷變和小步進(jìn)之間的矛盾，且集成度高、體積小。但由于D/A等器件的速率限制，其頻率上限較低，雜散也較大。8.3.2鎖相環(huán)（PLL）的基本概念鎖相環(huán)基本工作原理鎖相環(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)路濾波器（