電子測量原理 課件 第一章

1、第1頁 第2頁 第3頁 沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有 天文學(xué)，沒有顯微天文學(xué)，沒有顯微 鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，鏡就沒有細(xì)胞學(xué)， 沒有指南針就沒有沒有指南針就沒有 航海事業(yè)航海事業(yè) 第4頁 第5頁 測量結(jié)果測量數(shù)值測量結(jié)果測量數(shù)值. .測量單位，測量單位，即：即： 0 xxx 第6頁 第7頁 第8頁 被測對象 測量人員 測試儀器系統(tǒng) 信 息 顯 示 感知和識別 第9頁 對對象象 屬屬性性 影影響響影影響響 影影 響響 測測量量策策 略略、算算法法 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)狀狀態(tài)態(tài) 參參數(shù)數(shù)命命令令 被被測測信信息息 原原理理 方方法法 被被測測 對對象象 儀儀器器 系系統(tǒng)統(tǒng) 測測量量 人人員員 測測量量 環(huán)環(huán)境境

2、 激激勵勵信信號號 選選擇擇 儀儀器器 決決定定 方方法法 圖圖1 1- -3 3 測測量量的的基基本本要要素素 第10頁 第11頁 執(zhí)執(zhí)行行測測量量操操 作作 測測試試數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處 理理 測測量量結(jié)結(jié)果果顯顯 示示 結(jié)結(jié) 束束 設(shè)設(shè)置置儀儀器器工工作作參參 數(shù)數(shù) 實實 施施 階階 段段 被被測測對對象象 設(shè)設(shè) 計計 階階 段段 測測量量任任務(wù)務(wù)要要求求 組組建建測測量量系系統(tǒng)統(tǒng) 需需 求求 分分 析析 擬擬定定測測量量方方案案 現(xiàn)現(xiàn)有有儀儀器器設(shè)設(shè)備備 選選用用測測量量儀儀器器 （測測試試硬硬件件平平臺臺） 決決定定測測量量技技術(shù)術(shù) （測測試試軟軟件件平平臺臺） 完完成成儀儀器器互互連連擬擬

3、定定測測量量步步驟驟 開開 始始 論論 證證 階階 段段 第12頁 第13頁 第14頁 第15頁 第16頁 第17頁 第18頁 測量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了測量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了 計量。計量。 測量是計量應(yīng)用的重要途徑。測量是計量應(yīng)用的重要途徑。 沒有測量，計量將失去價值沒有測量，計量將失去價值 為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性， 必須定期對儀器進(jìn)行檢定和校必須定期對儀器進(jìn)行檢定和校 準(zhǔn)，這個過程就是計量。準(zhǔn)，這個過程就是計量。 u計量的任務(wù)是確定測量結(jié)計量的任務(wù)是確定測量結(jié) 果的可靠性。果的可靠性。 u計量是測量的基礎(chǔ)和依據(jù)。計量是測量的基礎(chǔ)和依據(jù)。 u沒有計量，也談不上

4、測量。沒有計量，也談不上測量。 u計量和測量相互配合，才計量和測量相互配合，才 能在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域發(fā)揮能在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域發(fā)揮 重要作用。重要作用。 u計量工作是國民經(jīng)濟(jì)中一項極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，計量工作是國民經(jīng)濟(jì)中一項極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作， 它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)以及人民生活等它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)以及人民生活等 各個方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督的作用。各個方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督的作用。 第19頁 英呎feetfeet 第20頁 第21頁 第22頁 第23頁 第24頁 第25頁 第26頁 第27頁 第28頁 第29頁 中中國國計計 量量院院 中中國國測測 試

5、試院院 國國家家標(biāo)標(biāo) 物物中中心心 授授權(quán)權(quán)基基準(zhǔn)準(zhǔn) 實實驗驗室室 大大區(qū)區(qū)國國家家計計量量中中心心 省省級級計計量量所所 市市（地地）計計量量所所 分分 站站 縣縣（區(qū)區(qū)）計計量量所所 工工礦礦企企業(yè)業(yè)、商商店店、研研究究院院 所所、醫(yī)醫(yī)院院、學(xué)學(xué)校校等等 國國 防防 計計 量量 中中 心心 行行 業(yè)業(yè) 計計 量量 中中 心心 國國 家家 專專 業(yè)業(yè) 計計 量量 站站 國國家家 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 級級 級級 級級 工工作作 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 自上而下逐級傳遞自上而下逐級傳遞 第30頁 Axx 第31頁 第32頁 0 Axx xxA x 第33頁 xAxC CxA 第34頁 0 100% x A 第35頁 1

6、00% A x A 100% x x x 第36頁 100% m m m x x 0 0 m x | m x | m x A A x AmAm x A mmm xx 第37頁 m % m x x S x 第38頁 2 100 %1.5% 1.5% 100 m x x S x 1 400 %0.5%2% 100 m x x s x 第39頁 o x i V A V 20lg() xx GA dB 20lg(1) dB A A AAA x 第40頁 第41頁 第42頁 第43頁 第44頁 全信息全信息 語義信息語義信息 語用信息語用信息 語法信息語法信息 第45頁 信息感知信息感知 主體認(rèn)識論信息

7、主體認(rèn)識論信息 （語法信息）（語法信息） 客體層次的信息客體層次的信息 （信號信號） yx 第46頁 第47頁 第48頁 第49頁 測測量量 客客體體 客客體體 信信息息 比比 較較 標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 處處 理理 顯顯 示示 規(guī)規(guī)范范化化 信信號號 語語法法 信信息息 量量化化 信信息息 可可見見 信信息息 信信息息識識別別 語語義義 信信息息 處處 理理 語語用用信信息息 測測量量 人人員員 目目標(biāo)標(biāo)信信息息 激激勵勵 傳傳 感感 語語法法 信信息息 變變 換換 信信 號號 信信息息感感知知 3. 測量的原理測量的原理測量的信息過程測量的信息過程 測量客體測量客體信息感知信息感知信息識別信息識別測

8、量主體測量主體 語法信息語法信息語義信息語義信息語用信息語用信息 第50頁 測量的信息過程測量的信息過程 檢檢 波波 放放 大大 u 顯顯 示示 被被 測測 對對 象象測測 量量 人人 員員 第51頁 溫溫 度度 壓壓 力力 流流 量量 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 水水 位位 傳傳 感感 器器 1 u1 信信 號號 調(diào)調(diào) 理理 U1 傳傳 感感 器器 2 u2 信信 號號 調(diào)調(diào) 理理 U2 傳傳 感感 器器 3 u3 信信 號號 調(diào)調(diào) 理理 U3 傳傳 感感 器器 4 u4 信信 號號 調(diào)調(diào) 理理 U4 傳傳 感感 器器 5 u5 信信 號號 調(diào)調(diào) 理理 U5 多多 功功 能能 切切 換換 開開 關(guān)關(guān) S/

9、H A/ D 計計 算算 機(jī)機(jī) 數(shù)數(shù)碼碼 管管 CR T 顯顯 示示 打打印印 機(jī)機(jī) 繪繪圖圖 儀儀 輸輸 出出 設(shè)設(shè) 備備 數(shù)數(shù) 字字 I/ O D/A 模模擬擬信信 號號 輸輸出出 第52頁 目目的的 知知識識庫庫 理理解解與與分分析析信信息息選選擇擇決決策策 語語法法 信信息息 全全信信息息 u （3 3）智能化處理）智能化處理 機(jī)器智能機(jī)器智能人所賦予機(jī)器的一種智能。人所賦予機(jī)器的一種智能。 智能包含信息、知識、策略和行為四個要素，具有獲智能包含信息、知識、策略和行為四個要素，具有獲 取有用信息、由信息生成知識（認(rèn)識）、由知識和目取有用信息、由信息生成知識（認(rèn)識）、由知識和目 的生成策

10、略（決策）以及實施策略取得效果（施效）的生成策略（決策）以及實施策略取得效果（施效） 等四個方面的能力。等四個方面的能力。 第53頁 y1y2y電電量量變變換換 （測測量量電電路路） 信信宿宿點(diǎn)點(diǎn) 非非電電逆逆變變換換 （顯顯示示器器） 被被測測量 量 x 信信源源點(diǎn)點(diǎn) 非非電電變變換換 （傳傳感感器器） y1=f1(x) 221 ( )yf y 32 ( )yf y 測量是通過比較來取得一個定量的認(rèn)識。測量是通過比較來取得一個定量的認(rèn)識。 A 321 ( )( )yfff xf x 第54頁 直讀式直讀式 電壓表電壓表 第55頁 K K 1 1 K K 3 3 K K 2 2 x u 2 u

11、 3 y u 1 y 1 y 2 y 3 信信源源點(diǎn)點(diǎn) 信信宿宿點(diǎn)點(diǎn) )( 111 uxKy)( 2122 uyKy)( 3233 uyKyy 321123 ()y K K K x uuuKx u 123 KK K K 32 1 123 uu uu KK K 第56頁 （a) 測零點(diǎn)值（a) 測零點(diǎn)值 非電電變換非電電變換 K1 主體主體 電非電變換電非電變換 K3 電電變換電電變換 K2 傳感器傳感器變換電路變換電路 顯示器顯示器 （b) 測標(biāo)準(zhǔn)量（b) 測標(biāo)準(zhǔn)量 非電電變換非電電變換 K1 主體主體 電非電變換電非電變換 K3 電電變換電電變換 K2 傳感器傳感器變換電路變換電路 顯示器顯

12、示器 （c) 測未知量（c) 測未知量 非電電變換非電電變換 K1 主體主體 電非電變換電非電變換 K3 電電變換電電變換 K2 傳感器傳感器變換電路變換電路 顯示器顯示器 0 x 0 y s y x y sx x x s 第57頁 xs y 比較電路比較電路 被測量被測量標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量 第58頁 第59頁 K1 K2 減減法法比比較較或或 比比例例比比較較 K3 變變換換 變變換換 變變換換 指指示示器器 ux us y0 0 x s （a a) ) 雙雙通通道道對對稱稱輸輸入入結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) mu或 當(dāng)當(dāng) 則則 s k k x 1 2 12 kk x s 第60頁 (b) 對稱橋式結(jié)構(gòu)(b) 對稱

13、橋式結(jié)構(gòu) s sx 激勵源激勵源 y=0y=0 2 r 1 r 當(dāng)當(dāng) 時，時， 1 2 r xs r 12 rr xs 第61頁 xs 第62頁 微差法進(jìn)行測量時，測量誤差公式：微差法進(jìn)行測量時，測量誤差公式： 測量儀器的誤差測量儀器的誤差 對測量的對測量的 影響被大大地削弱影響被大大地削弱 優(yōu)點(diǎn)：測量速度快和測量準(zhǔn)確度高。優(yōu)點(diǎn)：測量速度快和測量準(zhǔn)確度高。 xS xSx / 0 -v+v xs 第63頁 第64頁 替代法的測量原理 替代法的測量原理 xs 0 0 -v-v+v+v 2 2 K KK K 1 1 （b) 零示法（b) 零示法 (a) 偏轉(zhuǎn)法(a) 偏轉(zhuǎn)法 xs 0 0 -v-v+

14、v+v 2 2 K KK K 1 1 r r 第65頁 第一次平衡第一次平衡 第二次平衡第二次平衡 上兩式相乘、開方得：上兩式相乘、開方得： 1212 1 () 2 x WWWWW 11 2x W lWl 22 1x W lW l (a) 天平稱重(a) 天平稱重 x W W1 l1l2 x W W2 l1l2 電參量測量的交換法：電參量測量的交換法：P39 圖圖1-22 b) 第66頁 1212 1 () 2 xssss RRRRR 第67頁 第68頁 第69頁 第70頁 第71頁 例：例：f=200.020kHzf=200.020kHz220kHz220kHz f f0 0=200kHz=

15、200kHz 則則 F=f-fF=f-f0 0=20Hz=20Hz20kHz20kHz 覆蓋系數(shù)從覆蓋系數(shù)從1.11.1擴(kuò)展到擴(kuò)展到10001000 L LC C振振 蕩蕩器器 fF=f-f0 f 0 第72頁 () xsxs mfmfm ffm f 第73頁 第74頁 第75頁 第76頁 第77頁 第78頁 I/V AC/ DC 放放大大或或 衰衰減減 A/D BCD/七七段段 碼碼 數(shù)數(shù)碼碼 顯顯示示 i 第79頁 傷傷痕痕 比比 較較 校校 正正 顯顯 示示 工工件件 光光 源源 光光 信信 號號 電電 信信 號號 濾濾 光光 片片 透透 鏡鏡 固固體體圖圖像像 傳傳感感器器 放放 大大

16、 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)樣樣板板 第80頁 被測量被測量 標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量 x s 比比 較較 電電 路路 y yH yL 0 y sx 第81頁 第82頁 0 -v+v xs x xs s 第83頁 （a）差差動動型型 （b）求求和和型型 （c）比比較較特特性性 _ + ux us uo _ + ux us 比比較較器器 uo us ux0 xs uu 1 2 xs R uu R 第84頁 2 1 xs T UU T 第85頁 （a a）比例臂電橋）比例臂電橋 （b b）有源電橋）有源電橋 （c c）電壓電橋）電壓電橋 （d d）電流電橋）電流電橋 31 24 ZZ ZZ 11 22 s x ZUN UNZ

17、第86頁 Us aRs Rx b Uo + _ xo ss RU RU o xs s U RR U 第87頁 R-S 觸觸發(fā)發(fā)器器 tA tB Q S R tB tA T 第88頁 混頻器混頻器fA fB F=f -fF=f -f A BA B 被測頻率被測頻率 標(biāo)準(zhǔn)頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率 混頻混頻 器器 F f x fs 零差指示零差指示 =f x - fs 第89頁 cos 2 xmsm o KU U u K xy u x u s u o =u x u s + _ 第90頁 數(shù) 字 比 較 器 數(shù) 字 比 較 器 數(shù)數(shù) 字字 比比 較較 器器 N1N1 N2N2 Q Q 第91頁 第92頁 A1 u2 R R _ + A2 R R _ + R R R Uo R u1 u3 u4 R 01234 UU UUU 第93頁 / 1 iT U U os URI e 1 ln(/)ln oTisi UUU RIk U A Ui D R1 _ + R2 A Ui R1 D _ + R2 Uo 圖圖2-20 指數(shù)電路和對數(shù)電路指數(shù)電路和對數(shù)電路 第94頁 對數(shù)對數(shù) 對數(shù)對數(shù) 加加 法法 或減法或減法 指數(shù)指數(shù) U1 U2 Uo 12o UUU 12o UUU 第95頁 A ui R1 uc