電子測量儀器緒論.ppt

1、第一章 緒論,（1）市場調查 （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”。,2009中

2、國電子元器行業(yè)發(fā)展高峰論壇,一、（1）市場調查,徐春齡秘書長憂心重重， “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,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.

3、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?/p>

4、提供十種標準波形， 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)

5、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

6、。 自從無線接收系統(tǒng)從超外差變頻結構， 轉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)模轉換器、模數(shù)轉換器、 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，

7、 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，,賽寶計量檢測中心的技術專家王勇 ：,一、（4）中國工程師面臨的問題：,泰克公司中國區(qū)市場總經(jīng)理張權則認為： 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。,羅德與施瓦茨中國有限公司產(chǎn)品支持經(jīng)理

8、安毅博士：,安立公司的觀點更直接， 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

9、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

10、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：50100,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。,“兩彈一星”的成功，沒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

11、測量是測量領域的主要組成部分。,在當今信息時代,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??？靠測量),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?！?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

12、經(jīng)濟各行各業(yè)?！?兩彈一星元勛王大珩,中國科學院院士，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

13、性，電子測量儀器可分為以下幾類：,1.電信號的“三域”：,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,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,信號調理-數(shù)據(jù)采集卡DAQ,GPB接口儀器-GPB接口卡,串行口儀器PLC,VXI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

14、器,指針式三用表,示波器,數(shù)碼顯示儀表,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 Personal Computer Instrument 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（ Virtual Instr

15、ument，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”。,虛擬儀器系統(tǒng)由軟件硬件兩部分構成，故分別敘述：,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,現(xiàn)代儀器,未來自動測試系統(tǒng)結構,圖10.22 LXI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)展。開放式數(shù)據(jù)采集標準將使虛擬儀器走上標準化、通用化、系列化和模塊化的道路。,四、 計量的基本概念,1 術語：,測量（Measurement）-