电子测量总复习.ppt

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1、电子测量总复习,1、测量的基本原理,介绍（1）首先介绍了测量的基本概念，即测量是测量主体通过比较的方法，对被测对象取得定量信息（即量值）的实验过程，是人类获取信息的基本手段，是认识客观世界的主要工具。测量具有很重要的意义，“没有测量，就没有科学”，也没有现代文明。电子测量是指利用电子科学技术手段进行的测量，它是测量学和电子学相结合的结晶，它处于信息源头的地位，是电子信息科学技术十分重要且发展迅速的一个分支。还讨论了测量的基本要素及它们之间的关系。,1,（2）计量是为了保证量值的统一和准确一致的一种测量，即是一种特殊的测量。它具有统一性、准确性和法制性的三个主要特征；测量基准具有权威性和相对性；

2、测量标准的传递是从上到下，逐级传递。（3）讨论了测量误差的概念、来源，绝对误差和相对误差的定义和计算方法。（4）测量是研究信息获取的科学，它包括信息的感知和识别。阐述了信息的含义、信息获取的过程、信息获取的基本方法、信息获取的限制因素及其克服措施。,1,（5）介绍了测量的量值比较原理，包括基于比例变换的间接比较法、基于差值示零的直接比较法和复合比较法。（6）讨论了实现测量的基本技术，即变换、比较、处理和显示技术。讨论了电量与电量之间的变换，包括电信号的量值、频率、波形、参量等变换技术；系统地介绍了电压、阻抗、频率（时间）、相位等基本电量的比较器；还介绍了电子测量中的模拟运算电路、数字逻辑运算电

3、路处理技术和应用微型计算机软件进行的数字信号处理。,1 某测试人员在一项对航空发动机页片稳态转速试验中，测得其平均值为 20000 转/分钟（假定测试次数足够多）。其中某次测量结果为 20002 转/分钟，则此次测量的绝对误差x 2，实际相对误差 2/20000。2 在测量中进行量值比较采用的两种基本方法是 _直接测量法_ 和 _比较测量法_。3 为了提高测量准确度，在比较中常采用减小测量误差的方法，如 _零位测量_ 法、_微差测量_ 法、_代替测量_ 法。4.试述测量的定义。（确定量值为目的的操作）5.什么是计量？（实现单位统一、量值传递的活动）它有何特点？计量与测量的关系如何？,6.电子测

4、量中典型的比较方法有哪些？7.电子测量中常用了哪些参量的比较技术？8.测量两个电压，分别得到它的测量值，它们的实际值分别为，求测量的绝对误差和相对误差。,2、测量方法与测量系统,介绍1、从电子技术具有的五大优势出发，阐述了电子技术用于测量科学而产生的电子测量技术的重要意义，介绍了电子测量的特点、分类和内容，包括各种电参数的测量。电子测量是对电信号和电系统的测量。2讨论了信号的基本概念和分类及特点，包括确定性信号和非确定性信号，周期性信号和非周期性信号、连续信号和离散信号。讨论了系统的基本概念，系统的外部特性和内部结构，系统的几种分类方法。还介绍了系统的可测性和可控性的概念。,2,3根据电子测量

5、的基本对象信号与系统的特点，系统地阐述了电子测量的基本方法，直接测量、间接测量和组合测量；有源测量和无源测量；集中式或分布式的多路测量；时域、频域、随机域和数域测量；静态、稳态和动态测量。,2,4讨论系统的静态特性的定义和标定方法。介绍常用的静态特性指标包括零位、灵敏度、分辨力、测量范围、迟滞、重复性、线性度、稳定性、可靠性等的定义和计算方法。并也实例介绍了电子仪器的技术条件。5讨论了测量系统三种动态数学模型，给出了一阶系统、二阶系统的微分方程、传递函数和频率特性。阐述了测量系统的动态特性的时域指标和频域指标定义及测定方法。,1 电子测量的特点有：测量频率范围宽、_测量值范围广_、_测量准确度

6、高_、_测量速度快_、_易于实现遥测_、易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化。2从基本的测量对象来看，电子测量是对_和_ 的测量。3有源量测量系统与无源量测量系统在功能结构上最显著的区别是有无_。4测量系统的理想静态特性为_。5描述系统动态特性的数学模型有：时域中的_ 和_，复频域中的 _，频域中的_。,6一阶系统的频率特性中，当 时，如何获得一个实际测量系统的静态特性？简述线性系统的频率特性的测量方法。,3、测量误差及数据处理,介绍：1 测量误差的分类和测量结果的表征2 测量误差的估计和处理 3 测量不确定度 4 测量数据处理 1、根据误差的性质，将测量误差分为随机误差、系统误差、粗大误

7、差三类，给出了这三类误差的概念和来源，介绍了与测量结果有关的三个术语：准确度、精密度、精确度，及它们与系统误差、随机误差和总误差的关系。,3,2测量误差的估计和处理，及测量不确定度的评定在科学研究和生产中都具有重要作用。3讲述随机误差的统计特性，给出减少随机误差的估计方法，引入算术平均值、实验标准偏差、置信概率、置信区间的概念和计算方法。尤其要掌握随机误差满足的正态分布、均匀分布和t分布时的处理方法。然后分别讲述了系统误差和粗大误差的判别和消除方法。并且总结了三种误差都存在时的测量结果的处理步骤，给出了实际示例。最后，介绍了误差的合成分析公式。,3,测量不确定度的概念、意义和分类，及与误差的区

8、别和联系。分别给出了评定A类不确定度、B类不确定度的方法，给出了各分量相关和不相关时评定合成不确定度时的计算公式，及扩展不确定度的评定方法。并且通过实际例子，说明了测量不确定度的评定步骤。4有效数字的处理方法，讲述了测量数据的三种表示：列表法、图示法和公式法。讲述了建立经验公式的步骤，及一元回归的三种算法：端点法、平均选点法和最小二乘法。,1.随机误差的大小，可以用测量值的 _ 来衡量，其值越小，测量值越集中，测量的 _ 越高。2 将 15.36 和 362.51 保留 3 位有效数字后为 _,_.3 用一只 0.5 级 50V 的电压表测量直流电压，产生的绝对误差 _ 伏。4.在测量数据为正

9、态分布时，如果测量次数足够多，习惯上取 作为判别异常数据的界限，这称为莱特准则。,5.在变值系差的判别中，马利科夫判别常用于判定 _ 性系差，阿卑一赫梅特判别常用于判定 _ 性系差。6.不确定度是说明测量结果可能的 _ 程度的参数。这个参数用 _ 表示，也可以用 _ 的倍数或置信区间的半宽度表示。,7.对某电感进行了 12 次精度测量，测得的数值（mH）为 20.46，20.52，20.50，20.52，20.48，20.47，20.50，20.49，20.47，20.49，20.51，20.51，若要求在 P=95%的置信概率下，该电感真值应在什么置信区间内？,4、时间与频率的测量（电子计数

10、器）,介绍：（1）时间和频率的标准这一部分主要介绍了时间和频率标准的确立以及基准源的实现。（2）频率和时间的测量原理这一部分主要介绍了模拟测量和数字测量的原理。其中模拟测量部分只需要了解即可，数字测量部分则是本章的重中之重，通用计数器的五种测量功能以及测频和测周的误差分析，减小误差的一系列方法是必须掌握的部分。,4,（3）微波频率测量技术这一部分介绍了微波频段信号的测量方法，包括变频法和置换法两种。（4）频率稳定度的测量和频率比对这一部分介绍了衡量基准源好坏的判断方法，包括长期稳定度和短期稳定度；稳定度的时域表征和频域表征等内容。其中频稳时域定义中的阿伦方差的测量部分是此部分的重点。（5）时频

11、测量这部分介绍了时间和频率测量的一个新的发展方向，对它的理解有助于学生了解技术发展的最新动态。,1.电子计数器的测频误差包括_量化_误差和_时基_误差。2.频率计除测频、测周外，扩展功能有_、_、_、_ _。3.在测量周期时的主要误差有：_ 和_。通用计数器采用较小的_可以减小1误差的影响。4.在测量周期时，为减少被测信号受到干扰造成的转换误差，电子计数器应采用_测量法。,5.采用电子计数器测频时，当被计数频率一定时，_可以减小1误差对测频误差的影响；当闸门时间一定时，_，则由1误差产生的测频误差越大。6.在进行频率比测量时,应将_的信号加在B通道，取出_(周期倍乘为1)作为计数的闸门信号，将

12、_ 的信号加在A通道，作为被计数的脉冲。,7、某电子计数器晶振频率为误差1109，若需利用该计数器将10MHz晶振校准到107，问闸门时间应选为多少方能满足要求？fx=1MHz，选闸门时间T1s，则由1误差产生的测频误差为若T增加为10s，则测频误差为1107，即可提高一个量级。结论：计数器直接测频的误差主要有两项：1误差和标准频率误差。测量低频时，由于1误差产生的测频误差大得惊人，例如fx=10Hz，T1s，则1误差引起的测频误差可达到10%，所以，测量低频时不宜采用直接测频方法,8、用一台5位十进电子计数器测量频率，选用0.1s的闸门时间。若被测频率为10KHz，则测频分辨率为多少？量化误

13、差（相对误差值）为多少？如果该计数器的最大闸门时间为10s，则在显示不溢出的情况下，测量频率的上限为何值？9、欲用电子计数器测量一个fx=200Hz的信号频率，采用测频（选闸门时间为1s）和测周（选时标为0.1s）两种方法。（1）试比较这两种方法由1误差所引起的测量误差；（2）从减少1误差的影响来看，试问fx在什么频率范围内宜采用测频方法，什么范围宜采用测周方法？,5、电压测量,介绍本章是关于基本电磁量电压的测量，是电子测量实现其他电学量与非电量测量的重要基础。本章完整叙述了电压测量的原理和方法，交流电压的模拟测量和直流电压的数字化测量是本章的主要内容，其中数字化测量方法是本章的重点。同时还介

14、绍了电压计量测试基标准，以及电压测量的抗干扰技术。1概述 介绍了电压测量的重要意义和特点，这些特点也反映了电子测量本身的特点。电压测量基本原理仍是基于比较法，将被测电压与参考电压比较，并同时转换为指针偏转角或时间间隔等，进行间接测量。,5,2 电压标准 作为电压单位基准，在电磁计量测试中处于特别重要的地位，因为在基本国际单位中，电磁学单位电流是以一种理论模型定义的，难以实现和保存，而通过电压单位和电阻单位则可得到所有电磁学单位。早期的电压标准有标准电池和固态电压标准，90年代后，国际上统一采用约瑟夫森量子电压基准（10-10）和量子化霍尔电阻（10-9）作为电压和电阻的单位基准，实现了从实物基

15、准到量子化的自然基准的过渡，准确度提高了23个数量级。交流电压标准是基于直流电压标准而建立的，因此，采用测热电阻电桥实现将标准交流电压转换为直流电压量，并通过把直流电压标准传递到交流有效值的基本方法。,3 交流电压的测量 表征交流电压的参数包括峰值、平均值、有效值和波峰因数、波形因数，对交流电压的测量，人们感兴趣的是有效值。各种指针式交流电压表（或称为模拟电压表、电子电压表）是实现交流电压测量的传统仪器。检波是实现交流-直流的电压变换基本原理和方法，采用峰值、平均值、有效值检波器实现AC/DC变换，重点介绍了电压表的刻度特性和波形响应。电压表的灵敏度和带宽总是存在矛盾的，采用外差接收机原理的选

16、频测量方法可大大提高测量灵敏度。,5,4、直流电压的数字化测量及A/D转换原理 实现直流电压的数字化测量的核心是A/D转换器（ADC），其种类很多，性能差异很大，但其中的逐次逼近比较式ADC和双积分式ADC是最为常用和最重要的两种类型。应在熟悉数字电压表（DVM）的转换原理基础上，理解A/D转换器的主要性能指标读数误差和满度误差,数字电压表是数字化电压测量的主要仪器。5 电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表 DVM在直流电压测量的基础上，通过AC/DC、I/V、Z/V变换可以实现对交流电压、直流电流、电阻、阻抗等测量，从而扩展了测量范围。通过内置微处理器，可大大扩展测量功能和提高测量指标，如自

17、检、自动校零、自动增益、数据存储与数据处理、外部通信等，实现这些功能的数字多用表（DMM）是数字化电压测量高档仪器。,5,56 数字电压表测量不确定度及自动校准、自动量程技术 影响电压测量准确度主要有两方面因素，一是仪器内部，一是仪器外部，前者与仪器本身的设计和制造水平有关，由此引起的误差称为仪器的“固有误差”；后者引起的误差称为“附加误差”，如外界温度等。本节将对数字电压表的误差进行分析，包括总误差、各部件的误差分析，介绍数字电压表的误差表达式。为提高测量精度，数字电压表多采用自动校正技术、自动量程技术。这些技术不仅在数字电压表中得到应用，也在数据采集、工业自动化测量系统等得到广泛应用。57

18、电压测量的干扰及抑制技术 在电压测量特别是高精度的数字电压表中，必须重视抗干扰技术，根据干扰源的特性和干扰的途径，分为串模干扰和共模干扰两类，在各种干扰源中，来自电网的50Hz工频干扰是主要的，应特别加以注意。串模干扰的抑制方法可采用滤波措施，或采用具有平均值响应的DVM（双积分式）。共模干扰是通过转化为串模干扰对测量结果产生影响的，其抑制方法则可采用浮置、双端对称测量、浮置双端对称测,1、采用某电压表（正弦有效值刻度）测量峰值相等（Vp=5V）的正弦波、方波、三角波，发现读数相同，则该表为_检波方式，读数_。2、某数字电压表的最大计数容量为19999，通常称该表为_位数字电压表；若其最小量程

19、为0.2V，则其分辨力为_。3、用峰值电压表测量某一电压，若读数为1V，则该电压的峰值为_伏。,4.基本量程为10.000V的四位斜坡电压式DVM中，若斜坡电压的斜率为10V/40ms，问时钟频率应为多少？当被测直流电压 时，门控时间及累计脉冲数各为多少？5.双斜积分式DVM基准电压Vr=10V，第一次积分时间T1=100ms，时钟频率f0=100kHz，问：（1）该DVM为多少位的电压表？（2）该DVM的分辨力为多少？（3）DVM显示出T2时间内的计数值N2=5600，问被测电压Vx=?,6、阻抗测量,介绍：阻抗测量一般是指电阻、电容、电感及相关的Q值、损耗角、电导等参数的测量。其中，电阻表

20、示电路中能量的损耗，电容和电感则分别表示电场能量和磁场能量的存储和寄生参数对阻抗测试的影响。由于电阻器、电感器和电容器受到所加的电压、电流、频率、温度及其它物理和电气环境的影响而改变阻抗值，因此在不同的条件下其电路模型不同。本章主要介绍阻抗的测量方法即阻抗模拟测量法和数字测量法等阻抗测量的基本技术。集总参数元件的测量主要采用电压-电流法、电桥法和谐振法。依据电桥法制成的测量仪总称为电桥，电桥主要用来测量低频元件。表是依据谐振法制成的测量仪器，表主要用来测量高频元件。,6,阻抗的数字测量法有自动平衡电桥法；射频电压电流法；网络分析法等。现代的阻抗测量仪器一般都使用自动平衡电桥法。内含微处理器的各

21、种智能化测量仪已成为阻抗测量仪器的发展主流。阻抗测量有多种方法，必须首先考虑测量的要求和条件，然后选择最合适的方法，需要考虑的因素包括频率覆盖范围、测量量程、测量精度和操作的方便性。没有一种方法能包括所有的测量能力，因此在选择测量方法时需折衷考虑。应在测试频率范围内根据它们各自的优缺点选择正确的测试方法。,1交流电桥平衡必须同时满足两个条件:_平衡条件和_平衡条件。2选择阻抗测量的方法时,需要考虑很多的因素,一般来讲,有_,_,_,_。频率覆盖范围，测量量程，测量精度，操作的方便性,7 信号波形测量（电子示波器）,介绍：7.1概述7.2 CRT显示原理 7.3通用示波器7.4取样示波器7.5波

22、形存储及显示技术7.6示波器的基本测试技术7.7 时域测量技术在7.1节，从示波器对信号的处理方式出发，将示波器分为模拟、数字两大类，简单介绍了二者的区别；然后给出了示波器的主要的六种技术指标，最后介绍了示波器的三个发展阶段。7.2节详细介绍了电子枪的基本结构和工作原理，阐述了显示的基本原理，给出了扫描、同步的概念，介绍了连续扫描和触发扫描的概念和运用范围，最后描述了扫描过程增辉的作用。,7,7.3节从通用示波器的组成出发，详细研究了通用示波器的垂直通道和水平通道的工作原理，这是本章重点。通过对工作原理的了解，有助于我们正确地使用示波器。在本届的最后还阐述了双踪显示和双时基显示的工作原理。7.

23、4节首先给出了取样的概念，然后讲述了取样示波器的基本组成，重点研究了其与通用示波器的不同之处。最后介绍了取样示波器的主要技术指标。7.5节首先介绍了模拟存储技术，然后重点阐述了当今示波器发展方向的数字存储示波器，包括数字存储示波器的组成原理、显示方式、主要的技术指标以及一些关键技术。,7,7.6节在前几节掌握示波器工作原理的基础上，介绍了示波器的选用原则和使用时的注意事项。最后举出了示波器的一些使用实例，包括直流交流电压的测量、时间频率的测量以及相位的测量。7.7节首先阐述时域测量技术的基本概念和方法，讨论了脉冲参数的定义及测试方法，介绍了调幅系数的3种测试方法；讨论了单位脉冲信号、单位阶跃信

24、号、脉冲响应、阶跃响应的概念和它们之间的关系和脉冲响应的测量方法；给出了频域反卷积的计算方法。介绍了时域测试系统的基本组成和几个应用实例。,1、用示波器观测正弦波时，荧光屏上得到如图所示波形，试分析示波器哪个部分工作不正常?2、用双踪示波器观测两个同频率正弦波a，b，若扫描速度为20us/cm，而荧光屏显示两个周期的水平距离是8cm，问：（1）两个正弦波的频率是多少？（2）若正弦波a比b相位超前1.5cm，那么两个正弦波相差为多少？用弧度表示。3、示波管由_、偏转系统和荧光荧三部分组成。4、示波器荧光屏上，光点在锯齿波电压作用下扫动的过程称为_。,5、调节示波器“水平位移”旋钮，是调节_的直流

25、电位。6、当示波器两个偏转板上都加_时，显示的图形叫李沙育图形，这种图形在_和频率测量中常会用到。7、示波器为保证输入信号波形不失真，在Y轴输入衰减器中采用_ 电路。8、示波器的“聚焦”旋钮具有调节示波器中_极与_极之间电压的作用。9、在没有信号输入时，仍有水平扫描线，这时示波器工作在_状态，若工作在_状态，则无信号输入时就没有扫描线。,8 信号发生器,本章介绍：介绍了信号源在电子测量中的作用、组成原理、种类及正弦信号源的性能指标；阐述了正弦信号发生器和脉冲发生器的原理与组成结构，多波形信号发生原理，函数发生器的基本组成结构等；详细阐述频率合成的基本概念，频率合成的基本方式，锁相环的工作原理及

26、基本形式，介绍提高频率分辨力和频率上限的锁相合成技术以及直接数字合成的基本原理，对任意波形发生器和合成扫频信号源作了简单介绍。,8,信号发生器用途主要是：提供激励信号、信号仿真和用作标准信号源，可以按照频率范围、输出波形、性能指标以及用途、调制类型、频率调节方式等进行分类。信号源的主要组成部分包括：主振器、缓冲放大、调制、输出级以及电源等，正弦信号的性能指标主要包括频率特性、输出特性以及调制特性。由于正弦信号是分析线性系统频域特性的一种最基本的信号，而且也是最容易产生、描述和广泛应用的载波信号，因此正弦信号发生器具有特殊地位，它包括低频信号发生器和高频信号发生器。,脉冲信号发生器是专门用于产生

27、脉冲波形的信号源，而函数发生器可以产生多种波形，如正弦波、三角波、方波和锯齿波等。正弦信号也可以通过频率合成的方式产生，频率合成是由一个或多个高稳定的基准频率，通过基本的代数运算得到一系列所需的频率。锁相频率合成技术是一种最常用的频率合成技术，锁相环实际上是一个负反馈相位控制系统，通过相位比较实现频率的锁定。锁相频率合成可以实现小步进，但切换时间长，而直接数字合成（DDS）可以在实现小步进的同时实现频率的快速切换，但它具有频率上限低、杂散较大等缺点。将几种频率合成技术综合应用，可以取长补短，同时实现快捷变，小步进及较高的频率上限。,1.设信号源预调输出频率为1MHz，在15分钟内测得频率最大值

28、为1.005MHz，最小值为998KHz，则该信号源的短期频率稳定度为_。2.若DDS频率合成信号源的相位累加器位宽为32位，输入参考时钟频率为100MHz，频率控制字为5000，则输出频率为：_。3.小数分频是通过可变分频和多次平均来实现，若要实现7.2的分频，则在10个参考频率周期中要_ 次除7和_ 次除8。若要实现5.31的小数分频，则在100个参考周期中要 _次除5和_ 次除6。4.基本锁相环包括三个组成部分，它们是_、_ 与_。,5.正弦信号源的频率特性指标主要包括_、_ 和_。6.锁相环锁定条件下，输入频率允许的最大变化范围称为_。7.下图为一双环合成单元，其中内插振荡器的输出频率范围为30KHz40KHz，环1的分频比N变化范围为200500，输入参考频率 为10KHz，问该合成单元的输出频率范围是多少？,9、智能仪器,1简述自动测量技术的发展概况。2什么是智能仪器？其主要特点是什么？3智能仪器的基本结构是怎样的？4什么是自动测试系统？其基本组成是什么？5 GPIB通用接口总线有哪些主要特征6 VXI总线仪器有何优点？7 PXI总线有何特点？,祝大家取得好成绩！,