電子測(cè)量課件 第1章_緒論.ppt

1、第1章 緒論,介紹了測(cè)量、計(jì)量的基本概念，以及它們 的意義、內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用； 電子測(cè)量的特點(diǎn)和應(yīng)用； 本課程的任務(wù)。,1.1 測(cè)量和計(jì)量,1.1.1 測(cè)量及其重要意義,1. 測(cè)量的定義:, 狹義測(cè)量的定義 測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。 在測(cè)量過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)象直接或間接地與同類已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測(cè)量結(jié)果。,即：測(cè)量結(jié)果測(cè)量數(shù)值.測(cè)量單位,測(cè)量的內(nèi)涵 測(cè)量對(duì)象：被測(cè)客體中的相應(yīng)的量值信息； 測(cè)量目的：從被測(cè)對(duì)象取得一個(gè)定量的認(rèn)識(shí)； 測(cè)量過程: 通過實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)對(duì)象的過程； 測(cè)量方法：比較； A.直接比較 B.間接比較；(需要測(cè)量?jī)x器

2、)； 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：同類已知單位。 測(cè)量結(jié)果：最終能表示給測(cè)量主體（人）,被測(cè)物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)?，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。,被測(cè)物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量,.廣義測(cè)量的定義 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表征的一維信息，還可以用二維或多維的圖形、圖像來顯示被測(cè)對(duì)象的屬性特征、空間分布、拓樸結(jié)構(gòu)等。 廣義測(cè)量原理可以從信息獲取過程來說明，包括信息的感知和信息識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)。,2. 測(cè)量的基本要素

3、,.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,圖1-2測(cè)量的基本原理圖,.測(cè)量過程基本要素之間的互動(dòng)關(guān)系 論證階段: *測(cè)量的主體（測(cè)量人員）根據(jù)測(cè)試任務(wù)的要求、被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)、屬性，及 現(xiàn)有儀器設(shè)備狀況，擬定合理的測(cè)試方案。 設(shè)計(jì)階段 * 選擇測(cè)試儀器，組建測(cè)試系統(tǒng)。 * 制定出測(cè)試策略（測(cè)量算法）和操作步驟（測(cè)試程序） 實(shí)施階段 * 對(duì)儀器和系統(tǒng)實(shí)施測(cè)試操作（發(fā)控制命令），按照邏輯和時(shí)序完成測(cè)量過程，取得測(cè)量數(shù)據(jù); * 分析測(cè)量誤差并顯示出測(cè)量結(jié)果。,被測(cè)對(duì)象信息：廣義的測(cè)量是信息的獲取，信息反映了事物的運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其 變化方式。 測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)量具和儀器：測(cè)量?jī)x器系

4、統(tǒng)包括量具、測(cè)試儀器、測(cè)試系統(tǒng)及附件等 測(cè)量的主體測(cè)量人員:手動(dòng)：由測(cè)量主體（測(cè)量人員）直接參與完成 自動(dòng)：測(cè)量主體交給智能設(shè)備（計(jì)算機(jī)等）完成，但測(cè)量 策略、軟件算法、程序編寫需由測(cè)量人員事先設(shè)計(jì)好。 測(cè)試技術(shù):測(cè)量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施，總稱為測(cè)試技術(shù)。,測(cè)量環(huán)境: 測(cè)量環(huán)境是指測(cè)量過程中人員、對(duì)象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和。 測(cè)量環(huán)境包括溫度、濕度、力場(chǎng)、電磁場(chǎng)、輻射、化學(xué)氣霧和粉塵，霉菌以及有關(guān)電磁量（工作電壓、源阻抗、負(fù)載阻抗、地磁場(chǎng)、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化。,環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響 A. 環(huán)境對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響：某些被測(cè)對(duì)象客體（如器件、電路或系統(tǒng)）的性能特

5、性對(duì)環(huán)境變化較為敏感或非常敏感，因此，原則上測(cè)量應(yīng)在被測(cè)對(duì)象的正?；蝾~定工作條件下進(jìn)行。 B. 環(huán)境對(duì)儀器系統(tǒng)的影響：環(huán)境可能直接或間接地影響到儀器系統(tǒng)本身的某個(gè)工作特性，進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果，造成測(cè)量誤差。特別是某些測(cè)量器具的量程廣、頻段寬，而內(nèi)部的元器件數(shù)目甚多，且對(duì)外界影響相當(dāng)敏感，錯(cuò)綜復(fù)雜的影響量所產(chǎn)生的不良效應(yīng)有時(shí)會(huì)成為測(cè)量的嚴(yán)重問題。 C. 環(huán)境對(duì)測(cè)量人員的影響：高溫、嚴(yán)寒、潮濕、悶氣、嘈雜、照明不適當(dāng)?shù)炔涣脊ぷ鳝h(huán)境，會(huì)對(duì)測(cè)量人員的身心產(chǎn)生不良影響，從而引起不同程度的人身誤差乃至差錯(cuò)。,應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，盡量減少由于環(huán)境影響而產(chǎn)生的誤差。 恒溫、恒濕、穩(wěn)壓和防震。 抗干擾、防噪聲的

6、措施，如接地、屏蔽、隔離、濾波等。 儀器應(yīng)能盡量適應(yīng)惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境。,I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10+35oC，相對(duì)濕度80%，只 允許有輕微的振動(dòng)。,儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：,II組：一般的環(huán)境條件，溫度10+40oC，相對(duì)濕度80%， 允許一般的振動(dòng)和沖擊。,III組：惡劣的環(huán)境條件，溫度40+55oC，相對(duì)濕度90%， 允許頻繁的搬動(dòng)和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動(dòng)。,I組高精度計(jì)量用儀器,II組通用儀器,III組野外、機(jī)載等儀器,3.測(cè)量的重要意義：,日常生活中處處離不開測(cè)量。量體裁衣就是一個(gè)測(cè)量的例子 科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測(cè)量， 離開測(cè)量就不會(huì)有真正的科學(xué)，門

7、捷列夫說：“沒有測(cè)量，就沒有科學(xué)”。 生產(chǎn)發(fā)展離不開測(cè)量 農(nóng)業(yè)社會(huì)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長(zhǎng)度、面積、容積和重量的測(cè)量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時(shí)間測(cè)量器具，并有了天文測(cè)量。 現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開測(cè)量，例如，一個(gè)大型鋼鐵廠需要約2萬個(gè)測(cè)量點(diǎn) 在高新技術(shù)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中則更是離不開測(cè)量 例如，每種新設(shè)計(jì)的飛機(jī)，需要測(cè)試飛機(jī)高速飛行中受氣流沖擊作用下的性能，通過風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)定機(jī)身、機(jī)翼的受力和振動(dòng)分布情況，以驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)。,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),1.1.2 計(jì)量的基本概念,1.計(jì)量的定義 為使在不同的地方，用不同的手段

8、測(cè)量同一量時(shí)，所得的結(jié)果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量器具。 計(jì)量就是體現(xiàn)這些單位的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和用這些基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)來校準(zhǔn)的測(cè)量器具，還用法律形式將上述內(nèi)容固定下來的一種特殊形式的測(cè)量；一種為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致的測(cè)量；即利用技術(shù)和法制手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。 計(jì)量的三個(gè)主要特征：是統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。 計(jì)量工作主要是把未知量與經(jīng)過準(zhǔn)確確定、并經(jīng)國(guó)家計(jì)量部門認(rèn)可的基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來加以測(cè)定，也就是通過建立基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行量值傳遞。 它包含了為達(dá)到統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致所進(jìn)行的全部活動(dòng)，如單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、進(jìn)行量值傳遞、計(jì)量監(jiān)督管理、測(cè)量方法及其手段的研究等。

9、 計(jì)量器具：凡是能用以直接或間接測(cè)出被測(cè)對(duì)象量值的量具、計(jì)量?jī)x 器和計(jì)量裝置都統(tǒng)稱為計(jì)量器具。 計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作用計(jì)量器具三類。, 計(jì)量基準(zhǔn) 計(jì)量基準(zhǔn)用來復(fù)現(xiàn)某一基本測(cè)量單位的量值，只用于鑒定各種量具的精度，不直接參加測(cè)量。 一般分為國(guó)家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn) 國(guó)家基準(zhǔn)，又稱主基準(zhǔn)和一級(jí)基準(zhǔn) 具有現(xiàn)代科技所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度、最高水平的基準(zhǔn)；經(jīng)國(guó)家鑒定并批準(zhǔn)，作為統(tǒng)一全國(guó)計(jì)量單位量值的最高依據(jù)的計(jì)量器具。一個(gè)國(guó)家只有一個(gè)。 副基準(zhǔn)，又稱二級(jí)基準(zhǔn) 通過直接或間接與國(guó)家基準(zhǔn)比對(duì)來確定其量值，并經(jīng)國(guó)家鑒定并批準(zhǔn)的計(jì)量器具。 副基準(zhǔn)的量值精度由主基準(zhǔn)確定。用以代替主基準(zhǔn)向下

10、傳遞或代替主基準(zhǔn)參加國(guó)際比對(duì) ，即代替國(guó)家基準(zhǔn)的日常使用，也可用于驗(yàn)證國(guó)家基準(zhǔn)的變化。 工作基準(zhǔn)，又稱三級(jí)基準(zhǔn) 經(jīng)與國(guó)家基準(zhǔn)或副基準(zhǔn)校準(zhǔn)或比對(duì)，并經(jīng)國(guó)家鑒定，實(shí)際用以檢定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量器具。 工作基準(zhǔn)用來直接向下屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞，用以檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具的精確度，以防止國(guó)家基準(zhǔn)或副基準(zhǔn)由于使用頻繁而喪失其應(yīng)有的準(zhǔn)確度或遭到損壞,計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)工作基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)出不同等級(jí)的便于經(jīng)常使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具或儀器，即按國(guó)家規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)，作為檢定依據(jù)用的計(jì)量器具或物質(zhì)，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)。 它的量值是由工作基準(zhǔn)傳遞來的，并將基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的單位量值通過檢定逐級(jí)傳遞到工作用計(jì)量器具，以保證后者量值的準(zhǔn)確和一致。 計(jì)量

11、標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級(jí)在工作基準(zhǔn)之下，工作計(jì)量器具之上。 按精度高低又分為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 通過這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對(duì)日常工作儀器進(jìn)行檢定，確定其量值的精確度大小。 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)有兩類：標(biāo)準(zhǔn)器具和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。,工作計(jì)量器具 工作崗位上使用，不用于進(jìn)行量值傳遞，而是直接用來測(cè) 量被測(cè)對(duì)象量值，即不用于檢定工作而只用于日常測(cè)量的 計(jì)量器具。,幾個(gè)術(shù)語 計(jì)量器具：凡是能用以直接或間接測(cè)出被測(cè)對(duì)象量值的量具、計(jì)量?jī)x器和計(jì)量裝置都統(tǒng)稱為計(jì)量器具。計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具三類。 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具：準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)，用于檢定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。 工作計(jì)量器具：工作崗位上

12、使用，不用于進(jìn)行量值傳遞，而是直接用來測(cè)量被測(cè)對(duì)象量值的計(jì)量器具。,比對(duì)： 在規(guī)定條件下，對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器之間的量值進(jìn)行比較，其目的是考核量值的一致性。 檢定： 是用高一等級(jí)準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對(duì)低一等級(jí)的計(jì)量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評(píng)定被檢計(jì)量器具的計(jì)量性能是否合格的目的。一般要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的1/3到1/10。 校準(zhǔn)： 校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計(jì)量器具的示值誤差（有時(shí)也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能）的全部工作。 量值的傳遞： 指一個(gè)物理量單位通過各級(jí)基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用的測(cè)量?jī)x器、量

13、具，以保證量值統(tǒng)一的全過程。,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，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國(guó)防建設(shè)以及人民生活等各個(gè)方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督的作用。,測(cè)量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了計(jì)量。 測(cè)量是計(jì)量應(yīng)用的重要途徑。 沒有測(cè)量，計(jì)量將失去價(jià)值 為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須定期對(duì)儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，這個(gè)過程就是計(jì)量。,4.計(jì)量與測(cè)量的關(guān)系,計(jì)量的任務(wù)是確定測(cè)量結(jié)果的可靠性。 計(jì)量是測(cè)量的基礎(chǔ)和依據(jù)。 沒有計(jì)量，也談不上測(cè)量。 計(jì)量和測(cè)量相互配合，才能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。,1.2 電子測(cè)量的特點(diǎn)和應(yīng)用,2.從狹義來講，電子測(cè)量是在電子學(xué)中測(cè)量有關(guān)電的量值。,1.2.1電子測(cè)

14、量的定義,1.從廣義來講,凡是利用電子技術(shù)來進(jìn)行的測(cè)量都稱為電子測(cè)量。,電子測(cè)量的內(nèi)容很多，大概分為： 電能量的測(cè)量 包括電壓、電流、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度、電磁干擾及噪聲等。 元件和電路參數(shù)的測(cè)量 包括電阻、電感、電容、電子器件、集成電路的測(cè)量。電路頻率響應(yīng)、通帶寬度、品質(zhì)因數(shù)、相位移 、延時(shí)、增益和衰減的測(cè)量等。,電的量值包括： a.電能量:電壓、電流、功率等。 b.電路參數(shù)：電阻、電容、電感、阻抗、品質(zhì)因數(shù)。 c.電信號(hào)特性：波形、頻率、相位等。,信號(hào)的特性及所受干擾的測(cè)量 包括信號(hào)的波形和失真度、頻率、相位、幅度、調(diào)制度、信號(hào)頻譜、信噪比、脈沖參數(shù)、上升沿、下降沿等。,1.2.2 電子測(cè)量的特

15、點(diǎn),1.測(cè)量頻率范圍極寬： 2.測(cè)量量程范圍寬： 3.測(cè)量精確度很高 ： 4.測(cè)量速度快： 5.容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遙測(cè) 和長(zhǎng)期不間斷的測(cè) 量，顯示方式又可 以做到清晰、直觀：,計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),傳感、計(jì)算機(jī),10-51012Hz,量值比：1：1012,10-1310-14Hz,6.易于利用計(jì)算機(jī)，形成電子測(cè)量與計(jì)算技術(shù)的緊密結(jié)合：智能儀器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和個(gè)人儀器等。,1.2.3.電子測(cè)量的意義,（1）電子測(cè)量是測(cè)量學(xué)的重要組成部分； （2）使電子測(cè)量技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，從而推動(dòng)了電子和其它行業(yè)的發(fā)展； （3）電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，不僅標(biāo)志著測(cè)量技術(shù)的提高，而且推動(dòng)了整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類的進(jìn)步。,1.3 本課程的任務(wù),1.3.1 課程的任務(wù),具備一定的測(cè)量誤差分析和測(cè)量數(shù)據(jù)處理能力； 了解電子測(cè)量中最基本的測(cè)量原理和測(cè)量方法； 對(duì)現(xiàn)代新技術(shù)在電子測(cè)量中的應(yīng)用有一定