電子測(cè)量課件

《電子測(cè)量技術(shù)》授課老師：陳鵬電子測(cè)量課程簡(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，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)據(jù)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。2023/7/282電子測(cè)量1.本章闡述了測(cè)量的基本概念。即測(cè)量是測(cè)量主體通過(guò)比較的方法，對(duì)被測(cè)對(duì)象取得定量信息（即量值）的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，是人類獲取信息的基本手段，是認(rèn)識(shí)客觀世界的主要工具。電子測(cè)量是指利用電子科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行的測(cè)量，它是測(cè)量學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的結(jié)晶。2.介紹計(jì)量的基本概念。計(jì)量是為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致的一種測(cè)量，即是一種特殊的測(cè)量。它具有統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性的三個(gè)主要特征；測(cè)量基準(zhǔn)具有權(quán)威性和相對(duì)性；測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞是從上到下，逐級(jí)傳遞；3.討論了測(cè)量誤差的概念、來(lái)源，絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的定義和計(jì)算方法；4.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；5.介紹了測(cè)量的量值比較原理，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。6.討論了實(shí)現(xiàn)測(cè)量的基本技術(shù)，即變換、比較、處理和顯示技術(shù)。

第1章電子測(cè)量概述2023/7/283電子測(cè)量1.1測(cè)量的基本概念1.1.1測(cè)量的意義

日常生活中處處離不開(kāi)測(cè)量；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(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù)）。在這三大技術(shù)中，信息獲?。y(cè)試）是首要的，是信息的源頭；科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量，離開(kāi)測(cè)量就不會(huì)有真正的科學(xué)。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開(kāi)測(cè)量。

沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡就沒(méi)有天文學(xué)，沒(méi)有顯微鏡就沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，沒(méi)有指南針就沒(méi)有航海事業(yè)2023/7/284電子測(cè)量1.1.1測(cè)量的意義（續(xù)）生產(chǎn)發(fā)展離不開(kāi)測(cè)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(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(kāi)測(cè)量。例如，一個(gè)大型鋼鐵廠需要約2萬(wàn)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(kāi)測(cè)量例如，作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)尖端之一的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，從開(kāi)始設(shè)計(jì)到成功飛行，都離不開(kāi)現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)。2023/7/285電子測(cè)量1.1.2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(guò)程。在測(cè)量過(guò)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)量的基本原理是通過(guò)比較來(lái)識(shí)別被測(cè)對(duì)象，測(cè)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(cè)量?jī)x器）才能實(shí)現(xiàn)。

測(cè)量結(jié)果＝測(cè)量數(shù)值×測(cè)量單位，即：x={x}*x0圖2.1測(cè)量的比較原理被測(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)?，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。2023/7/286電子測(cè)量1.1.2測(cè)量的基本概念（續(xù)）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(guò)程:通過(guò)實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)對(duì)象的過(guò)程③測(cè)量方法：比較方法－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）圖1.2測(cè)量的基本原理圖2023/7/287電子測(cè)量1.1.2測(cè)量的定義（續(xù)）2.廣義測(cè)量的定義廣義測(cè)量原理可以從信息獲取過(guò)程來(lái)說(shuō)明，即從信息的感知和識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)明：①、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(guò)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(hào)。所以，感知的實(shí)質(zhì)是信息載體的轉(zhuǎn)換，是獲取信息的必要前提。②、信息的識(shí)別是信息獲取的重要環(huán)節(jié)。還必須識(shí)別所感受到的信息是有用的還是無(wú)用的（甚至是有害的）。有用信息識(shí)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。圖1.3廣義測(cè)量原理2023/7/288電子測(cè)量1.1.2測(cè)量的定義（續(xù)）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(wú)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(lái)表征的一維信息，還可以用二維或多維的圖形、圖像來(lái)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(guò)程來(lái)說(shuō)明，包括信息的感知和信息識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)。2023/7/289電子測(cè)量1.1.3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

從測(cè)量的定義可知，測(cè)量要有對(duì)象（測(cè)量的客體），測(cè)量要由人（測(cè)量主體）來(lái)實(shí)施，測(cè)量需要專門的儀器設(shè)備（硬件）作工具，測(cè)量要有理論和方法（軟件）作指導(dǎo)，測(cè)量總是在一個(gè)特定的環(huán)境中進(jìn)行的。

2023/7/2810電子測(cè)量1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）圖1.4測(cè)量的基本要素2023/7/2811電子測(cè)量1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）2.測(cè)量過(guò)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(guò)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。2023/7/2812電子測(cè)量1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）圖1.5測(cè)試過(guò)程的流程圖2023/7/2813電子測(cè)量1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）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)。2023/7/2814電子測(cè)量1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）7.測(cè)量環(huán)境：測(cè)量環(huán)境是指測(cè)量過(guò)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。2023/7/2815電子測(cè)量1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）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(wèn)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)。2023/7/2816電子測(cè)量1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）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。2023/7/2817電子測(cè)量1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）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2023/7/2818電子測(cè)量1．2計(jì)量的基本概念1.2.1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(shū)》。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。2023/7/2819電子測(cè)量1.2.1計(jì)量的定義和意義（續(xù)）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(méi)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(guò)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(méi)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。2023/7/2820電子測(cè)量1．2．2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)。單位又分為基本單位和導(dǎo)出單位。基本單位是指彼此無(wú)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(guò)定義、定律或其它函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)、派生出來(lái)的各種導(dǎo)出量值。英呎——feet2023/7/2821電子測(cè)量1．2．2單位和單位制（續(xù)）1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式通過(guò)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2023/7/2822電子測(cè)量1．2．2單位和單位制（續(xù)）1.國(guó)際單位制（SI）的組成國(guó)際單位制基本單位2023/7/2823電子測(cè)量1．2．2單位和單位制（續(xù)）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：5.4×10-9s=5.4ns

2023/7/2824電子測(cè)量1．2．3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)

1.基準(zhǔn)基準(zhǔn)用來(lái)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(lái)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。2023/7/2825電子測(cè)量1．2．3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）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(guò)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)。2023/7/2826電子測(cè)量1．2．3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）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(lái)測(cè)量被測(cè)對(duì)象量值的計(jì)量器具。2023/7/2827電子測(cè)量1．2．3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（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。（6）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。（7）量值的傳遞：指一個(gè)物理量單位通過(guò)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、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過(guò)程。2023/7/2828電子測(cè)量1.2.4測(cè)量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對(duì)性1.基準(zhǔn)的權(quán)威性基準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格的、制作工藝技術(shù)最先進(jìn)。原器基準(zhǔn)自身也會(huì)隨時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境條件而變化，甚至?xí)p壞，會(huì)失傳。從現(xiàn)代科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，最好的基準(zhǔn)是原子基準(zhǔn)。2.基準(zhǔn)的相對(duì)性一個(gè)時(shí)期的測(cè)量基準(zhǔn)反映當(dāng)時(shí)的人類認(rèn)識(shí)水平和科學(xué)水平例：以太陽(yáng)為基準(zhǔn)，時(shí)間測(cè)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(jì)時(shí)精確度在三百萬(wàn)年內(nèi)也不超過(guò)1秒。2023/7/2829電子測(cè)量1.2.4測(cè)量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對(duì)性（續(xù)）2023/7/2830電子測(cè)量1.2.5測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞

自上而下逐級(jí)傳遞

2023/7/2831電子測(cè)量1．3測(cè)量誤差的基本概念

1.3.1測(cè)量誤差的定義測(cè)量的目的:獲得被測(cè)量的真值。真值:

在一定的時(shí)間和空間環(huán)境條件下，被測(cè)量本身所具有的真實(shí)數(shù)值。測(cè)量誤差

:所有測(cè)量結(jié)果都帶有誤差。2023/7/2832電子測(cè)量1.3.2測(cè)量誤差的來(lái)源（1）儀器誤差：由于測(cè)量?jī)x器及其附件的設(shè)計(jì)、制造、檢定等不完善，以及儀器使用過(guò)程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤差。（2）影響誤差：由于各種環(huán)境因素（溫度、濕度、振動(dòng)、電源電壓、電磁場(chǎng)等）與測(cè)量要求的條件不一致而引起的誤差。（3）理論誤差和方法誤差：由于測(cè)量原理、近似公式、測(cè)量方法不合理而造成的誤差。（4）人身誤差：由于測(cè)量人員感官的分辨能力、反應(yīng)速度、視覺(jué)疲勞、固有習(xí)慣、缺乏責(zé)任心等原因，而在測(cè)量中使用操作不當(dāng)、現(xiàn)象判斷出錯(cuò)或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。（5）測(cè)量對(duì)象變化誤差：測(cè)量過(guò)程中由于測(cè)量對(duì)象變化而使得測(cè)量值不準(zhǔn)確，如引起動(dòng)態(tài)誤差等。2023/7/2833電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法

測(cè)量誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表示方法。1.絕對(duì)誤差（1）定義：由測(cè)量所得到的被測(cè)量值與其真值之差，稱為絕對(duì)誤差

實(shí)際應(yīng)用中常用實(shí)際值A(chǔ)（高一級(jí)以上的測(cè)量?jī)x器或計(jì)量器具測(cè)量所得之值）來(lái)代替真值。絕對(duì)誤差：

有大小，又有符號(hào)和量綱2023/7/2834電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）（2）修正值與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等，但符號(hào)相反的量值，稱為修正值測(cè)量?jī)x器的修正值可以通過(guò)上一級(jí)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。被測(cè)量的實(shí)際值2023/7/2835電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）2.相對(duì)誤差一個(gè)量的準(zhǔn)確程度，不僅與它的絕對(duì)誤差的大小，而且與這個(gè)量本身的大小有關(guān)。例：測(cè)量足球場(chǎng)的長(zhǎng)度和成都市到綿陽(yáng)市的距離，若絕對(duì)誤差都為1米，測(cè)量的準(zhǔn)確程度是否相同？（1）相對(duì)真誤差、實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比相對(duì)誤差是兩個(gè)有相同量綱的量的比值，只有大小和符號(hào)，沒(méi)有單位。2023/7/2836電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）實(shí)際相對(duì)誤差：用實(shí)際值A(chǔ)代替真值A(chǔ)0

示值相對(duì)誤差：用測(cè)量值X代替實(shí)際值A(chǔ)2023/7/2837電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）（2）滿度相對(duì)誤差（引用相對(duì)誤差）用測(cè)量?jī)x器在一個(gè)量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差與該量程值（上限值－下限值）之比來(lái)表示的相對(duì)誤差，稱為滿度相對(duì)誤差（或稱引用相對(duì)誤差）儀表各量程內(nèi)絕對(duì)誤差的最大值2023/7/2838電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）電工儀表就是按引用誤差之值進(jìn)行分級(jí)的。是儀表在工作條件下不應(yīng)超過(guò)的最大引用相對(duì)誤差我國(guó)電工儀表共分七級(jí)：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如果儀表為S級(jí)，則說(shuō)明該儀表的最大引用誤差不超過(guò)S%測(cè)量點(diǎn)的最大相對(duì)誤差在使用這類儀表測(cè)量時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，使示值盡可能接近于滿度值，指針最好能偏轉(zhuǎn)在不小于滿度值2/3以上的區(qū)域。

2023/7/2839電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）[例1-3]某待測(cè)電流約為100mA，現(xiàn)有0.5級(jí)量程為0～400mA和1.5級(jí)量程為0～100mA的兩個(gè)電流表，問(wèn)用哪一個(gè)電流表測(cè)量較好？用1.5級(jí)量程為0～100mA電流表測(cè)量100mA時(shí)的最大相對(duì)誤差為解：用0.5級(jí)量程為0～400mA電流表測(cè)100mA時(shí)，最大相對(duì)誤差為2023/7/2840電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）（3）分貝誤差——相對(duì)誤差的對(duì)數(shù)表示分貝誤差是用對(duì)數(shù)形式（分貝數(shù)）表示的一種相對(duì)誤差，單位為分貝（dB）。電壓增益的測(cè)得值為誤差為用對(duì)數(shù)表示為增益測(cè)得值的分貝值分貝誤差2023/7/2841電子測(cè)量1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）2023/7/2842電子測(cè)量1.4測(cè)量信息的獲取原理本節(jié)中將主要闡述以下基本問(wèn)題：信息的含義是什么？為什么信息可以被獲?。啃畔@取是怎樣的過(guò)程？信息獲取過(guò)程中采用了哪些基本方法？這些方法的實(shí)現(xiàn)途徑是什么？信息獲取的限制因素及其克服措施是什么？測(cè)量是研究獲取被測(cè)對(duì)象信息的一門科學(xué)。2023/7/2843電子測(cè)量1.4.1信息的概念

1．客體的實(shí)有的信息——客觀信息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(dòng)狀態(tài)及其變化方式的自我表述或自我顯示。

客體論的信息是一種客觀的存在，不以主體的存在與否為轉(zhuǎn)移，或者無(wú)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”。任何事物都具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)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(dòng)狀態(tài)和狀態(tài)變化方式。但在有時(shí)人們很難了解事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀況，這時(shí)就只能把它看作一個(gè)“黑箱”，并通過(guò)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(lái)獲得信息。

2023/7/2844電子測(cè)量1.4.1信息的概念（續(xù)）2．主體認(rèn)識(shí)論的信息——主觀信息是指主體所感知或表述的關(guān)于該事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式，及有關(guān)的形式、含義和效用。主體認(rèn)識(shí)論層次的信息的內(nèi)涵比客體論層次信息豐富得多。這是因?yàn)樽鳛檎J(rèn)識(shí)的主體：（1）具有感覺(jué)的能力，能夠感覺(jué)到信息的外在形式。（2）具有理解能力，能夠理解信息的內(nèi)在含義。（3）具有目的性，因而能夠判斷信息對(duì)其目的而言的價(jià)值。2023/7/2845電子測(cè)量1.4.1信息的概念（續(xù)）3.全信息——是同時(shí)考慮了事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的外在形式、內(nèi)在含義和效用價(jià)值的主體認(rèn)識(shí)論層次信息。4．實(shí)在信息、先驗(yàn)信息、實(shí)得信息

2023/7/2846電子測(cè)量1.4.2信息的感知1．感知的基本原理信息感知的基本機(jī)制在于要有某種組織或器官能夠靈敏地感受到被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化的方式。信息感知，是感知事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化方式，其實(shí)質(zhì)是把客體論層次的信息轉(zhuǎn)換為主體認(rèn)識(shí)論層次的語(yǔ)法信息2023/7/2847電子測(cè)量1.4.2信息的感知2．感知的基本技術(shù)——傳感器與敏感器測(cè)量的第一個(gè)環(huán)節(jié)是信息的感知。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。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(cè)溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。2023/7/2848電子測(cè)量1.4.3信息的識(shí)別1．識(shí)別的基本原理

（1）識(shí)別是把感知的語(yǔ)法信息（信號(hào)形式）轉(zhuǎn)換成人們能夠理解的語(yǔ)義信息。（2）識(shí)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(shí)別）的。（3）識(shí)別的原則是：相似而認(rèn)同，相異而拒斥。（4）由于識(shí)別環(huán)境存在固有干擾，待識(shí)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(wú)論怎樣精巧地設(shè)計(jì)信息識(shí)別系統(tǒng)，完全無(wú)差錯(cuò)的識(shí)別是不現(xiàn)實(shí)的（誤差存在的絕對(duì)性）。2023/7/2849電子測(cè)量1.4.3信息的識(shí)別2．識(shí)別的基本技術(shù)為了把語(yǔ)法信息（信號(hào)）轉(zhuǎn)換人們能夠理解的語(yǔ)義信息，須使用信號(hào)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(cè)量不便于直接比較，無(wú)法直接觀測(cè)而采用了變換。為了獲得更高的識(shí)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(cè)量飛機(jī)的距離，采用了把距離變換成時(shí)間，通過(guò)直接測(cè)量電脈沖來(lái)回傳輸?shù)臅r(shí)間來(lái)測(cè)得距離。（3）信息處理——泛指為了各種目的而對(duì)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(jiàn)的信息轉(zhuǎn)化成為可見(jiàn)的信息2023/7/2850電子測(cè)量1.4.3信息的識(shí)別（續(xù)）3.測(cè)量的原理——測(cè)量的信息過(guò)程測(cè)量客體——信息感知——信息識(shí)別——測(cè)量主體語(yǔ)法信息——語(yǔ)義信息——語(yǔ)用信息2023/7/2851電子測(cè)量1.4.3信息的識(shí)別（續(xù)）（1）人工處理方式例：一個(gè)模擬式的交流電壓表的原理框圖，它測(cè)量交流電壓的有效值。工作原理是被測(cè)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）和電壓轉(zhuǎn)換為電流輸出（電壓-電流變換），去驅(qū)動(dòng)電表指針偏轉(zhuǎn)（電壓-指針偏轉(zhuǎn)換變換）。2023/7/2852電子測(cè)量1.4.3信息的識(shí)別（續(xù)）（2）自動(dòng)化方式2023/7/2853電子測(cè)量1.4.3信息的識(shí)別（續(xù)）（3）智能化處理機(jī)器智能——人所賦予機(jī)器的一種智能。智能包含信息、知識(shí)、策略和行為四個(gè)要素，具有獲取有用信息、由信息生成知識(shí)（認(rèn)識(shí)）、由知識(shí)和目的生成策略（決策）以及實(shí)施策略取得效果（施效）等四個(gè)方面的能力。2023/7/2854電子測(cè)量1.5測(cè)量的間接比較與直接比較原理測(cè)量最基本的原理是比較，比較是認(rèn)識(shí)和區(qū)別被測(cè)對(duì)象的一種重要方法。測(cè)量是通過(guò)比較來(lái)取得一個(gè)定量的認(rèn)識(shí)

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：A2023/7/2855電子測(cè)量1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）例：彈簧秤是偏轉(zhuǎn)法直讀式儀器的一個(gè)簡(jiǎn)單例子。被測(cè)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(dòng)機(jī)械式儀表的指針成比例的偏轉(zhuǎn)，指示出被測(cè)物體的重量。直讀式電壓表

2023/7/2856電子測(cè)量1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）

（2）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)

由于故：式中

2023/7/2857電子測(cè)量1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）（2）間接比較方法：步驟為①校準(zhǔn)②測(cè)量2023/7/2858電子測(cè)量1.5.2基于差值示零的直接比較法1.差值檢測(cè)原理:

被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較①

需要一個(gè)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；②

需要一個(gè)與被測(cè)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)。比較功能可由運(yùn)算功能來(lái)實(shí)現(xiàn)有兩種方式：差值運(yùn)算比較比例運(yùn)算比較2023/7/2859電子測(cè)量1.5.2基于差值示零的直接比較法2.差值示零的平衡調(diào)節(jié)（1）零示法原理:

2023/7/2860電子測(cè)量1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）（2）實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)

當(dāng)則2023/7/2861電子測(cè)量1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）對(duì)稱差動(dòng)的橋式結(jié)構(gòu)

當(dāng)時(shí)，

2023/7/2862電子測(cè)量1.5.3減少誤差的復(fù)合式比較為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，在比較中可采用各種減小測(cè)量誤差的方法，如微差法、替代法、對(duì)照法。（1）微差法在零示法中，要仔細(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(shí)間，有時(shí)甚至不可能做到，微差法：標(biāo)準(zhǔn)量S與被測(cè)量x相差了一微小量，再用儀器測(cè)出，即求得待測(cè)量x2023/7/2863電子測(cè)量1.5.3減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）微差法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量誤差公式：測(cè)量?jī)x器的誤差對(duì)測(cè)量的影響被大大地削弱優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量速度快和測(cè)量準(zhǔn)確度高。

2023/7/2864電子測(cè)量1.5.3減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）

2023/7/2865電子測(cè)量1.5.3減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）2.替代法在測(cè)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(cè)量，通過(guò)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(cè)量值。

2023/7/2866電子測(cè)量1.5.3減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）3.交換法通過(guò)交換被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量的位置，從前后兩次換位測(cè)量結(jié)果的處理中，削弱或消除系統(tǒng)誤差。特別適用于平衡對(duì)稱結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置中，并通過(guò)交換法可檢查其對(duì)稱性是否良好。第一次平衡 第二次平衡 上兩式相乘、開(kāi)方得：2023/7/2867電子測(cè)量1.5.3減少誤差的復(fù)合式比較（續(xù)）例：在電橋中采用交換法測(cè)電阻2023/7/2868電子測(cè)量1.6電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)

1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)1.量值變換量值是指電壓、電流、功率、阻抗、時(shí)間等電參量的幅值大小。量值變換即指把它們的幅值按比例地增大或縮小。把量值處于難以測(cè)量的邊緣狀態(tài)（太小或太大）的被測(cè)量，按某一已知比值變換為量值適中的同樣參量進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)量值變換，可增加測(cè)量范圍，提高測(cè)量分辨力和精度。2023/7/2869電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）（1）信號(hào)放大與衰減信號(hào)放大是為了將微弱的被測(cè)信號(hào)，放大到足以進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換處理，或能驅(qū)動(dòng)指示器、記錄器。測(cè)量放大器——是指在測(cè)量系統(tǒng)中用來(lái)放大微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大器。要求低漂移結(jié)構(gòu)原理：差動(dòng)直接耦合式、調(diào)制式（斬波穩(wěn)零）和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類。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。衰減器——用來(lái)降低測(cè)量系統(tǒng)中的信號(hào)電平用途：使大的信號(hào)進(jìn)入儀器的測(cè)量范圍，或者通過(guò)降低信號(hào)電平來(lái)控制失真，或改進(jìn)阻抗匹配，或?qū)π盘?hào)源去耦等分類：電阻式、感應(yīng)式、吸收式、回轉(zhuǎn)式、截止式、電調(diào)式等。2023/7/2870電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）（2）阻抗變換電子測(cè)量中，特別是在微波測(cè)量中，當(dāng)將不匹配的負(fù)載與傳輸線連接時(shí)，或?qū)⑻卣髯杩共煌膫鬏斁€進(jìn)行連接時(shí)，信號(hào)傳輸中將產(chǎn)生強(qiáng)烈反射。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(shí)現(xiàn)阻抗的匹配。在信號(hào)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。電子測(cè)量?jī)x器輸入端具有很高輸入阻抗，輸入跟隨器則是實(shí)現(xiàn)了輸入通道從高阻到低阻的阻抗變換。2023/7/2871電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）2.頻率變換（1）檢波：交流電壓變成直流電壓 常用磁電式電表，它只能測(cè)量直流，交流信號(hào)必須檢波成直流信號(hào)來(lái)測(cè)量（2）斬波：把一個(gè)直流電壓調(diào)制成交流電壓，經(jīng)過(guò)交流放大，然后再把交流電壓通過(guò)反調(diào)制（解調(diào)）還原為直流電壓的過(guò)程。斬波的作用是對(duì)微弱的直流電壓進(jìn)行放大2023/7/2872電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）（3）變頻（混頻）①進(jìn)行頻率的加減運(yùn)算。②獲得很寬的頻率覆蓋范圍。③獲得高增益，提高測(cè)量?jī)x器的靈敏度。④實(shí)現(xiàn)中頻或低頻替代，以提高測(cè)量精度。⑤實(shí)現(xiàn)頻率的精密測(cè)量。

例：f=200.020kHz～220kHzf0=200kHz則F=f-f0=20Hz～20kHz覆蓋系數(shù)從1.1擴(kuò)展到10002023/7/2873電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）（4）倍頻①倍頻器是頻率綜合技術(shù)中的乘法器。②差頻倍增法

③用倍頻法減小測(cè)量誤差。利用電子計(jì)數(shù)進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí)，±1誤差將決定測(cè)量誤差。若KHz，±1的相對(duì)誤差為10-3，如果先對(duì)進(jìn)行103倍的鎖相倍頻后測(cè)量，則該項(xiàng)誤差可降為10-6。2023/7/2874電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）（5）分頻分頻是于對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行除法運(yùn)算（6）頻率合成頻率合成是把一個(gè)（或少量幾個(gè)）高穩(wěn)晶振頻率源經(jīng)過(guò)一系列綜合的加、減、乘、除四則運(yùn)算，可作為隨意調(diào)節(jié)頻率的高精度信號(hào)源。（7）取樣技術(shù)取樣門電路將高頻信號(hào)進(jìn)行取樣變換，使之以低頻形式復(fù)現(xiàn)出來(lái)。它可以把頻率上限擴(kuò)展到幾GHz甚至幾十GHz。2023/7/2875電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）3.波形變換（1）整形將任意形狀的波形變成規(guī)則的脈沖波形，例如，用于電子計(jì)數(shù)器的輸入通道中。（2）限幅把信號(hào)波形幅度限制在一定范圍內(nèi)（3）微分由矩形脈沖形成一個(gè)窄脈沖。在電子計(jì)數(shù)器、取樣示波器、廣譜信號(hào)源中廣泛使用。（4）合成多種波形疊加成復(fù)雜波形。例如合成CRT顯示的視頻信號(hào)波形。（5）變換方波變成三角波或正弦波，三角波變成正弦波或方波，正弦波變成方波或三角波等。波形變換技術(shù)廣泛用于多波形函數(shù)發(fā)生器中。2023/7/2876電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）4）參量變換（1）AVΩ變換——電流、電壓、電阻之間的變換多用表中采用的AVΩ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(shí)現(xiàn)了交、直流電壓、電流、電阻等多種測(cè)量功能。（2）V/F變換——模擬直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率（3）V/T變換——模擬直流電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變換2023/7/2877電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）5.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一般分為參量變換器及電勢(shì)變換器兩大類：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、電容式變換器電勢(shì)變換器是將各種物理量變換成電勢(shì)、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。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。6.模/數(shù)和數(shù)/模變換2023/7/2878電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）例：試說(shuō)明實(shí)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(cè)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(zhǎng)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(hào)的波形無(wú)失真地變換成了在熒光屏上光信號(hào)的波形，進(jìn)行了電到光的變換。2023/7/2879電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）[例]試以數(shù)字多用表測(cè)量交流電流為例，闡述變換技術(shù)在電子測(cè)量中的應(yīng)用。①交流電流/交流電壓的變換；②交流電壓/直流電壓的變換；③直流電壓的幅值變換；④模擬/數(shù)字的變換；⑤BCD碼/七段碼的碼制變換；⑥顯示器件的電/光轉(zhuǎn)換。2023/7/2880電子測(cè)量1.6.1電子測(cè)量中的變換技術(shù)(續(xù)）例：一個(gè)工件傷痕檢測(cè)系統(tǒng)使用的變換技術(shù)①機(jī)械量信息到光信號(hào)；②光信號(hào)變換成電信號(hào)；③電信號(hào)被放大，進(jìn)行了幅度變換；④對(duì)電信號(hào)比較、校正的處理后抽取出了有關(guān)傷痕的有用信息；⑤電信號(hào)到光信號(hào)的變換。2023/7/2881電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)1.比較的基本概念被測(cè)量為x、標(biāo)準(zhǔn)量為s、比較電路輸出為y。當(dāng)x<s時(shí)，y=YL；當(dāng)x>s時(shí)，y=YH當(dāng)x=s時(shí)，y出現(xiàn)一個(gè)躍變信號(hào)2023/7/2882電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))（1）比較的基本類型（按功能分）：①標(biāo)量比較——它只識(shí)別兩個(gè)同類的未知量是否相等，例如兩個(gè)爐子溫度是否相等，②矢量比較——它識(shí)別一組同類的未知量的相對(duì)大小，并按照由大到小（或由小到大）的順序排列起來(lái)。③差值比較——利用具有減法運(yùn)算功能的比較電路，取出兩個(gè)未知量之間的間隔大小（差值），并對(duì)差值進(jìn)行比較。④比值比較——它選擇某個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，將每次測(cè)量值除以參考值，確定它們的相對(duì)大小。例如，在一組測(cè)量值中以最大測(cè)量值作參考，得到測(cè)量值以百分?jǐn)?shù)表示。⑤量化比較——被測(cè)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。2023/7/2883電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))（2）電子測(cè)量中的典型比較方法①差值運(yùn)算比較

A．零示法：若測(cè)量過(guò)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(shí)，則x=s；B．偏轉(zhuǎn)法：若測(cè)量過(guò)程中選擇接近x的s，指示器測(cè)出微小差值y，則x=s+y（微差法）②比例運(yùn)算比較

y=x/sA．零示法：若調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量S，使y=1（電路平衡，指示器為1），則x=sB.偏轉(zhuǎn)法：若固定S值，指示器測(cè)出y值，則x=y.s2023/7/2884電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))2.電壓比較（1）電平比較兩個(gè)模擬電壓的大小的比較是用電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的2023/7/2885電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))（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(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算功能的方法也有差動(dòng)型比較和求和型比較兩種。（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(cè)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(cè)電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間具有如下關(guān)系：2023/7/2886電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))3.阻抗比較電橋電路具有對(duì)稱差動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)，是一種電量天平，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)差值檢測(cè)和比例比較的功能。電橋電路具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬，溫度補(bǔ)償容易實(shí)現(xiàn)，測(cè)量電路的零點(diǎn)調(diào)節(jié)方便。（a）比例臂電橋（b）有源電橋（c）電壓電橋（d）電流電橋2023/7/2887電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))例.比例運(yùn)算比較（半橋）電路2023/7/2888電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))4.頻率（時(shí)間）比較①時(shí)間差值比較：用R-S觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)時(shí)差的比較2023/7/2889電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))②差頻比較：混頻器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率的減法運(yùn)算還可利用差頻比較法測(cè)量頻率③比例比較：測(cè)頻率fx=Nfs；測(cè)周期Tx=NTS2023/7/2890電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))5.相位比較——使用鑒相器（1）用乘法器或相敏檢波器鑒相2023/7/2891電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))（2）脈沖與數(shù)字式鑒相器觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖鑒相器:RS觸發(fā)器或D觸發(fā)器數(shù)字式鑒相器:由相位比較器（9個(gè)與非門）和電荷泵組成6.數(shù)字比較二進(jìn)制的數(shù)N1和N2加于異或門的輸入端，即可進(jìn)行比較2023/7/2892電子測(cè)量1.6.2電子測(cè)量中的比較技術(shù)(續(xù))[例]差動(dòng)型電容式傳感器能把位移、壓力、振動(dòng)、液面位置等物理量的變化，可高分辨地轉(zhuǎn)換成兩個(gè)電容值之差值，即△C=C1-C2（C1C2一般很小，為幾皮法到幾十皮法），測(cè)量出△C，即可測(cè)出其被轉(zhuǎn)換的物理量。2023/7/2893電子測(cè)量1.6.3電子測(cè)量中的處理技術(shù)信號(hào)運(yùn)算與處理是電子測(cè)量中的基本技術(shù)淺層的信息處理基本上屬于對(duì)信息的形式化關(guān)系所作的變換或處理，僅僅利用了語(yǔ)法信息的因素。例如，在測(cè)量交流電壓的平均值、峰值、有效值時(shí)，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行加、減、乘、除、平方、開(kāi)方、平均、取絕對(duì)值、峰值等運(yùn)算與處理。深層信息處理（特別是直接與優(yōu)化、決策、認(rèn)知等相聯(lián)系的信息處理）的目的是為了要從原始信息中獲得相關(guān)的“知識(shí)”

運(yùn)算電路分為模擬運(yùn)算電路和數(shù)字運(yùn)算電路兩大類2023/7/2894電子測(cè)量1.6.3電子測(cè)量中的處理技術(shù)(續(xù))1.基本模擬運(yùn)算運(yùn)算放大器輔之以不同的電路元件，可以組成諸如比例、加減、微分、積分、對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除等電路（1）四則運(yùn)算電路

2023/7/2895電子測(cè)量1.6.3電子測(cè)量中的處理技術(shù)(續(xù))指數(shù)和對(duì)數(shù)運(yùn)算電路則是利用二極管的電流與其端電壓在一定條件下存在的指數(shù)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。2023/7/2896電子測(cè)量1.6.3電子測(cè)量中的處理技術(shù)(續(xù))乘法運(yùn)算或除法運(yùn)算：模擬乘法器：是新型集成器件，是利用晶體管的非線性特性。2023/7/2897電子測(cè)量1.6.3電子測(cè)量中的處理技術(shù)(續(xù))（2）積分和微分電路運(yùn)算放大器外接電感和電容等儲(chǔ)能元件，則利用電路在時(shí)域中的過(guò)渡過(guò)程可形成積分電路和微分電路；利用其頻域特性則可構(gòu)成形形色色的濾波電路2023/7/2898電子測(cè)量1.6.3電子測(cè)量中的處理技術(shù)(續(xù))（3）有源濾波器

按照頻譜分析的觀點(diǎn)，任何信號(hào)都是一些不同幅度和不同頻率的正弦信號(hào)的組合。在被測(cè)信號(hào)中，除了有用的頻率成分之外，往往不可避免地含有一些無(wú)用噪聲的頻率成分。濾波器的功能就是利用其頻率特性來(lái)保留有用的頻率成分，削弱或消除無(wú)用的頻率成分，即具有信號(hào)分離的功能。分為低通、高通、帶通和帶阻等不同濾波器。2023/7/2899電子測(cè)量1.6.3電子測(cè)量中的處理技術(shù)(續(xù))[例]運(yùn)算與處理功能在電壓測(cè)量中的應(yīng)用。計(jì)算公式第一級(jí)為模擬乘法器，完成被測(cè)電壓的平方運(yùn)算；第二級(jí)為積分器，完成平均運(yùn)算；第三級(jí)為開(kāi)方器，完成開(kāi)平方根的運(yùn)算；最后一級(jí)為放大器，按一定比例放大的直流輸出電壓去驅(qū)動(dòng)電表使電表，按被測(cè)電壓的有效值進(jìn)行線性刻度。2023/7/28100電子測(cè)量1.6.3電子測(cè)量中的處理技術(shù)(續(xù))2.數(shù)字計(jì)算與數(shù)字信號(hào)處理基于數(shù)字邏輯電路的硬件方式：利用現(xiàn)有的各種數(shù)字邏輯門、譯碼器、觸