現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)第一章

現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)第一章第1頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六課程簡(jiǎn)介第一部分測(cè)量總論及誤差理論，介紹測(cè)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。第二部分基本電參量測(cè)量(模擬和數(shù)字)，包括頻率、電壓、阻抗等第三部分時(shí)域測(cè)量，以示波器為背景介紹時(shí)域信號(hào)波形的采集、顯示及應(yīng)用技術(shù)。第四部分頻域測(cè)量，重點(diǎn)討論頻域中的信號(hào)頻譜和網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)量，介紹測(cè)量激勵(lì)信號(hào)源的基本工作原理。第五部分?jǐn)?shù)域測(cè)量，介紹數(shù)字系統(tǒng)的基本測(cè)量原理和方法，包括數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生、邏輯分析、可測(cè)性設(shè)計(jì)及數(shù)字系統(tǒng)測(cè)試的典型實(shí)例。第六部分測(cè)量系統(tǒng)集成，闡述組建測(cè)量系統(tǒng)的硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、總線標(biāo)準(zhǔn)、通信技術(shù)等。2023/4/222第2頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六本章闡述測(cè)量學(xué)科的豐富內(nèi)涵。介紹測(cè)量、計(jì)量的基本概念，即它們的意義、內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用。討論測(cè)量原理、測(cè)量方法和測(cè)量系統(tǒng)中的共性問題。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(cè)量的基本原理；從實(shí)現(xiàn)測(cè)量原理的變換、比較、處理和顯示等環(huán)節(jié)中，闡述電子測(cè)量的基本技術(shù)。第1章緒論2023/4/223第3頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.1測(cè)量與計(jì)量測(cè)量的意義

日常生活中處處離不開測(cè)量科學(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)。

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)2023/4/224第4頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

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)。2023/4/225第5頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六測(cè)量的定義1.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。

測(cè)量結(jié)果＝測(cè)量數(shù)值·測(cè)量單位，即：·2023/4/226第6頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六測(cè)量的內(nèi)涵

①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)；②測(cè)量過程:通過實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)對(duì)象的過程③測(cè)量方法：比較；A.直接比較B.間接比較；C.需要測(cè)量?jī)x器；④測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：同類已知單位。⑤測(cè)量結(jié)果：最終能表示給測(cè)量主體（人）2023/4/227第7頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六被測(cè)物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測(cè)物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)椋瑥椈沙佣缺P上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。2023/4/228第8頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六廣義測(cè)量的定義測(cè)量是為了獲取被測(cè)對(duì)象的信息而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。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)。2023/4/229第9頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六 測(cè)量的基本原理圖2023/4/2210第10頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六測(cè)量的基本要素1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2023/4/2211第11頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2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)量誤差并顯示測(cè)量出結(jié)果。2023/4/2212第12頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2023/4/2213第13頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.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。信息又可分為自然信息和社會(huì)信息兩大類。4.測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)——量具和儀器測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)包括量具、測(cè)試儀器、測(cè)試系統(tǒng)及附件等5.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。6.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)。2023/4/2214第14頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7.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。2023/4/2215第15頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六環(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)。2023/4/2216第16頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧M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?？垢蓴_、防噪聲的措施，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。2023/4/2217第17頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10～+35oC，相對(duì)濕度80%（在35oC上），只允許有輕微的振動(dòng)。II組：一般的環(huán)境條件，溫度－10～+40oC，相對(duì)濕度80%（在40oC上），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%（在35oC上），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2023/4/2218第18頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

1.1．2計(jì)量計(jì)量的定義和意義

為使在不同的地方，用不同的手段測(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。

1.計(jì)量的定義計(jì)量是一種特殊形式的測(cè)量，它把被測(cè)量與國(guó)家計(jì)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》。計(jì)量是利用技術(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。2023/4/2219第19頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.計(jì)量與測(cè)量的關(guān)系測(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。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。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。2023/4/2220第20頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.單位和單位制根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位。單位是表征測(cè)量結(jié)果的重要組成部分，又是對(duì)兩個(gè)同類量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)。1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式通過國(guó)際單位制SI。1984年2月國(guó)務(wù)院頒布了《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》，決定我國(guó)法定計(jì)量單位以國(guó)際單位制為基礎(chǔ)。SI有7個(gè)基本單位2023/4/2221第21頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六國(guó)際單位制（SI）的組成國(guó)際單位制基本單位

2023/4/2222第22頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六國(guó)際單位制是由國(guó)際單位制單位、國(guó)際單位制詞頭和國(guó)際單位制的十進(jìn)倍數(shù)單位三部分組成。國(guó)際單位制詞頭表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù)。例：5.4X10-9s=5.4ns

2023/4/2223第23頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.計(jì)量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)

1.基準(zhǔn)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。(1)一級(jí)基準(zhǔn)，又稱主基準(zhǔn)和國(guó)家基準(zhǔn)具有最高水平的基準(zhǔn)。一個(gè)國(guó)家只有一個(gè)。(2)二級(jí)基準(zhǔn)，又稱副基準(zhǔn)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(guó)際比對(duì)(3)三級(jí)基準(zhǔn)，又稱工作基準(zhǔn)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。2023/4/2224第24頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.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，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)量標(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。除標(biāo)準(zhǔn)器具外，還有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。2023/4/2225第25頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.幾個(gè)術(shù)語(yǔ)（1）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。（2）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。（3）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)象量值的計(jì)量器具。2023/4/2226第26頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（4）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。（5）檢定：是用高一等級(jí)準(zhǔn)確度的