電子測量技術李希文

1、.電子測量的定義狹義測量:測量是為了確定被測量的量值而進行的實驗過程。廣義測量：測量是為了獲取被測量對象的信息而進行的實驗過程.測量的五大要素觀察者；測量對象；測量儀器;測量方法，測量條件.計量的定義計量是利用技術和法制手段實施的一種特殊形式的測量，即吧被測量與國家計量部門作為基準或標準的同類單位量進行比較.計量的三個特征統(tǒng)一性；準確性；法制性.基準能不能參加測量？基準本身并并不一定剛好等于計量單位，一個時期的基準代表著此時人類的認知，隨著發(fā)展，各種基準不斷的發(fā)生變化.電子測量的特點電子測量是泛指以電子技術為基本手段的一種測量技術，它是測量學與電子學互相結(jié)合的產(chǎn)物。其特點：1 ）測量頻率范圍寬

2、。2 ）測量量程寬。3 ）測量準確度高。4 ）測量速度快。5）可以進行遙測。6）易于實現(xiàn)測試智能化和測試自動化。8 ）易于小型化.真值的定義一個量在被觀測時，該量本身所具有的真實大小稱為真值；真值不能通過測量得到。.誤差的表示方法，相對誤差，絕對誤差（會計算，意義）奧對誤差：由測量所得到的被測量x與其真值A0之差；dX=X-AOo H為絕對誤差里對誤差表明了被測量的測量值與被測值的實際值之間的偏離程度與方向相對誤差：絕對誤差與被測量的真值之比Y= （ jx/AO ） *100%為了說明測量的準去程度.分貝誤差分貝誤差是用對數(shù)形式表示的一種相對誤差，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確度為s級，則說明該儀表的最大滿度誤差不超過s% , BP|Ym|3s ,則為粗大誤差。2 ）格拉布斯 檢驗法消除方法：對測量過程進行分析，是否有外界干擾，其次在精度條件下增加測量次 數(shù),或采用不等精度測量和互相之間進行校核方法.測量誤差的合成（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)分不確定度是說明測量結(jié)果可能的分散程度的參數(shù)A類不確定度：用統(tǒng)計的方法得到的不確定度，用符號Ua表示B類不確定度：用非統(tǒng)計的方法得到的不確定度，即根據(jù)資料或者假設的概率分布 優(yōu)計的標準偏

4、差表示的不確定度，用Ub表示兩者僅僅是評定方法不同，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。P59）等準確度分配:指分配給各項的誤差彼此相同，等準確度分配通常用于各項性 質(zhì)相同（量綱相同），大小相近的情況；白=4 = .= /2）等作用分配:指分配各項的誤差在數(shù)值上不一定相等，但他們對于測量誤差總 和的作用或者說對于總和的影響是相同的:跖=篝跖=.=0OXj0X2vXn19.測量數(shù)據(jù)的處理p61通常取到數(shù)據(jù)后還要對數(shù)據(jù)進行計算分析，整理，有時還要把數(shù)據(jù)歸納成一定的表達式或畫成表格，曲線等，

5、也就是進行數(shù)據(jù)處理1）有效數(shù)字的概念：在進行數(shù)據(jù)計算時，遇到一些無理數(shù)，實際計算時只能取近 似值,當用這個數(shù)據(jù)表示一個量時常規(guī)定誤差不能超過末尾數(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)進行舍入處理，規(guī)則如下：小與五舍 去，大于五進位，當?shù)扔谖鍟r，取偶數(shù)，即舍去部分的數(shù)值恰好等于保留末尾 的0.5個單位，當末尾為偶數(shù)時，末位不變，當為奇數(shù)時，末尾加一3）近似運算規(guī)則：當對于幾個測量數(shù)據(jù)進行運算時，要考慮有效數(shù)字保留多少位 的問題，以便不使運算過于麻煩而又能進行反應測量的準確度，保留的位數(shù)取 決于各數(shù)中準確度最差的那一項.不等精度測量，權的概念和等作用P65在測量條件不同的情況下進行測量

6、，則測量結(jié)果的精密度籽不相同，則這樣的測量 稱為不等精度測量權的概念：各測量結(jié)果的可靠程度用一數(shù)值來表示此數(shù)值就稱為該測量結(jié)果的權， 記作W,測量結(jié)果的權可以理解為，當他與另一些測量結(jié)果比較時，對該測量結(jié)果 的依賴程度。Wj =京，。為標準偏差，入為任意常數(shù)，當W等于1時，也可以看成 單位權的方差。加權平均值計算：文=2 WjXi/2”.頻率和時間測量的基準P78人們在進行成千上萬的側(cè)測量物理量時，頻率（時間）測量所能達到的分辨率和準 通度最為準確。.測頻原理P82 電子計數(shù)器測頻原理實際是以比較法為基礎，將被測信號頻率&和已知的時基信號 想必，將相比結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來。三部分組成1 ）時

7、間基準T產(chǎn)生電路：用于提供準確的計數(shù)時間T ,一般由高穩(wěn)定 度的石英晶體振蕩器，分頻整形電路和門控信號組成。2）計數(shù)脈沖形成電路：將被 測信號轉(zhuǎn)換成為可計數(shù)的窄脈沖。3）計數(shù)顯示電路：計數(shù)被測信號在閘門寬度T 時間內(nèi)重復的次數(shù)，顯示被測頻率. N的計算函數(shù)&=N/T.計算正負一誤差P84由于在相同主門開啟時間T計數(shù)器最多多計或少計一個數(shù)，所以稱為量化誤差或1 誤差。誓=、= 白，僅為被測信號頻率，T為閘門時間。增大閘門時間可以減1 wINJ * 1少脈沖誤差.固有誤差的組成，如何減小組成：1 ）計數(shù)器計數(shù)誤差（正負一誤差），2）閘門時間誤差（時急誤差卜3 ）計 數(shù)器測頻的總誤差；減小方法：1

8、）增大閘門時間或者倍頻被測信號頻率，減小正負一誤差3）提高晶振頻率的準確度和穩(wěn)定度以減小閘門時間誤差4）在閘門時間誤差大時，可以采用測周方法進行測量。.觸發(fā)誤差所謂觸發(fā)誤差就是指在門控脈沖在干擾信號的作用下使觸發(fā)提前或滯后所帶來的誤 主。.測周原理P87 由于周期和頻率互為函數(shù)，因此在測頻的原理中對換一下待測信號和時基信號的情 入通道就能完成周期的測量。.中界頻率計算P91定義：對某信號使用測頻法和測周法測量頻率，兩者引起的誤差相等，則該頻率定 義為中界頻率，記作fz。計算：glgTc),.減小正負1誤差的方法P5)平均法：在多次測量取平均值。limo 1甌趨近于02)多周期同步法：一次測量中

9、對多個周期進行測量3)模擬內(nèi)插法：在計數(shù)器頻率或時間測量電路中內(nèi)插一部分模擬時序電路.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P1161)峰遹電壓表：交流電壓經(jīng)過檢波后，再進行放大，然后驅(qū)動直流電壓表。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電壓峰值的 響應，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：被測交流信號經(jīng)過放大后，再檢波，然后驅(qū)動直流電流表。在均 通電壓表中，檢波器對于被測電壓的平均值產(chǎn)生相應，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：在電壓測量技術中，經(jīng)常需要測量非正玄波，尤其是失真正弦 波的有效值.分貝測量一般不直接計算或測量電路某測試點的電壓或者功率，而是計算他們某一電壓或功 率基準之比的對數(shù)分貝功率:兩個功率P1和P2之比取對數(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?shù)?/p>

11、電壓表基礎上設計的，在寬帶放 大器前加入衰減器，用Db表示輸入電平選擇，并可用標準電平振蕩器校準。.電壓數(shù)字化的測量方法數(shù)字電壓表分為兩個部分，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陽分：1 ）逐漸逼近比較式DVM:將被測信號Ux和一可變的已知電壓（基準電壓）進行透 次比較，最終逼近被測電壓。2）單斜式DVM:其A/D變化部分實際是一個典型的習限分式變換器 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)生一個斜坡電壓分別與輸 入信號Ux的比較零和接地比較器比較,兩個比較器的輸出觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器, 得到時間間隔為T的門控信號，由計數(shù)器通過對門控時間

12、間隔內(nèi)的時鐘信號進 行脈沖計數(shù)，即可測得時間T即T=NTO ,其中TO為時鐘信號周期，N為計數(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:其特點是一次測量中同一積分器先后兩次進行枳分，首先對Ux 進行定時積分，然后對參考電壓進行Ur進行定值積分，通過兩次積分過程進行 比較，將Ux變換成為與之成正比的時間間隔）三斜積分式DVM:在雙斜積分式的基礎上進一步提高分辨力而設計.逐漸逼近式的組成，數(shù)字量由哪個原件輸出組成：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)換值時間決定轉(zhuǎn)換時間.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。.兩次積分的特點其特點是一次測量過程中用同一積分器先后進行兩次積分。雙斜式DVM具有抗干擾能力強，用較少的精密元件可以達到較高的指標.三斜積分和雙斜積分的有點雙斜式DVM具有抗干擾能力強，用較少的精密元件可以達到較高的指標三斜式積分是在雙斜式積分基礎上進一步提高DVM的分辨力，采用三斜式，可大大降低對比較器的要求，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。.分辨力的計算指能夠分辨最小電壓變化的能力通常用每個字對應的電壓值表示。例如3又

14、1/2位DVM，在200mv量程上，可測最大輸入電壓為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的測量準確度遠高于模擬電壓表，所以對于干擾要求很高。一般測量電壓時存在兩種基本干擾，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DVM測量系統(tǒng)進行浮置或多層屏蔽，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)射電子并形成很細的高速電子束2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：由兩對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：將電信號轉(zhuǎn)換成為光信號，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之間的互相作用原理.多波形顯不在需要觀察幾個信號時，可以通過多線示波和多蹤示波）多級示波:利用多槍電子管實現(xiàn)，即在示

16、波管中有蔭個獨立的電子槍產(chǎn)生電子， 每束電子都配備獨立的偏轉(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上加電子開關而形成，電子 開關分時復用原理，把多個垂直通道的信號輪流接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，最終實現(xiàn)多 個示波器同時顯示。.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，交替顯示兩個通道的輸入信 號，交替方式適合觀察高頻信號斷續(xù)：在一個掃描周期內(nèi)，高速的輪流接通兩個輸入信號，被測波形由許多線段時 序的顯示出來。其適用于觀察頻率較低的情況。.取樣技術，x板和y板的波形，取樣示波器適合觀察信號取樣技術：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.側(cè)電

17、壓和測時間（要求會計算）直流：Udc=hDy.kh為直流信號線偏離水平高度線。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時間;T=xDx/k.Dx為示波器時間因素，x為水平方向距離。K為擴展倍數(shù)。.李沙育圖形測量相位在低頻信號的相位差測量中，常采用李沙育圖形法，這種方法是要把比較相位差的兩個同頻率，同幅度的正弦信號輸入Y通道和X通道，即可得到一個橢圓波形，即：A（p = arcsiiiiO/ym） ,A（p = arcsh匹O/xni）,A（p 為兩信號的相位差，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、信號源的合成技術?；窘M成：主晶振，緩沖器，調(diào)制級，輸出級，指示器，電源性能指標:1 ）頻率特性：頻率范圍,頻率準確度，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）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 定在基準頻率上，鎖相環(huán)可以看作為中心頻率能自動跟蹤輸入基準頻率的窄帶 濾波器.鎖相環(huán)屬于哪一種合成技術鎖相環(huán)屬于間接合成法，鎖相環(huán)是一個相位環(huán)負反饋控制系統(tǒng)，該環(huán)路由鑒相器 （PD）,環(huán)路渡波器（LPF ）,和壓控振蕩器（VC。）以及基準晶振等部分組成。）鑒相器:一個相位比較電路，用于檢測輸入信號Ui與反饋信號Uo之間的相位 差，其輸出為誤差電壓Ud2）環(huán)路濾波器：實際為一個低通濾波器，用