计量概述与信号发生器的校准.ppt

计量概述与信号发生器的校准 广州广电计量测试技术有限公司计量中心 冯玉伶2011年11月 无线电计量设备 矢量信号源 8657a信号发生器 agilent 8647a信号发生器 无线电计量设备 信号源校准系统 主要内容 一 计量工作概述二 信号发生器的基本概况三 信号发生器的基本原理 四 信号发生器的技术参数及指标五 信号发生器的有关术语六 信号发生器的使用方法七 信号发生器的维护与注意事项八 信号发生器的计量检定规程 规范 九 信号发生器的校准项目十 信号发生器校准系统的建立 一 计量工作概述 1 计量科学的作用地位计量是关于测量的学科 它涉及测量理论 测量技术和测量实践等多个领域 计量是科学技术的一个重要组成部分 是与人类社会进步和科学技术发展同步发展的 随着科学技术的迅猛发展与全球经济一体化进程的加速 计量在国家科技创新 经济发展 国防建设与社会进步中的地位和作用日趋显著 计量是一门科学 计量技术是科技创新的基础技术 又是高科技产业化发展的一个重要条件 聂荣臻副总理曾经指出 科技要发展 计量需先行 这充分说明计量工作的重要性 一 计量工作概述 2 什么是计量 计量 一词是新中国成立后不久 于1953年被确认并采用的 它取代使用了几千年的 度量衡 并赋予更广泛的内容 具体的分有十大领域 计量定义为 实现单位统一 量值准确可靠的活动 其活动包括科学技术上的 法律法规上的和行政管理上的活动 人们在广泛的社会活动中 每天都进行着各种不同的测量 测量的准确与否 直接影响这些活动的成效 而计量是实现准确测量的基本保证 现代计量是国民经济建设和国防建设中一项重要的技术基础 是一个国家 一个地区和一个行业发展的探测器 我国古代计量的基本内容是 度量衡 度是指长度 量指的是容积 衡指的是重量 新中国成立后 党和政府十分重视计量工作 使计量工作进入了一个新的发展时期 一 计量工作概述 3 检定与计量以及测量的定义 检定 由法定计量技术机构确定并证实测量器具是否完全满足规定要求而做的全部工作 校准 在规定条件下 为确定测量仪器 测量系统所指示的量值或实物量具 标准物质所代表的量值与对应的测量标准所复现的量值之间的一组操作 测量 以确定量值为目的一组操作 注 a 操作可以是自动的进行 b 测量有时也称计量 1 什么是计量 4 计量工作包括 计量 测量 单位和单位制的统一 计量器具 测量器具 的建立 包括复现和建立计量基准 含物理常数 计量标准和工作计量器具 量值传递和量值溯源 包括检定 校准 测试 检测与检验 材料与物质特性的测定 不确定度 数据处理与测量理论及其方法 计量管理 计量保证与计量监督等 5 计量的特性准确性 统一性 溯源性 法制性和科技性 准确性 准 字是计量工作的核心 准确性是指测量结果与被测量真值的一致程度 无论准确度高或是低 测量给出量值时 必须给出不确定度或测量误差等表示准确性的指标 统一性 一致性 统一是计量最本质的特性 统一性是指在统一计量单位的基础上 测量结果应该是可重复 可再现 复现 可比较的 溯源性 是保证量值准确可靠最基本的方法 溯源性是指在一条具有规定不确定度的连续比较链 使测量结果和测量标准的值能够与规定的参考标准 国家或国际测量标准 测量基准联系起来的特性 法制性 为了保障量值的准确统一 维护社会和经济秩序 必须有相应的法律 法规 规范和行政监督管理 科技性 计量必须依靠最强的科技手段来实现量值的准确统一和发挥 技术法庭的作用 同时又为科技发展提供最强的支持 6 计量学的分科 计量学包括物理量 以及工程量 化学量 生物量我们常说的十大计量领域是指 几何量 温度 力学 电磁 电子 时间频率 光学 电离辐射 声学和化学量等 随着科学技术的迅猛发展 电子技术已经无处不在 电子仪器也已覆盖到计量的十大类 计量也就可以说是电子计量了 计量检定员 计量检定员是指 经考核合格 持有计量检定员证 从事计量检定工作的人员 7 计量人员要求所具备的能力 1 国家一级站以上工作的计量人员须具备的能力 一般仪器的计量校准 维护国家基准的能力 开发研制国家基准的能力 编写计量检定规程和校准方法的能力 具备软件开发的能力 编制各种控制软件 使之达到自动校准 培训下一级计量人员的能力 计量人员要求所具备的能力 2 其他计量站工作的计量人员须具备的能力 熟悉各种计量校准的法规 保证计量校准工作在检定规程或校准规范的要求下进行 能根据实际情况正确选用计量标准设备 能编写各种计量标准的建标技术报告 能对测量结果进行不确定度的分析 熟练掌握各种电子仪器的计量校准工作 特别要适应现场仪器的计量校准 满足客户的要求 计量人员要求所具备的能力 熟悉计量标准设备 用现有的设备开发新仪器校准方法的能力 编写仪器校准方法的能力 开发应用软件的能力 实现各种仪器的自动校准 熟悉互联网和局域网 适应利用网络实现远程控制仪器校准的发展要求 培训下一级计量人员的能力 能解答客户对计量方面以及仪器使用方面的疑问 二 信号发生器的基本概况 信号发生器又称信号源或发生器 信号发生器是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号设备 它是电子测量中使用最广泛 最基本的电子测量设备 比如说 我们平时工作中的维修 调试 计量工作等等 都会用到它 信号发生器是一台多功能的测量仪器 它不但应用广泛 且种类繁多 可以说它是种类最多的一种电子测量仪器 它可以分为专用和通用两大类 专用信号发生器是为某些特殊目的而研制的 如电视图象信号发生器和编码脉冲信号发生器等 通用信号发生器是属于通用仪器 主要针对在各种测量中共同感兴趣的问题而研制的 二 信号发生器的基本概况 信号发生器按输出信号的波形来分 主要有 正弦波信号发生器 函数信号发生器和脉冲信号发生器等三大类 近年来 扫频技术和程控技术发展迅速 利用信号发生器进行自动和半自动测量已越来越受到人们的重视 所以 信号发生器在生产 科研 国防和科学实验中 成为一种不可缺少的重要仪器设备之一 三 信号发生器的基本原理 信号发生器是由振荡器 频率合成单元 电平控制单元和调制单元等组成的综合性电子仪器 其基本功能是提供正弦波信号和调制信号 广泛应用于科研 生产 计量等部门 合成式信号发生器是应用频率合成的方法产生所需频率范围的正弦波信号 在很宽的频率范围内 其频率准确度和稳定性可以达到与内部参考频率标准 一般为参考晶体振荡器 相同 四 信号发生器的技术参数及指标 信号发生器的种类繁多 技术参数也是较多的一种设备 但归纳起来有 频率 频率单位 hz khz mhz 幅度 单位用dbm v mv uv 波形参数和调制参数等四大类 它是大家在平时使用中接触得比较多的几种参数之一 要求都要计量 频率参数中最主要的技术指标是频率准确度 目前使用的信号源的工作原理基本都是通过频率合成方式 内部晶体振荡器的测量也是信号源的一项重要的测量项目 在信号源的技术指标中 一般很难直接找到频率准确度的技术指标 频率准确度的技术指标一般是通过内部晶体振荡器的技术指标合成而来 目前使用信号源的频率准确度一般在1 10 6 1 10 8之间 四 信号发生器的技术参数及指标 幅度是信号源中最重要的技术指标 输出幅度表征着一个信号源的输出信号的范围及能力 在信号发生器输出的技术指标中 输出电平准确度是最主要的技术指标 目前某些新型的配有电子衰减器的信号发生器的输出电平准确度可达到 0 5 1 db 此外 有关幅度的技术指标还包括最大输出电平 频响和衰减等 四 信号发生器的技术参数及指标 波形参数是表征信号发生器输出载波的纯净程度的一系列技术指标 包括载波的剩余调幅和剩余调频 谐波 分谐波 非谐波和单边带相位噪声等 这些指标全部是限制性指标 即小于限定值则符合要求 四 信号发生器的技术参数及指标 信号发生器调制参数可以分为模拟和数字调制两种 模拟调制包括调幅 调频 调相和脉冲调制 数字调制也称iq调制 包括多种制式 如qpsk msk和qam等 对于每一种调制方式 都有一系列的技术指标相对应 调幅包括调幅度 调幅失真和伴随调频等 调频包括调频频偏 调制失真和伴随调幅等 脉冲调制包括上升下降时间和脉冲通断比等 五 信号发生器的有关术语 1 有关频率特性的术语有效频率范围 信号发生器所产生信号的载波频率范围 该范围既可连续由若干频段或一系列离散频率来覆盖 在此频率范围内 信号发生器各项指标满足全部误差要求 频率分辨力 信号发生器在其频率范围内输出信号频率的最小改变 步进 量 频率准确度 频率刻度的标称值f0对实际f1的相对偏差 其计算公式为 f0 f1 f1 f f1 五 信号发生器的有关术语 2 有关输出幅度的术语 输出幅度范围 信号发生器输出幅度从最小到最大的范围 输出幅度分辨力 信号发生器输出幅度的最小变化 步进 量 如 0 1dbm或是0 01dbm等 输出幅度准确度 在规定的输出幅度范围内 仪器规定的技术指标 例如 0dbm给出的技术指标是 0 5db 五 信号发生器的有关术语 衰减 任意输出电平与给定的参考电压之比 用分贝数或电压 功率 比表示 输出幅度频响 平坦度 在规定的输出幅度范围内 各频率点的输出幅度与参考频率点输出幅度的比值或分贝差值 辐射 由于信号发生器屏蔽不完善而引起的不需要的辐射场 指空间 五 信号发生器的有关术语 3 有关调制的术语 调幅 使载波幅度按给定规律变化的过程 调幅系数 正弦调制 调幅信号最大和最小幅度之差的一半与这些幅度平均值之比 调幅信号的包络 当调制信号的相位联续变化360时 载频随时间所扫过的区域的上 下边沿线 幅度失真 对于正弦波调幅信号 当正弦调制信号加到信号发生器上获得调幅信号时 接到信号发生器输出端的线性检波器的输出波形的失真 有时亦称 包络失真 当检波时的极性翻转时 失真取二者中较大的 五 信号发生器的有关术语 调频 使载波频率按给定规律变化的过程 频偏 对于正弦波调制信号 纯正弦调制的一周期内 载波频率总偏移 峰 峰 的一半 调频失真 对正弦波调频信号 当正弦调制信号加到信号发生器而获得调频信号时 接到信号发生器输出端的线性鉴频器输出波形的失真 伴随调幅 信号发生器在输出调频或调相信号时 伴随出现的调幅系数 伴随调频 信号发生器在输出调幅信号时 伴随出现的调频频偏 六 信号发生器的使用方法 开机 根据本仪器的电源要求 110v或220v 接通电源 开机后预热30分钟左右 注意 电源不符合要求 仪器会容易被烧坏 使用前应注意的事项 首先将各输出及调制部分的开关置于 off 的状态 连接好你所要测试的仪器设备 信号源的输出端与频谱仪的输入端连接好 然后 依据你使用所需的载波频率值 如100mhz 先置好频率 调节输出电平置于合适的位置 如 0db的电平输出 打开电平的输出开关至 on 此时 信号源就有了信号输出 我们常说的信号源是个源 那频谱仪就是一个表的概念 用于计量信号源的标准装置 接收机也是一台表 六 信号发生器的使用方法 例如 你用一台频谱分析仪来测量一个100mhz 0dbm的信号电平 请将频谱分析仪的中心频率置于100mhz 频率跨度置于1mhz位置 并置频谱分析仪的垂直刻度于10db div 为方便读数 请把频谱仪的光标打开 参考电平置于0db 另将信号源按以上的频率及电平设置好 用高频电缆将信号源的输出端连接上频谱仪的输入端 一切准备就绪 将信号源的rf输出开关置于 on 的状态 此时在频谱仪的显示屏上就可以看见接收到的100mhz 0db的信号电平 如果你的频谱仪的参考电平置于0db的话 说明频谱仪接收到的信号在最顶端的位置就是0db左右 一般读数都用相对电平来表示和读取 随着你信号源输出电平的变化 在频谱仪上的电平信号也同时可以看到屏幕上的电平在变化中 例如你的信号源电平衰减 10dbm 频谱仪上所显示的电平值大概就是 10 2dbm或是 9 8dbm的信号 这里边已包括有信号源的电平输出误差或有频谱仪的误差等因素 所以它并不是你衰减时正好 10dbm的电平 七 信号发生器的维护与注意事项 日常使用应注意的问题是 在仪器通电之前 首先要检查的是 电源电压是否符合要求 一般的电源要求分为两种 110v或220 1 5 v 电源频率 50 1 hz 电压过高会烧坏仪器的电源部分或其它元器件 反之 电压不够 仪器不能正常使用 所以说这是一个关键而又值得我们去重视的问题 在电源电压都正常 接地良好的情况下 零线对地线电压一般要求是 1v 5v为安全 插上电源线 按正常情况下开机 然后按要求仪器预热30分钟左右再使用 这才能保证各项输出指标的稳定 特别是频率输出 如预热时间太短 频率就无法稳定下来 测试的数据就会不准确 这会引起误判现象 七 信号发生器的维护与注意事项 在使用仪器之前最好是了解仪器使用说明书的要求 要知道该仪器有什么需要特别注意的 例如 对于信号源来说 仪器的输出端口就是本仪器作为输出信号而用的 而不是用作接收信号用 使用一台仪器 我们首先应该知道 我们所用的仪器是源还是表 如果你一不小心 把一个输出信号倒灌到信号源的输出端口上了 那信号源的输出部分或者是衰减器就有可能是被烧掉了 这是一个特别值得注意的问题 以前就有过这种情况发生 而且信号源是一台精密的电子仪器 一旦烧坏 维修费是很昂贵 动则3 5万不等 切记 七 信号发生器的维护与注意事项 再作个比方 一台频率计 它是用来测量频率用的 也就是说它是一台表 在它的输入口上会有明确的标识 例如 输入信号不能 0dbm 如果你在使用时不注意这些标识 你就有可能给一个 0dbm的输入信号给频率计 自然 这样的结果就是信号太大而把频率计给烧坏了 所以有时候当我们在做计量测试时会看不到频率计的屏幕上有数字显示 不懂的还以为是没有信号输出 其实就是你的频率计已经被烧坏了 碰到这种情况 我认为应该采取多次测量的办法来排除问题 不要轻易的对被测仪器作出不合格的判断 误判一旦发生 这对客户很不负责 同时也会反映我们的经验不足和技术能力的欠缺 工作中要多注意和积累经验 在此作为仪器使用的特别提醒 工作中应多注意 七 信号发生器的维护与注意事项 仪器在平时不使用的情况下 也要注意其保养工作的正常进行 特别是在南方的气候比较潮湿的地方 相对湿度应 80 过分潮湿的气候会造成电子仪器内部短路或放电 危害电子仪器的使用安全 当打开机盖调整电路时 气候过于干燥 工作人员身体容易带静电 静电放电会损坏电子元器件 特别是不要穿容易起静电的化纤类的衣帽 最好事先放电或带接地手环 保养最起码的要求是 每个月要开机检查一次 看其性能是否正常 有无输出 如果太长时间不开机 也有可能因天气太潮湿而致使元器件出问题而损坏仪器 这就是为什么计量标准装置都要求配置一份 仪器使用登记本 要求技术人员在每次计量工作完毕后 要根据计量标准的技术性能状态作仪器使用记录并签名的道理 八 信号发生器的计量检定规程 规范 信号发生器的检定规程具体见 jjg173 2003信号发生器检定规程根据规程中的计量校准项目 进一步来讲解信号发生器的校准方法 九 信号发生器的校