電子儀器測量第1講緒論

第一章緒論（1）市場調(diào)查（2）發(fā)展現(xiàn)狀（3）國產(chǎn)測量儀器發(fā)展方向（4）中國工程師面臨的問題（1）課程學習目的（2）電子信息專業(yè)對電子測量與儀器的應用（1）測量的基本定義（2）電子測量儀器（一）（二）（三）（四）計量電子測量儀器屬于高新技術領域，是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品中新技術應用最多、最快的產(chǎn)品門類之一，最先進的電子測量技術基本上被歐美日等發(fā)達國家掌控。徐春齡秘書長介紹:中國電子儀器市場銷售額的基本情況。“在中國市場上，國產(chǎn)電子儀器的銷售額僅為100億元左右，進口的電子儀器銷售額為100億美元左右。這樣算來，國產(chǎn)電子儀器只占到市場銷售額的14%左右”。一、（1）市場調(diào)查變送器、執(zhí)行器、測繪儀器、金屬材料試驗機等產(chǎn)品的產(chǎn)量居世界前列，實驗分析儀器等中高檔產(chǎn)品的市場占有率不斷上升，行業(yè)技術上總體已達到的中等國際水平，少數(shù)產(chǎn)品接近或達到當前較高國際水平。

“現(xiàn)在中國儀器技術水平比任何時候的國際儀器技術水平，差距都大”。美國已規(guī)定330兆赫以上的安潔倫信號分析儀，不允許賣給中國風電、核電、智能電網(wǎng)、高速列車和軌道交通等，這些產(chǎn)業(yè)對儀器儀表來說都是巨大的市場增長點。

中國本土測量儀器設備行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀中國電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計年鑒得出：中國的測試測量儀器每年都以超過30%以上的速度在快速增長。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。

一、（2）發(fā)展現(xiàn)狀中國該領域唯一重點實驗室的中國電子集團公司第41研究所青島興儀電子設備有限公司高純微波合成信號發(fā)生器微波噪聲系數(shù)分析儀便攜式射頻頻譜分析儀2.5Gb/sSDH/PDH數(shù)字傳輸分析儀、高性能的光通訊設備：包括光譜分析儀和高性能微型光時域反射計，高速數(shù)字示波器等天津德力公司

DS8821Q數(shù)字電視頻譜分析儀DS1191數(shù)字電視綜合分析儀DS1883Q數(shù)字電視場強儀DS9000碼流分析儀等產(chǎn)品還有DS768這類的機頂盒專用測試設北京普源精電科技有限公司

從最常規(guī)的數(shù)字萬用表，任意波形發(fā)生器，到高性能的數(shù)字示波器

DS3000系列任意波形發(fā)生器，是一款帶有數(shù)字邏輯輸出功能(16路數(shù)據(jù)通道和2路時鐘通道)的混合信號發(fā)生器(MSG)。該設備采樣率達到300MSa/s，垂直分辨率為14bits，還有1M采樣點存儲深度?？梢蕴峁┦N標準波形，還可以提供用戶自定義的任意波形，其中包括各種豐富的調(diào)制波形，滿足了很多領域的應用；還有DS1000系列混合數(shù)字示波器，目前示波器的帶寬已經(jīng)達到500MHz，并具有很豐富的高級觸發(fā)方式，特別是碼形觸發(fā)和持續(xù)時間觸發(fā)，解決了各種異常波形的觸發(fā)問題。示波器中還集成了邏輯分析功能，保證了使用上的方便。

一、（3）國產(chǎn)電子測量儀器行業(yè)發(fā)展方向第一，數(shù)字化電子測量儀器的普及率必須提升。第二，總線技術必須跟蹤國際發(fā)展水平。VXI、PXI、LXI、USB接口、總線技術在電子測量儀器領域國外已經(jīng)發(fā)展到一個很高的水平。目前，有三個趨勢在推動測試測量行業(yè)的發(fā)展：首先，要有系統(tǒng)就緒的硬件，即模塊化的產(chǎn)品，可以很快構建一個系統(tǒng)。其次，要有基于標準的與PC兼容的輸入輸出接口，以及輸入、輸出驅(qū)動程序，可以基于局域網(wǎng)，也可以基于互聯(lián)網(wǎng)。最后，要有靈活的軟件解決方案，不論客戶需要的是Excel界面還是文字界面，都可以給客戶靈活的選擇。

國際電子測量儀器LXI(LANeXtensionforIn-strument)聯(lián)盟的產(chǎn)生，就是為了迎合這個變化。

第三，軟件技術必須盡快提上日程。電子測量儀器“軟件”是電子測量儀器智能化的核心技術，而且“軟件修正測量誤差”是目前修正測量誤差既經(jīng)濟又最有效的辦法；此外，特別是軟件定義的無線電測量儀器，在國外得到了特別的重視和發(fā)展。自從無線接收系統(tǒng)從超外差變頻結構，轉(zhuǎn)變成無外差變頻的零中頻結構之后，無線電發(fā)射接收系統(tǒng)簡化成為數(shù)字變頻、基帶放大器、基帶濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器等數(shù)字部件，使軟件定義無線電(SDR)測量儀器得以實現(xiàn)。第四，模塊化技術必須加緊跟上這是國際電子測量儀器發(fā)展的方向，實際上模塊化技術與總線技術(接口技術)、軟件技術是三位一體，我們必須盡快把三者有機地接合起來，形成有競爭力的電子測量儀器產(chǎn)品。

第五，合成儀器必須盡快實施。合成儀器采用可互換的標準模塊、標準電路、標準接口，實現(xiàn)從單元電路至系統(tǒng)的積木化結構。由于美國國防部門是全球電子測量儀器的最大采購商，合成儀器將推動美國、歐洲、日本投入更多人力物力，開發(fā)從器件、模塊、子系統(tǒng)至完整的自動測量系統(tǒng)，成為電子測量儀器技術創(chuàng)新的新動力。

中國的工程師真正面臨的問題在于如何選擇與應用相適應的儀器設備以及如何使用儀器以及如何有效利用儀器的延伸性能，從而使設備的效能得到真正發(fā)揮，

一、（4）中國工程師面臨的問題：工程師真正面臨的挑戰(zhàn)體現(xiàn)在采用多種技術和混合信號的嵌入式設計方面。挑戰(zhàn)主要是如何順應新的標準和新的應用來制定最完整和最恰當?shù)臏y試方案，還有自定義產(chǎn)品和系統(tǒng)的測試等。

那就是在測試領域里，中國面臨的最大挑戰(zhàn)就是缺乏具有微波背景和相關經(jīng)驗的工程人才，以及優(yōu)秀的測試與計量人才。

二、（1）目的：是使學生掌握近代電子測量的基礎理論和電子測量儀器的原理與應用，在科學實驗或生產(chǎn)實踐中能制定先進的測試方案，能合理選用測量儀器，能正確處理測量數(shù)據(jù)，以獲得最佳的測試結果。

二、（2）應用主要研究信息的獲取與處理，電子設備與信息系統(tǒng)的設計、開發(fā)、應用和集成

電子測量技術在通信中的應用發(fā)射功率、頻率穩(wěn)定度接收靈敏度、通頻帶、信號頻譜傳輸特性、衰減特性誤碼率通信協(xié)議放大器、濾波器三、（1）電子測量概述測量

是人類認識和改造世界的一種重要手段。

對客觀事物的認識過程中，需要進行定性、定位分析定量研究，定量就需要進行測量。測量

是通過實驗方法對客觀事物取得定量數(shù)據(jù)的過程。被測物體的重量等于標準砝碼的重量被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因為，彈簧秤度盤上的刻度是事先與標準量進行比較的結果。測量的定義測量的定義廣義地講，測量不僅對被測的物理量進行定量的測量，而且還包括對更廣泛的被測對象進行定性、定位的測量。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。而測量結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、拓樸結構等。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)。測量的基本要素 被測對象、測量儀器、測量技術、測量人員和測量環(huán)境

生活中的例子重量，長度，溫度，濕度，三表（電，水，氣）……汽車監(jiān)測點：50——100飛機監(jiān)測點：3000航天飛行器監(jiān)測點：5000電子技術人員的工作臺沒有測量就沒有科學——門捷列夫諾貝爾物理獎，化學獎中1/4屬于測試方法和測試儀器的創(chuàng)新?！皟蓮椧恍恰钡某晒Γ瑳]有測試儀器是不可能的。生產(chǎn)中“沒有測試，就沒有新產(chǎn)品”。大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)成本中，測量成本已超過50%

電子測量

電子測量是泛指以電子技術為基本手段的一種測量技術。電子測量是測量領域的主要組成部分。(二次表)

電子測量儀器傳感器電量非電量(一次表)在當今信息時代測量技術——獲取信息通信技術——傳遞信息計算技術——處理信息被稱為信息社會三大支柱測量是信息的源頭技術

（測控技術，先要測，才能控）測量水平的高低可以反映出一個國家科學技術發(fā)展的狀況。提高測量水平，實現(xiàn)測量手段的現(xiàn)代化，是實現(xiàn)科學技術和生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要條件和明顯標志。(電子信息怎么獲?。靠繙y量)信息化三要素著名科學家錢學森院士明確指出：信息技術包括測量技術、計算機技術和通信技術。測量技術對信息進行采集和處理，是信息技術的源頭，是關鍵中的關鍵?！?/p>

王大珩院士說：“

計量測試和儀器儀表技術就是信息技術的組成部分，而且是不可或缺的重要組成部分”。作為對信息進行采集、測量、處理和控制的重要基礎手段和設備，廣泛應用于國民經(jīng)濟各行各業(yè)?！眱蓮椧恍窃獎淄醮箸裰袊茖W院院士，中國工程院院士。我國現(xiàn)代光學技術及光學工程的開拓者和奠基人之一。

1999年榮獲“兩彈一星功勛獎章”。三、（2)

電子測量儀器利用電子技術實現(xiàn)測量的儀表設備，統(tǒng)稱為電子測量儀器。電子測量儀器的功能：2.信號處理與傳輸功能：信號調(diào)理、模/數(shù)、抗干擾、壓縮、有線或無線傳輸3.顯示功能：指針式儀表度盤；數(shù)碼管、液晶或陰極射線管顯示測量結果。1.轉(zhuǎn)換功能：電量(功率、電流、電阻)→電壓；非電量→電量（電壓）此外，一些先進的儀器，如智能儀器等，還具有數(shù)據(jù)記錄、處理及自檢、自校、報警提示等功能。

電子測量儀器的分類

按照被測量的特性，電子測量儀器可分為以下幾類：1.電信號的“三域”：調(diào)制域（調(diào)制域分析儀）ff0tf頻域（頻譜儀）f0utu時域（示波器）頻率頻域電壓時域時間調(diào)制域頻率頻域電壓時域時間調(diào)制域2數(shù)據(jù)域----二進制數(shù)據(jù)流邏輯分析儀邏輯定時分析儀邏輯狀態(tài)分析儀

10110010

3隨機域-----噪聲、干擾4元器件、網(wǎng)絡元件（無源）---R、L、C、Y、Q器件（有源）---半導體器件網(wǎng)絡（有/無源）---傳輸特性、頻率特性等

電子測量儀器的分類現(xiàn)代科學儀器的體系結構：（1）發(fā)展歷程（2）體系結構對象硬件軟件信號調(diào)理-數(shù)據(jù)采集卡DAQGPB接口儀器-GPB接口卡串行口儀器PLCVXI儀器圖像采集卡DSP現(xiàn)場總線系統(tǒng)工業(yè)自動化軟件測量與分析軟件傳統(tǒng)編程語言PC機/工作站

電子測量儀器的發(fā)展

1傳統(tǒng)儀器模擬儀器數(shù)字化儀器指針式三用表示波器數(shù)碼顯示儀表軟硬兼施多功能高精度自動化改進方向特點全由硬件組成功能單一固定精度較低人工操作

1984年11月電子工業(yè)部電子測量儀器情報網(wǎng)（戚繼明老師主辦）在廈門市召開第三屆全網(wǎng)大會，會上電子部科技情報所趙玉惠同志送給我們一套油印的資料。美國西北儀器公司總裁D.伯克（D.Birck）于1982年提出：用個人計算機構成儀器是一條合乎邏輯的捷徑。首先提出“個人儀器”的概念。因為個人計算機系統(tǒng)中的硬、軟件資源豐富，是測試儀器理想的開發(fā)平臺。當時稱為個人儀器

PersonalComputerInstrument該公司開發(fā)了一批基于蘋果（Apple）型計算機的插卡式儀器

虛擬儀器（儀器融入計算機）

定義：虛擬儀器（VirtualInstrument，VI

）是指以通用計算機作為系統(tǒng)控制器、由軟件來實現(xiàn)人機交互和大部分儀器功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。通常的概念是用通用計算機（個人計算機、PC機）開發(fā)的測試儀器與系統(tǒng)都可歸屬于“虛擬儀器”。測控

對象數(shù)據(jù)采集、控制、總線接口通用計算機

PC機、工作站虛擬儀器系統(tǒng)由軟件硬件兩部分構成，故分別敘述：件---儀器功能應用軟件---虛擬面板應用軟件----儀器功能、虛擬面板儀器驅(qū)動軟件操作系統(tǒng)（Windows等）通用計算機（PC）外圍硬件（接口、儀器模塊）設備被測系統(tǒng)用戶硬件軟件虛擬儀器D/A---由軟件產(chǎn)生測試信號A/D---采集測量數(shù)據(jù)1數(shù)字電壓表峰值---搜索正負最大值均值—

有效值---2存儲示波器3頻譜儀虛擬儀器舉例u時域（示波器）頻域（頻譜儀）f0ut插卡（模塊）D/AA/D濾波取樣PCDSP被測對象現(xiàn)代儀器智能化模塊化虛擬化網(wǎng)絡化發(fā)展方向性能優(yōu)異功能多儀器與計算機融合硬件與軟件結合特點智能儀器程控儀器---自動測試系統(tǒng)虛擬儀器主要形式未來自動測試系統(tǒng)結構圖10.22LXI與現(xiàn)有儀器組成混合系統(tǒng)總之，虛擬儀器有很廣闊的發(fā)展空間，虛擬儀器技術將通過自身不斷的革新，來滿足測量測試與自動化不斷涌現(xiàn)的新的需求！必將逐步取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領域的主流產(chǎn)品，成為測量、分析、控制、自動化儀表的核心。

隨著計算機軟硬件技術、通信技術及網(wǎng)絡技術的發(fā)展，給虛擬儀器的發(fā)展提供了廣闊的天地，國內(nèi)外儀器界都看中了這塊大市場。測控儀器將會向高效、高速、高精度和高可靠性以及自動化、智能化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)