電子測量（課堂PPT）

1、3/4/2022.1電子測量技術(shù)電子測量技術(shù)授課老師：陳鵬安徽建筑工業(yè)學(xué)院電子與信息工程學(xué)院3/4/2022.2課程簡介課程簡介l第一部分測量總論及誤差理論，介紹測量的基本概念、技術(shù)方法及系統(tǒng)組成，誤差理論和數(shù)據(jù)處理等。l第二部分基本電參量測量，包括頻率、電壓、阻抗等l第三部分時域測量，以示波器為背景介紹時域信號波形的采集、顯示及應(yīng)用技術(shù)。l第四部分頻域測量，重點(diǎn)討論頻域中的信號頻譜和網(wǎng)絡(luò)性能的測量，介紹測量激勵信號源的基本工作原理。l第五部分?jǐn)?shù)據(jù)域測量，介紹數(shù)字系統(tǒng)的基本測量原理和方法，包括數(shù)字信號的產(chǎn)生、邏輯分析、可測性設(shè)計及數(shù)字系統(tǒng)測試的典型實例。3/4/2022.3l1.本章闡述了測量

2、的基本概念。即測量是測量主體通過比較的方法，對被測對象取得定量信息（即量值）的實驗過程，是人類獲取信息的基本手段，是認(rèn)識客觀世界的主要工具 。 電子測量是指利用電子科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行的測量，它是測量學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的結(jié)晶。 l2.介紹計量的基本概念。計量是為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致的一種測量，即是一種特殊的測量。它具有統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性的三個主要特征；測量基準(zhǔn)具有權(quán)威性和相對性；測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞是從上到下，逐級傳遞；l3.討論了測量誤差的概念、來源，絕對誤差和相對誤差的定義和計算方法 ；l4.分別從信息獲取的廣義概念和量值比較的狹義概念上，闡述測量的基本原理；l5 .介紹了測量的量值比較原理

3、，包括基于比例變換的間接比較法、基于差值示零的直接比較法和復(fù)合比較法。l6 .討論了實現(xiàn)測量的基本技術(shù)，即變換、比較、處理和顯示技術(shù)。 第第1 1章章 電子測量概述電子測量概述 3/4/2022.41.1 1.1 測量的基本概念測量的基本概念l1.1.1 測量的意義 l日常生活中處處離不開測量；l現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱是： 信息獲取技術(shù)（測試技術(shù)）、信息的傳輸技術(shù)（通信技術(shù)）、信息的處理技術(shù)（計算機(jī)技術(shù)）。在這三大技術(shù)中，信息獲?。y試）是首要的，是信息的源頭； l科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測量， 離開測量就不會有真正的科學(xué)。l在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開測量。 沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有沒有望遠(yuǎn)鏡

4、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) 3/4/2022.5 1.1.1 1.1.1 測量的意義測量的意義（續(xù)）（續(xù)）l生產(chǎn)發(fā)展離不開測量 生物學(xué)領(lǐng)域中，需要獲得蛋白質(zhì)的氨基酸序列、各種物理化學(xué)性質(zhì)以及它的空間結(jié)構(gòu)；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，丈量土地、衡量收成，就產(chǎn)生了長度、面積、容積和重量的測量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時間測量器具，并有了天文測量；現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開測量。 例如，一個大型鋼鐵廠需要約2萬個測量點(diǎn)l在高新技術(shù)和國防現(xiàn)代化建設(shè)中則更是離不開測量例如，作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)尖端之一的火箭發(fā)動機(jī)，從開始設(shè)

5、計到成功飛行，都離不開現(xiàn)代測控技術(shù) 。3/4/20 1.1.2 測量的定義測量的定義 l1.狹義測量的定義l測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的實驗過程。l在測量過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測對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量結(jié)果。l測量的基本原理是通過比較來識別被測對象，測量就是比較。比較可采用直接或間接的方法進(jìn)行，比較通常需要用專門的設(shè)備（測量儀器）才能實現(xiàn) 。 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：x=x*x00 xxx圖11 測量的比較原理(a) 天平直接比較（b）彈簧稱間接比較圖2.1 測量的比較原理 被

6、測物體的重量等于被測物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測物體的重被測物體的重量從度盤上讀量從度盤上讀數(shù)，因為，彈數(shù)，因為，彈簧秤度盤上的簧秤度盤上的刻度是事先與刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。較的結(jié)果。3/4/20 1.1.2 測量的基本概念測量的基本概念（續(xù)）（續(xù)）l測量的內(nèi)涵 l測量對象：被測客體中的相應(yīng)的量值信息；l測量目的：從被測對象取得一個定量的認(rèn)識；l測量過程: 通過實驗去認(rèn)識對象的過程l測量方法：比較方法 A.直接比較 B.間接比較；C.需要測量儀器；l測量標(biāo)準(zhǔn)：同類已知單位。l測量結(jié)果：最終能表示給測量主體（人）圖1.2 測量的基本原理

7、圖3/4/20 1.1.2 測量的定義測量的定義（續(xù)）（續(xù)）l2.廣義測量的定義 廣義測量原理可以從信息獲取過程來說明，即從信息的感知和識別兩個環(huán)節(jié)來說明：l、信息的感知是信息獲取的首要環(huán)節(jié)。信息感知的原理是通過感知系統(tǒng)與產(chǎn)生信息的源事物之間的相互作用，把源事物信息轉(zhuǎn)化為某種物理量形式表現(xiàn)的信號。所以，感知的實質(zhì)是信息載體的轉(zhuǎn)換，是獲取信息的必要前提。l、信息的識別是信息獲取的重要環(huán)節(jié)。還必須識別所感受到的信息是有用的還是無用的（甚至是有害的）。有用信息識別的基本原理是與標(biāo)準(zhǔn)樣板進(jìn)行比較，判斷出信息的屬性和數(shù)量。被測對象測量人員測試儀器系統(tǒng)信 息顯 示感知和識別圖1.3 廣義

8、測量原理3/4/20 1.1.2 測量的定義測量的定義（續(xù)）（續(xù)）l廣義地講，測量不僅對被測的物理量進(jìn)行定量的測量，而且還包括對更廣泛的被測對象進(jìn)行定性、定位的測量。l例如故障診斷、無損探傷、遙感遙測、礦藏勘探、地震源測定、衛(wèi)星定位等。l而測量結(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、圖像來顯示被測對象的屬性特征、空間分布、拓樸結(jié)構(gòu)等。 l廣義測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別兩個環(huán)節(jié)。 3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本要素l1.測量的基本要素：被測對象、測量儀器、測量技術(shù)、測量人員和測

9、量環(huán)境 從測量的定義可知，測量要有對象（測量的客體），測量要由人（測量主體）來實施，測量需要專門的儀器設(shè)備（硬件）作工具，測量要有理論和方法（軟件）作指導(dǎo)，測量總是在一個特定的環(huán)境中進(jìn)行的。 3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本要素（續(xù)）（續(xù)）l圖1.4 測量的基本要素3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本要素（續(xù)）（續(xù)）l2.測量過程基本要素之間的互動關(guān)系論證階段: 測量的主體（測量人員）根據(jù)測試任務(wù)的要求、被測對象的特點(diǎn)、屬性，及現(xiàn)有儀器設(shè)備狀況，擬定合理的測試方案。 設(shè)計階段* 選擇測試儀器，組建測試系統(tǒng)。* 制定出測試策

10、略（測量算法）和操作步驟（測試程序）實施階段* 對儀器和系統(tǒng)實施測試操作（發(fā)控制命令），按照邏輯和時序完成測量過程，取得測量數(shù)據(jù);* 分析測量誤差并顯示測量出結(jié)果。 3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本要素（續(xù)）（續(xù)）圖1.5 測試過程的流程圖3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本要素（續(xù)）（續(xù)）l3.被測對象信息l廣義的測量是信息的獲取，信息反映了事物的運(yùn)動的狀態(tài)及其變化方式。信息又可分為自然信息和社會信息兩大類。l4.測量儀器系統(tǒng)量具和儀器l測量儀器系統(tǒng)包括量具、測試儀器、測試系統(tǒng)及附件等l5.測量的主體測量人員l手動：由測

11、量主體（測量人員）直接參與完成l自動：測量主體交給智能設(shè)備（計算機(jī)等）完成，但測量策略、軟件算法、程序編寫需由測量人員事先設(shè)計好。l6.測試技術(shù)l測量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施，總稱為測試技術(shù)。3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本要素（續(xù)）（續(xù)）l7.測量環(huán)境：l測量環(huán)境是指測量過程中人員、對象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和。l測量環(huán)境包括溫度、濕度、力場、電磁場、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、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化。 3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本

12、要素（續(xù)）（續(xù)）l環(huán)境對測量的影響lA. 環(huán)境對被測對象的影響：某些被測對象客體（如器件、電路或系統(tǒng)）的性能特性對環(huán)境變化較為敏感或非常敏感，因此，原則上測量應(yīng)在被測對象的正?；蝾~定工作條件下進(jìn)行。lB. 環(huán)境對儀器系統(tǒng)的影響：環(huán)境可能直接或間接地影響到儀器系統(tǒng)本身的某個工作特性，進(jìn)而影響測量結(jié)果，造成測量誤差。特別是某些測量器具的量程廣、頻段寬，而內(nèi)部的元器件數(shù)目甚多，且對外界影響相當(dāng)敏感，錯綜復(fù)雜的影響量所產(chǎn)生的不良效應(yīng)有時會成為測量的嚴(yán)重問題。lC. 環(huán)境對測量人員的影響：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，會對測量人員的身心產(chǎn)生不良影響，從而引起不同程度的人身誤差乃

13、至差錯。3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本要素（續(xù)）（續(xù)）l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。l恒溫、恒濕、穩(wěn)壓和防震。l抗干擾、防噪聲的措施，如接地、屏蔽、隔離、濾波等。l儀器應(yīng)能盡量適應(yīng)惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境。 3/4/20 1.1.3 測量的基本要素測量的基本要素（續(xù)）（續(xù)）l儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：lI組：良好的環(huán)境條件，溫度+10+35oC，相對濕度80%（在35oC上），只允許有輕微的振動。lII組：一般的環(huán)境條件，溫度10+40oC，相對濕度80%（在40oC上），允許一般的振動和沖擊。

14、lIII組：惡劣的環(huán)境條件，溫度40+55oC，相對濕度90%（在35oC上），允許頻繁的搬動和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動。lI組高精度計量用儀器lII組通用儀器lIII組野外、機(jī)載等儀器3/4/2022.19 1 12 2 計量的基本概念計量的基本概念l1.2.1 計量的定義和意義為使在不同的地方，用不同的手段測量同一量時，所得的結(jié)果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測量器具。 l1.計量的定義l計量是一種特殊形式的測量，它把被測量與國家計量部門作為基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的同類單位量進(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。l計量是利用技術(shù)和法制手段實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量。l計

15、量的三個主要特征是統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。l計量包含了為達(dá)到統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致所進(jìn)行的全部活動，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、計量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等。3/4/20 1.2.1 計量的定義和意義計量的定義和意義（續(xù)）（續(xù)）l2.計量與測量的關(guān)系測量發(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

16、。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)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)以及人民生活等各個方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督的作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。用。3/4/2022.21122 單位和單位制單

17、位和單位制l根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位。l單位是表征測量結(jié)果的重要組成部分， 又是對兩個同類量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)。 單位又分為基本單位和導(dǎo)出單位?；締挝皇侵副舜藷o關(guān)、分別加以確定的物理量單位。導(dǎo)出單位是指由基本單位通過定義、定律或其它函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)、派生出來的各種導(dǎo)出量值。 英呎feetfeet3/4/2022.22122 單位和單位制單位和單位制（續(xù)）（續(xù)）l1960年第十一屆國際計量大會上正式通過國際單位制SI。 l1984年2月國務(wù)院頒布了中華人民共和國法定計量單位，決定我國法定計量單位以國際單位制為基礎(chǔ)。lSI有7個基本單位3/4/2022.23122 單位和單位制單位和單位制（續(xù)

18、）（續(xù)）l1.國際單位制（SI）的組成國際單位制基本單位 3/4/2022.24122 單位和單位制單位和單位制（續(xù)）（續(xù)）l國際單位制是由國際單位制單位、國際單位制詞頭和國際單位制的十進(jìn)倍數(shù)單位三部分組成。l國際單位制詞頭表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù)。 例：5.410-9s=5.4ns 詞頭名稱 詞頭名稱 因數(shù) 原文（法） 中文 符號 因數(shù) 原文（法） 中文 符號 1018 Exa 艾 E 10-1 deci 分 d 1015 Peta 拍 P 10-2 centi 厘 c 1012 Tera 太 T 10-3 milli 毫 m 109 Giga 吉 G 10-6 micro 微 106

19、 mega 兆 M 10-9 nano 納 n 103 Kilo 千 k 10-12 pico 皮 p 102 hecto 百 h 10-15 femto 飛 f 101 Deca 十 da 10-18 atto 阿 a 3/4/2022.25123 基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)l1.基準(zhǔn)l基準(zhǔn)用來復(fù)現(xiàn)某一基本測量單位的量值，只用于鑒定各種量具的精度，不直接參加測量。l(1)一級基準(zhǔn)，又稱主基準(zhǔn)和國家基準(zhǔn)l具有最高水平的基準(zhǔn)。一個國家只有一個。l(2)二級基準(zhǔn)，又稱副基準(zhǔn)l副基準(zhǔn)的量值精度由主基準(zhǔn)確定，用以代替主基準(zhǔn)向下傳遞或代替主基準(zhǔn)參加國際比對 l(3)三級基準(zhǔn)，又稱工作基準(zhǔn)l工作基準(zhǔn)用來直接向下

20、屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞，用以檢定下屬計量標(biāo)準(zhǔn)量具的精確度。 3/4/2022.26123 基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（續(xù)）2.標(biāo)準(zhǔn)l根據(jù)工作基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)出不同等級的便于經(jīng)常使用的計量標(biāo)準(zhǔn)量具或儀器，簡稱標(biāo)準(zhǔn)。l計量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級在工作基準(zhǔn)之下，工作計量器具之上。l按精度高低又分為一級標(biāo)準(zhǔn)、二級標(biāo)準(zhǔn)和三級標(biāo)準(zhǔn)。l通過這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對日常工作儀器進(jìn)行檢定，確定其量值的精確度大小。l除標(biāo)準(zhǔn)器具外，還有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。 3/4/2022.27123 基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（續(xù)）l3.幾個術(shù)語l（1）計量器具：凡是能用以直接或間接測出被測對象量值的量具、計量儀器和計量裝置都統(tǒng)稱為計量器具。計量器具按作用可

21、分為計量基準(zhǔn)、計量標(biāo)準(zhǔn)和工作計量器具三類。l（2）計量標(biāo)準(zhǔn)器具：準(zhǔn)確度低于計量基準(zhǔn)，用于檢定計量標(biāo)準(zhǔn)或工作計量器具的計量器具。l（3）工作計量器具：工作崗位上使用，不用于進(jìn)行量值傳遞，而是直接用來測量被測對象量值的計量器具。3/4/2022.28123 基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（續(xù)）l（4）比對： 在規(guī)定條件下，對相同準(zhǔn)確度等級的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計量器之間的量值進(jìn)行比較，其目的是考核量值的一致性。l（5）檢定： 是用高一等級準(zhǔn)確度的計量器具對低一等級的計量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評定被檢計量器具的計量性能是否合格的目的。一般要求計量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的1/3到1/10。l（6）校準(zhǔn)：

22、校準(zhǔn)是指被校的計量器具與高一等級的計量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計量器具的示值誤差（有時也包括確定被校器具的其他計量性能）的全部工作。l（7）量值的傳遞： 指一個物理量單位通過各級基準(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量儀器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過程。 3/4/2022.291.2.4 測量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性測量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性1.基準(zhǔn)的權(quán)威性l基準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格的、制作工藝技術(shù)最先進(jìn)。 l原器基準(zhǔn)自身也會隨時間、地點(diǎn)、環(huán)境條件而變化，甚至?xí)p壞，會失傳。l從現(xiàn)代科學(xué)的觀點(diǎn)來看，最好的基準(zhǔn)是原子基準(zhǔn)。2.基準(zhǔn)的相對性一個時期的測量基準(zhǔn)反映當(dāng)時的人類認(rèn)識水平和科學(xué)水平

23、 例：以太陽為基準(zhǔn)，時間測量的精確度1天內(nèi)可達(dá)到1秒鐘。而目前銫原子鐘的計時精確度在三百萬年內(nèi)也不超過1秒。3/4/2022.301.2.4 測量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性測量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性（續(xù)）（續(xù)）3/4/2022.311.2.5 測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞中中國國計計量量院院中中國國測測試試院院國國家家標(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

24、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 3/4/2022.321 13 3 測量誤差的基本概念測量誤差的基本概念1.3.1 測量誤差的定義l測量的目的: 獲得被測量的真值。l真值: 在一定的時間和空間環(huán)境條件下，被測量本身所具有的真實數(shù)值。 l測量誤差 :l所有測量結(jié)果都帶有誤差 。Axx3/4/2022.331.3.2 1.3.2 測量誤差的來源測量誤差的來源 l（1）儀器誤差：由于測量儀器及其附件的設(shè)計、制造、檢定等不完善，以及儀器使用過程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤差。l（2）影響誤差：由于各種環(huán)境因素（溫度、濕度、振動、電源電壓

25、、電磁場等）與測量要求的條件不一致而引起的誤差。l（3）理論誤差和方法誤差：由于測量原理、近似公式、測量方法不合理而造成的誤差。l（4）人身誤差：由于測量人員感官的分辨能力、反應(yīng)速度、視覺疲勞、固有習(xí)慣、缺乏責(zé)任心等原因，而在測量中使用操作不當(dāng)、現(xiàn)象判斷出錯或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。l（5）測量對象變化誤差：測量過程中由于測量對象變化而使得測量值不準(zhǔn)確，如引起動態(tài)誤差等。3/4/2022.341.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法 測量誤差有絕對誤差和相對誤差兩種表示方法。l1.絕對誤差l（1）定義：由測量所得到的被測量值與其真值之差，稱為絕對誤差 0AxxxxAx3

26、/4/2022.351.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法（續(xù)）（續(xù)）l（2）修正值l與絕對誤差的絕對值大小相等，但符號相反的量值，稱為修正值l測量儀器的修正值可以通過上一級標(biāo)準(zhǔn)的檢定給出，修正值可以是數(shù)值表格、曲線或函數(shù)表達(dá)式等形式。l被測量的實際值xAxCCxA3/4/2022.361.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法（續(xù)）（續(xù)）l2.相對誤差l一個量的準(zhǔn)確程度，不僅與它的絕對誤差的大小，而且與這個量本身的大小有關(guān)。l例：測量足球場的長度和成都市到綿陽市的距離，若絕對誤差都為1米，測量的準(zhǔn)確程度是否相同？l（1）相對真誤差、實際相對誤差、示值相

27、對誤差相對誤差：絕對誤差與被測量的真值之比相對誤差是兩個有相同量綱的量的比值，只有大小和符號，沒有單位。0100%xA 3/4/2022.371.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法（續(xù)）（續(xù)）實際相對誤差： 用實際值A(chǔ)代替真值A(chǔ)0 示值相對誤差： 用測量值X 代替實際值A(chǔ)100%AxA 100%xxx 3/4/2022.381.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法（續(xù)）（續(xù)）l（2）滿度相對誤差（引用相對誤差）l用測量儀器在一個量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大絕對誤差與該量程值（上限值下限值）之比來表示的相對誤差，稱為滿度相對誤差（或稱引用相對誤差）100%mmm

28、xx 0 0mx|mx |mx A AxAmAmx A mmmxx3/4/2022.391.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法（續(xù)）（續(xù)）l電工儀表就是按引用誤差 之值進(jìn)行分級的。是儀表在工作條件下不應(yīng)超過的最大引用相對誤差l我國電工儀表共分七級：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如果儀表為S級，則說明該儀表的最大引用誤差不超過S% l測量點(diǎn)的最大相對誤差l在使用這類儀表測量時，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧砍蹋故局当M可能接近于滿度值，指針最好能偏轉(zhuǎn)在不小于滿度值2/3以上的區(qū)域。 m %mxxSx3/4/2022.401.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測

29、量誤差的表示方法（續(xù)）（續(xù)）l例1-3 某待測電流約為100mA，現(xiàn)有0.5級量程為0400mA和1.5級量程為0100mA的兩個電流表，問用哪一個電流表測量較好？2100%1.5% 1.5%100mxxSx1400%0.5%2%100mxxsx 3/4/2022.411.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法（續(xù)）（續(xù)）l（3）分貝誤差相對誤差的對數(shù)表示l分貝誤差是用對數(shù)形式（分貝數(shù)）表示的一種相對誤差，單位為分貝（dB）。 電壓增益的測得值為 誤差為用對數(shù)表示為增益測得值的分貝值分貝誤差 oxiVAV 20lg()xxGA dB 20lg(1)dBAAAAAx3/4/20

30、22.421.3.3 1.3.3 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法（續(xù)）（續(xù)）3/4/2022.431.4 測量信息的獲取原理測量信息的獲取原理本節(jié)中將主要闡述以下基本問題：l信息的含義是什么？l為什么信息可以被獲??？l信息獲取是怎樣的過程？l信息獲取過程中采用了哪些基本方法？l這些方法的實現(xiàn)途徑是什么？l信息獲取的限制因素及其克服措施是什么？測量是研究獲取被測對象 信息的一門科學(xué)。3/4/2022.441.4.1 信息的概念信息的概念1客體的實有的信息客觀信息l某事物客體所具有的信息，是指該客觀存在的事物的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的自我表述或自我顯示。 l客體論的信息是一種客觀的存在，不以主

31、體的存在與否為轉(zhuǎn)移，或者無論是否被其主體感受到，都絲毫不影響它的“自我表述”或“自我顯示”。l任何事物都具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時處在一定的環(huán)境之中，正是這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境兩者綜合作用，決定了事物的具體運(yùn)動狀態(tài)和狀態(tài)變化方式。 l但在有時人們很難了解事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀況，這時就只能把它看作一個“黑箱”，并通過它的外部聯(lián)系（如輸入/輸出關(guān)系等外部行為）的狀態(tài)及其變化方式來獲得信息。 3/4/2022.451.4.1 信息的概念信息的概念（續(xù)）（續(xù)）2主體認(rèn)識論的信息主觀信息l是指主體所感知或表述的關(guān)于該事物的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式，及有關(guān)的形式、含義和效用。l主體認(rèn)識論層次的信息的內(nèi)涵比客體論層次

32、信息豐富得多。這是因為作為認(rèn)識的主體：l（1）具有感覺的能力，能夠感覺到信息的外在形式。l（2）具有理解能力，能夠理解信息的內(nèi)在含義。l（3）具有目的性，因而能夠判斷信息對其目的而言的價值。 3/4/2022.461.4.1 信息的概念信息的概念（續(xù)）（續(xù)）3.全信息是同時考慮了事物運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的外在形式、內(nèi)在含義和效用價值的主體認(rèn)識論層次信息。 4實在信息、先驗信息、實得信息 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3/4/2022.471.4.2 信息的感知信息的感知1感知的基本原理l信息感知的基本機(jī)制在于要有某種組織或器官能夠靈敏地感受到被測對象運(yùn)動的狀態(tài)及其

33、變化的方式 。l信息感知，是感知事物運(yùn)動的狀態(tài)及其變化方式，其實質(zhì)是把客體論層次的信息轉(zhuǎn)換為主體認(rèn)識論層次的語法信息 信信息息感感知知主主體體認(rèn)認(rèn)識識論論信信息息（語語法法信信息息）客客體體層層次次的的信信息息（信信號號）yx3/4/2022.481.4.2 信息的感知信息的感知2感知的基本技術(shù)傳感器與敏感器l測量的第一個環(huán)節(jié)是信息的感知。l傳感器是感知各種非電信息并把非電量轉(zhuǎn)換為電量輸出的器件或裝置，它是非電系統(tǒng)與電系統(tǒng)之間的接口，本質(zhì)上是完成信息載體的轉(zhuǎn)換。l傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)換的效應(yīng)可分為物理型、化學(xué)型和生物型三大類。 例：熱敏電阻把被測溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。3/4/2022.491.4

34、.3 信息的識別信息的識別l1識別的基本原理 l（1）識別是把感知的語法信息（信號形式）轉(zhuǎn)換成人們能夠理解的語義信息。l（2）識別（分類）的基本原理是形式特征的比較。由于信息的類別不同，其形式特征也不相同，因此，理論上信息總是可以分辨（識別）的。l（3）識別的原則是：相似而認(rèn)同，相異而拒斥。l（4）由于識別環(huán)境存在固有干擾，待識別的信息天然不理想，理論方法不完備和信息類別相似性的表達(dá)不完善，因此，無論怎樣精巧地設(shè)計信息識別系統(tǒng)，完全無差錯的識別是不現(xiàn)實的（誤差存在的絕對性）。 3/4/2022.501.4.3 信息的識別信息的識別2識別的基本技術(shù)為了把語法信息（信號）轉(zhuǎn)換人們能夠理解的語義信息

35、，須使用信號的比較、變換、處理和顯示技術(shù)。（1）比較用已知量和未知量比較。（2）變換某些被測量不便于直接比較，無法直接觀測而采用了變換。為了獲得更高的識別分辨力和精度、更快的速度、更寬的量程而采用變換技術(shù)。 例如，雷達(dá)測量飛機(jī)的距離，采用了把距離變換成時間，通過直接測量電脈沖來回傳輸?shù)臅r間來測得距離。（3）信息處理泛指為了各種目的而對信息所進(jìn)行的變換和加工。 （4）顯示原理顯示的基本功能是把人眼不可見的信息轉(zhuǎn)化成為可見的信息 3/4/2022.511.4.3 信息的識別信息的識別（續(xù)）（續(xù)）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

36、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3/4/2022.521.4.3 信息的識別信息的識別（續(xù)）（續(xù)）l（1）人工處理方式例：一個模擬式的交流電壓表的原理框圖，它測量交流電壓的有效值。工作原理是被測交流電壓經(jīng)峰值檢波器變換成直流電壓（AC-DC電壓變換），然后經(jīng)直流電壓放大（幅度變換）和

37、電壓轉(zhuǎn)換為電流輸出（電壓-電流變換），去驅(qū)動電表指針偏轉(zhuǎn)（電壓-指針偏轉(zhuǎn)換變換）。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3/4/2022.531.4.3 信息的識別信息的識別（續(xù)）（續(xù)）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1u1信信號號調(diào)調(diào)理理U1傳傳感感器器2u2信信號號調(diào)調(diào)理理U2傳傳感感器器3u3信信號號調(diào)調(diào)理理U3傳傳感感器器4u4信信號號調(diào)調(diào)理理U4傳傳感感器器5u5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/HA/D計計算算機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)碼碼管管CRT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/OD/A模模擬擬信

38、信號號輸輸出出（2 2）自動化方式）自動化方式3/4/2022.541.4.3 信息的識別信息的識別（續(xù)）（續(xù)）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l（3）智能化處理l機(jī)器智能人所賦予機(jī)器的一種智能。l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。 3/4/2022.551.5 測量的間接比較與直接比較原理測量的間接比較與直接比較原理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

39、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 l測量最基本的原理是比較，比較是認(rèn)識和區(qū)別被測對象的一種重要方法。測量是通過比較來取得一個定量的認(rèn)識 1.5.1 基于比例變換的間接比較法（偏轉(zhuǎn)法）1.比例變換的原理（1）三種類型的子變換：A321 ( )( )yfff xf x3/4/2022.561.5.1 1.5.1 基于比例變換的間接比較基于比例變換的間接比較法法（續(xù)）（續(xù)）l例：彈簧秤是偏轉(zhuǎn)法直讀式儀器的一個簡單例子。被測重物放在彈簧秤上，把物體的重量變成彈簧的彈性形變。然后，形變帶動機(jī)械式儀表的指針成比例的偏轉(zhuǎn)，指示出

40、被測物體的重量。直讀式直讀式電壓表電壓表 3/4/2022.571.5.1 1.5.1 基于比例變換的間接比較基于比例變換的間接比較法法（續(xù)）（續(xù)） （2）實現(xiàn)結(jié)構(gòu) 由于故：式中 K K1 1K K3 3K K2 2xu2u3 yu1y1y2y3信信源源點(diǎn)點(diǎn)信信宿宿點(diǎn)點(diǎn) )(111uxKy)(2122uyKy)(3233uyKyy321123()y K K K x uuuKx u 123KK K K321123uuuuKK K 3/4/2022.581.5.1 1.5.1 基于比例變換的間接比較基于比例變換的間接比較法法（續(xù)）（續(xù)）l（2）間接比較方法 ：l步驟為校準(zhǔn) 測量 （a) 測零點(diǎn)值（

41、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 x0ysyxysx xxs3/4/2022.591.5.2 1.5.2 基于差值示零的直接比較基于差值示零的直接比較法法1.差值檢測原理:被測量與標(biāo)準(zhǔn)量

42、直接進(jìn)行比較 需要一個具有比較功能的電路，要求比較的范圍寬、靈敏度和分辨力高； 需要一個與被測量同類的可變標(biāo)準(zhǔn)量參與比較，要求標(biāo)準(zhǔn)量準(zhǔn)確且可細(xì)微調(diào)節(jié)。l比較功能可由運(yùn)算功能來實現(xiàn)l有兩種方式：l差值運(yùn)算比較 l比例運(yùn)算比較 xsy比較電路比較電路被測量被測量標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量3/4/2022.601.5.2 1.5.2 基于差值示零的直接比較基于差值示零的直接比較法法l2. 差值示零的平衡調(diào)節(jié)l（1）零示法原理: xs 3/4/2022.611.5.2 1.5.2 基于差值示零的直接比較基于差值示零的直接比較法法（續(xù)）（續(xù)）（2）實現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)K1K2減減法法比比較較或或比比例例比比較較K3變變

43、換換變變換換變變換換指指示示器器 uxusy0 0 xs（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skkx1212kk x s 3/4/2022.621.5.2 1.5.2 基于差值示零的直接比較基于差值示零的直接比較法法（續(xù)）（續(xù)）l對稱差動的橋式結(jié)構(gòu) (b) 對稱橋式結(jié)構(gòu)(b) 對稱橋式結(jié)構(gòu)s sx激勵源激勵源y=0y=02r1r當(dāng)當(dāng) 時，時， 12rxsr 12rr xs 3/4/2022.631.5.3 減少誤差的復(fù)合式比較減少誤差的復(fù)合式比較為了提高測量準(zhǔn)確度，在比較中可采用各種減小測量誤差的方法，如微差法、替代法、對照法。l（1）微差法l在零示法中，要仔

44、細(xì)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量S 使之與未知量x相等，這通常很費(fèi)時間，有時甚至不可能做到，l微差法：標(biāo)準(zhǔn)量S與被測量x相差了一微小量 ，再用儀器測出 ，即求得待測量x xs 3/4/2022.641.5.3 減少誤差的復(fù)合式比較減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）（續(xù)）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。 xSxSx/ 0-v+vxs3/4/2022.651.5.3 減少誤差的復(fù)合式比較減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）（續(xù)） 3/4/2022.661.5.3

45、減少誤差的復(fù)合式比較減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）（續(xù)）l2.替代法l在測量條件不變的情況下，用一已知的標(biāo)準(zhǔn)量去替代未知的被測量，通過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量而保持替代前后儀器的示值不變，于是標(biāo)準(zhǔn)量的值等于被測量值。 替代法的測量原理 替代法的測量原理xs0 0-v-v+v+v2 2K KK K1 1（b) 零示法（b) 零示法(a) 偏轉(zhuǎn)法(a) 偏轉(zhuǎn)法xs0 0-v-v+v+v2 2K KK K1 1r r3/4/2022.671.5.3 減少誤差的復(fù)合式比較減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）（續(xù)）l3.交換法l通過交換被測量和標(biāo)準(zhǔn)量的位置，從前后兩次換位測量結(jié)果的處理中，削弱或消除系統(tǒng)誤差。l特別適用于平衡對稱結(jié)

46、構(gòu)的測量裝置中，并通過交換法可檢查其對稱性是否良好。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：12121()2xWWWW W11 2xW lWl 22 1xW lW l (a) 天平稱重(a) 天平稱重xWW1l1l2xWW2l1l23/4/2022.681.5.3 減少誤差的復(fù)合式比較減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）（續(xù)）l例：在電橋中采用交換法測電阻12121()2xssssRRRRR3/4/2022.691.6 1.6 電子測量中的基本實現(xiàn)技術(shù)電子測量中的基本實現(xiàn)技術(shù)1.6.1 1.6.1 電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)1.量值變換l量值是指

47、電壓、電流、功率、阻抗、時間等電參量的幅值大小。l量值變換即指把它們的幅值按比例地增大或縮小。l把量值處于難以測量的邊緣狀態(tài)（太小或太大）的被測量，按某一已知比值變換為量值適中的同樣參量進(jìn)行測量。l 通過量值變換，可增加測量范圍，提高測量分辨力和精度。 3/4/2022.701.6.1 1.6.1 電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）（1）信號放大與衰減 信號放大是為了將微弱的被測信號，放大到足以進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換處理，或能驅(qū)動指示器、記錄器。l測量放大器是指在測量系統(tǒng)中用來放大微弱電壓、電流或電荷信號的放大器。要求低漂移 結(jié)構(gòu)原理：差動直接耦合式、調(diào)制式（斬波穩(wěn)零）和自動穩(wěn)定式三

48、大類。還有高輸入阻抗放大電路、高共模抑制比放大器、電橋放大器、電荷放大器、程控增益放大器、隔離放大器等。l衰減器用來降低測量系統(tǒng)中的信號電平 用途：使大的信號進(jìn)入儀器的測量范圍，或者通過降低信號電平來控制失真，或改進(jìn)阻抗匹配，或?qū)π盘栐慈ヱ畹?分類：電阻式、感應(yīng)式、吸收式、回轉(zhuǎn)式、截止式、電調(diào)式等。 3/4/2022.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）l（2）阻抗變換l電子測量中，特別是在微波測量中，當(dāng)將不匹配的負(fù)載與傳輸線連接時，或?qū)⑻卣髯杩共煌膫鬏斁€進(jìn)行連接時，信號傳輸中將產(chǎn)生強(qiáng)烈反射。l為了保證良好的傳輸，必須在傳輸線與負(fù)載之間或不同特征阻抗

49、的傳輸線之間接入一種阻抗變換的雙口網(wǎng)絡(luò)，改變阻抗的大小，實現(xiàn)阻抗的匹配。l在信號源的功率放大器輸出電路中，也要求負(fù)載阻抗匹配，常用變壓器等進(jìn)行阻抗變換，以保證最佳功率傳輸。l電子測量儀器輸入端具有很高輸入阻抗，輸入跟隨器則是實現(xiàn)了輸入通道從高阻到低阻的阻抗變換。 3/4/2022.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）l2.頻率變換l（1）檢波：交流電壓變成直流電壓 常用磁電式電表，它只能測量直流，交流信號必須檢波成直流信號來測量 l（2）斬波：把一個直流電壓調(diào)制成交流電壓，經(jīng)過交流放大，然后再把交流電壓通過反調(diào)制（解調(diào)）還原為直流電壓的過程。 斬波的作

50、用是對微弱的直流電壓進(jìn)行放大 3/4/2022.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）l（3）變頻（混頻）l進(jìn)行頻率的加減運(yùn)算。l獲得很寬的頻率覆蓋范圍。l獲得高增益，提高測量儀器的靈敏度。l實現(xiàn)中頻或低頻替代，以提高測量精度。l實現(xiàn)頻率的精密測量。 例：例：f=200.020kHzf=200.020kHz220kHz220kHz f f0 0=200kHz=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10001000L LC C振振蕩蕩器器fF=f-f0f03/4/20

51、22.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）（4）倍頻l倍頻器是頻率綜合技術(shù)中的乘法器。l差頻倍增法 l用倍頻法減小測量誤差。 利用電子計數(shù)進(jìn)行頻率測量時，1誤差將決定測量誤差。若KHz，1的相對誤差為10-3，如果先對進(jìn)行103倍的鎖相倍頻后測量，則該項誤差可降為10-6。()xsxsmfmfm ffm f 3/4/2022.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）l（5）分頻l分頻是于對信號頻率進(jìn)行除法運(yùn)算l（6）頻率合成l頻率合成是把一個（或少量幾個）高穩(wěn)晶振頻率源經(jīng)過一系列綜合的加、減、乘、除四則運(yùn)算，可作為

52、隨意調(diào)節(jié)頻率的高精度信號源。l（7）取樣技術(shù)l取樣門電路將高頻信號進(jìn)行取樣變換，使之以低頻形式復(fù)現(xiàn)出來。l它可以把頻率上限擴(kuò)展到幾GHz甚至幾十GHz。3/4/2022.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）l3.波形變換l（1）整形 將任意形狀的波形變成規(guī)則的脈沖波形，l例如，用于電子計數(shù)器的輸入通道中。l（2）限幅 把信號波形幅度限制在一定范圍內(nèi)l（3）微分 由矩形脈沖形成一個窄脈沖。l在電子計數(shù)器、取樣示波器、廣譜信號源中廣泛使用。l（4）合成 多種波形疊加成復(fù)雜波形。l例如合成CRT顯示的視頻信號波形。l（5）變換 方波變成三角波或正弦波，三角波

53、變成正弦波或方波，正弦波變成方波或三角波等。l波形變換技術(shù)廣泛用于多波形函數(shù)發(fā)生器中。 3/4/2022.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）4）參量變換l（1）AV變換電流、電壓、電阻之間的變換l多 用 表 中 采 用 的 A V 變 換 ， 包 括 交 流 / 直 流（AC/DC）、電流/電壓（I/V）和電阻/電壓（/V）的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了交、直流電壓、電流、電阻等多種測量功能。l（2）V/F變換模擬直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率l（3）V/T變換模擬直流電壓轉(zhuǎn)換成時間 l（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變換3/4/2022.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中

54、的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）l5.能量變換能量變換是泛指其他多種形式的物理量與電學(xué)量之間的變換。傳感器就是能量變換器，即從非電量變換成電量l一般分為參量變換器及電勢變換器兩大類：l參量變換器是將各種物理量變換成電阻、電感、電容或磁導(dǎo)率等。例如，常用的電阻絲應(yīng)變片、電感式變換器、電容式變換器l電勢變換器是將各種物理量變換成電勢、電流等電量的變換器，例如，感應(yīng)變換器、光電變換器、壓電變換器、熱電偶等。l在顯示器中，把電量變換成非電量機(jī)械量、光學(xué)量等。如指針的偏轉(zhuǎn)、發(fā)光的數(shù)碼、字符和圖像等。l6.模/數(shù)和數(shù)/模變換3/4/2022.7.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)

55、）續(xù)）l例：試說明實現(xiàn)彈簧稱、指針式直流電壓表、電子示波器等三種儀器的測量功能中所采用的變換技術(shù)。解（1）彈簧稱把物體的重量變成了彈簧長度的形變，進(jìn)行了機(jī)械量到機(jī)械量的變換； （2）指針式直流電壓表電壓的量值變成了電表指針偏轉(zhuǎn)角的大小，進(jìn)行了電量到機(jī)械量的變換；（3）示波器把電信號的波形無失真地變換成了在熒光屏上光信號的波形，進(jìn)行了電到光的變換。3/4/2022.80.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）l例 試以數(shù)字多用表測量交流電流為例，闡述變換技術(shù)在電子測量中的應(yīng)用。l交流電流/交流電壓的變換；交流電壓/直流電壓的變換；直流電壓的幅值變換；模擬/數(shù)字的

56、變換；BCD碼/七段碼的碼制變換；顯示器件的電/光轉(zhuǎn)換。I/VAC/DC放放大大或或衰衰減減A/DBCD/七七段段碼碼數(shù)數(shù)碼碼顯顯示示i3/4/2022.8.1電子測量中的變換技術(shù)電子測量中的變換技術(shù)( (續(xù)）續(xù)）l例：一個工件傷痕檢測系統(tǒng)使用的變換技術(shù)l機(jī)械量信息到光信號；光信號變換成電信號；電信號被放大，進(jìn)行了幅度變換；對電信號比較、校正的處理后抽取出了有關(guān)傷痕的有用信息；電信號到光信號的變換。 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標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)樣樣板板3/4/2022.821.6.2

57、電子測量中的比較技術(shù)電子測量中的比較技術(shù)1.比較的基本概念l被測量為x、標(biāo)準(zhǔn)量為s、比較電路輸出為y。l當(dāng)xs時，y=YHl當(dāng)x=s 時，y出現(xiàn)一個躍變信號被測量被測量標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量xs比比較較電電路路yyHyL0ysx3/4/2022.831.6.2 電子測量中的比較技術(shù)電子測量中的比較技術(shù)(續(xù)續(xù))l（1）比較的基本類型（按功能分）：l標(biāo)量比較它只識別兩個同類的未知量是否相等，例如兩個爐子溫度是否相等，l矢量比較它識別一組同類的未知量的相對大小，并按照由大到?。ɑ蛴尚〉酱螅┑捻樞蚺帕衅饋?。l差值比較利用具有減法運(yùn)算功能的比較電路，取出兩個未知量之間的間隔大?。ú钪担?，并對差值進(jìn)行比較。l比值比

58、較它選擇某個點(diǎn)作為參考點(diǎn)，將每次測量值除以參考值，確定它們的相對大小。例如，在一組測量值中以最大測量值作參考，得到測量值以百分?jǐn)?shù)表示。l量化比較被測未知量與標(biāo)準(zhǔn)單位量比較，確定它是該單位的若干倍或是若干分之一。A/D轉(zhuǎn)換器是基于量化比較的典型部件。3/4/2022.841.6.2 電子測量中的比較技術(shù)電子測量中的比較技術(shù)(續(xù)續(xù))（2）電子測量中的典型比較方法l差值運(yùn)算比較 lA零示法：若測量過程中調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量s，使y=0（電路平衡、指示器為零）時，則x=s；lB偏轉(zhuǎn)法：若測量過程中選擇接近x的s，指示器測出微小差值y，則x=s+y（微差法）l比例運(yùn)算比較 y=x/s lA零示法：若調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量S，

59、使y=1（電路平衡，指示器為1），則x=slB. 偏轉(zhuǎn)法：若固定S值，指示器測出y值，則x=y.s0-v+vxsx xs s3/4/2022.851.6.2 電子測量中的比較技術(shù)電子測量中的比較技術(shù)(續(xù)續(xù))2.電壓比較（1）電平比較l兩個模擬電壓的大小的比較是用電壓比較器來實現(xiàn)的 （a）差差動動型型 （b）求求和和型型 （c）比比較較特特性性_+uxusuo_+uxus比比較較器器uousux0 xsuu12xsRuuR 3/4/2022.861.6.2 電子測量中的比較技術(shù)電子測量中的比較技術(shù)(續(xù)續(xù))l（2）差值型比較采用能輸出模擬差值電壓的減法運(yùn)算放大器。實現(xiàn)減法運(yùn)算功能的方法也有差動型比

60、較和求和型比較兩種。l（3）比例型比較具有除法或比例運(yùn)算功能的電路或部件，也可完成被測量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較。例如，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器中，被測電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間具有如下關(guān)系：21xsTUUT3/4/2022.871.6.2 電子測量中的比較技術(shù)電子測量中的比較技術(shù)(續(xù)續(xù))3.阻抗比較l電橋電路具有對稱差動的電路結(jié)構(gòu)，是一種電量天平，可以十分方便地實現(xiàn)差值檢測和比例比較的功能。l電橋電路具有靈敏度高、測量范圍寬，溫度補(bǔ)償容易實現(xiàn)，測量電路的零點(diǎn)調(diào)節(jié)方便。（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3124ZZZZ1122s