电子测量总复习.ppt

第一章电子测量的基本概念1 电子测量的内容 电能量测量 电信号特性测量 电路元器件参数测量 电子设备性能测量 非电量测量 2 电子测量的特点 测量频率范围宽 测量量程广 测量准确度高低相差悬殊 测量速度快 可实现遥测 易于实现测量智能化和自动化 测量结果影响因素众多 误差分析困难 3 测量方法分类按测量手段分类 直接测量 间接测量 组合测量 按测量方式分类 偏差式测量 零位式测量 微差式测量 按被测量性质分类 时域测量 频域测量 数据域测量 随机测量 4 测量仪器的主要性能指标 精度 稳定性 输入阻抗 灵敏度 线性度 动态特性 5 计量的基本概念计量是用规定的标准已知量作单位和同类型未知量相比较而加以检定的过程 国家以法律形式规定全国统一执行的计量单位制及其他有关计量法规 计量工作是国民经济中一项重要的基础工作 量值的传递和跟踪 检定和比对 是国家计量工作统一性和权威性的重要保证 重要知识点 准确度 正确度 精密度 测量方法的分类 计量的概念 误差的基本概念 真值A0指定值AS实际值A标称值示值测量误差单次测量和多次测量等精度测量和非等精度测量误差的表示方法 绝对误差 测得值与实际值之差 四类相对误差实际相对误差示值相对误差满度相对误差量程内的最大绝对误差分贝误差 增益衰减测量 第二章测量误差和误差处理 误差的表示之容许误差 仪器在规定条件下的最大误差范围 仪器误差 容许误差的表示 可用相对误差或者绝对误差工作误差 内外部影响条件任意组合时 误差的极限值 固有误差 仪器处于基准条件时的误差 反应固有性能 影响误差 除某个控制条件外 其他影响量处于基准条件时的误差 稳定误差 仪器标称值在其他影响量和特性恒定时 规定时间的误差极限 例题 四位半显示的仪器 容许误差的表示 最大绝对误差的计算等 测量误差的来源 仪器 使用 人身 操作 方法 误差的分类 系统误差 随机误差和粗大误差系统误差 多次等精度测量的不变误差或规律性变化的误差 表征正确度 分类 恒定系差和变值系差 累进性 周期性 按复杂规律变化 产生系差的原因 仪器 环境 近似公式方法 人身习惯随机误差 多次等精度测量的偶然误差或无规则变化的误差 表征精密度 测量次数足够多时 呈现统计规律 正态分布 特点 有界性 对称性 抵偿性记录法 图和表 产生原因 仪器噪声 环境因素 人身误差 粗大误差 一定的测量条件下 测得值明显地偏离实际值所形成的误差 确认含有粗差的坏值应该剔除掉 粗差产生的原因 测量方法不当或错误 测量操作疏忽和失误 测量条件的突然变化 误差可以相互转化 测量结果的表征随机误差分析 正态分布的统计学规律 两个结论 随机误差的数学期望等于零 测得值的数学期望等于被测量真值A 消除系差剔除坏值 仅含随机误差时 多次测得值的算术平均值很接近被测量真值 因此就将它作为最后测量结果 并称之为被测量的最佳估值或最可信赖值 有限次测量时各次测得值与算术平均值之差 定义为剩余误差或残差 当n足够大时 残差的代数和为零 随机误差的抵偿性 因此不能用它的算术平均值来估计测量的精密度 而应使用方差进行描述 标准差反映了测量的精密度 小表示精密度高 测得值集中 正态分布的特点 均匀分布的特点 极限误差贝塞尔公式表示有限次测量时标准误差的最佳估计值 测量结果算数平均值的标准偏差 最佳估值 有限次测量下测量结果的表达 系统误差分析 系统误差的特性 不易被发现 所以更须重视 由于它不具备抵偿性 所以取平均值对它无效 又由于系差产生的原因复杂 因此处理起来比随机误差还要困难 系统误差的判断 理论分析法 校准比对法 改变测量条件法 剩余误差观察法 公式判断法消除系统误差产生的根源 区间越宽 置信概率越大 了解 削弱系统误差的典型测量技术 恒定系差 零示法 将待测量与已知标准量进行比对 效应抵消时 零示器或检流计示值为零 标准量数值即为结果 典型应用 惠斯登电桥测电阻 电位差计原理 替代法 测量条件不变时 用标准已知量去替代待测量 通过调整标准量而使仪器的示值不变 标准量数值即为结果 典型应用 精密电阻电桥中测量电阻 补偿法 部分 不完全替代法 典型应用 测量高频阻抗 电压 衰减量 对照法 即交换法 适于在对称的测量装置中用来检查其对称性是否良好 或从两次测量结果的处理中 消弱或消除系统误差 典型应用 等臂电桥测电阻 微差法 虚零法或差值比较法 是一种不彻底的零示法 允许标准量s与被测量x的效应不完全抵消 而是相差一微小量 测得 x s 即可得到待测量 交叉读数法 是对照法的一种特殊形式 典型应用 谐振频率测量 消除或削弱系统误差的其他方法 1 利用修正值或者修正因数加以消除 2 随机化处理 3 智能仪器中使用直流零位校准法或自动校准法 系统误差的合成 误差合成和误差分配的概念 误差的综合步骤 获得各分项与被测量之间的函数关系 按泰勒级数展开 对每一个分量求导乘以该分量的绝对误差 最后求和 再计算相对误差 得到公式 常用函数的合成误差 和函数 差函数 积函数 商函数 幂函数 积商幂 系统不确定度 表征系统误差可能变化的最大幅度 绝对值合成与均方根合成法 有效数字的处理 从左边第一个不为零的数到最右边的数 运算规则 多余数字的舍入规则 小于5舍 大于5入 等于5时前位凑奇 本章重点习题和相关知识点 给出标称值和容许误差 计算实际值的范围有效数字的处理方法 有效数字的运算规则残差的概念及性质 测量次数足够多时 残差代数和为零系统误差产生的原因莱特准则 极限误差误差的分类 随机误差的特点绝对误差和相对误差的计算误差的合成等精度测量结果的处理重点习题 2 1 2 4 2 8 2 14 2 19 2 20 2 21 2 27 第三章信号发生器 信号发生器概述 用途 提供测试用电信号的装置 分类 按输出频率 按输出波形 按性能分类 其他 按使用范围 调节方式 频率产生方法 基本构成 振荡器 核心部分 产生不同频率和波形的信号 变换器 对信号进行放大 对载频进行调制 输出级 调节输出信号的电平和输出阻抗 指示器 监视输出信号 电源 提供稳定的工作电源电压 发展趋势 嵌入微处理器 自动化 智能化 宽屏率覆盖度 高精度等 正弦信号发生器的基本性能指标 三大类指标 频率特性 输出特性 调制特性 具体指标 频率范围 频率准确度 频率稳定度 由温度 电源 负载变化引起的频率变动量 非线性失真系数 失真度 输出阻抗 输出电平 调制特性 低频信号发生器 1Hz 1MHz频段 输出正弦波为主 兼有方波或其他波形 基本组成及原理 通用RC振荡器基本原理 稳定振荡振幅和减小波形失真的措施 使用文氏桥振荡电路加入负温度系数的热敏电阻 其他低频振荡器 LC振荡器 品质因数 频率覆盖系数和RC振荡器的对比 差频式振荡器 基本原理 XD 1型主要技术指标和使用方法 超低频信号发生器 频率范围1Hz以下 仍可认为属于低频信号发生器的范畴 主振荡器的构成 两级由运放构成的积分器和反相器 函数信号发生器 多用信号源 数字合成超低频信号发生器 低频 超低频信号发生器的发展趋势 自动化智能化 性能指标提升 射频信号发生器 频率范围300KHz 1GHz 正弦信号 组合调制 按频率范围归作高频信号发生器一类 可按照国家标准分类 调谐高频信号发生器 LC主振荡器 基本构成 按反馈方式可再细分 锁相高频信号发生器 产生原因 在高性能调谐信号发生器中增加频率计数器 频率相等或同步时锁相状态 锁相环的基本原理 合成高频信号发生器 频率合成器作为主振荡器 主要优点 直接合成法相干与非相干式在于石英晶体的个数 间接合成法 产品性能对比 扫频信号发生器 特点 扫频仪的核心 用途 线性电路幅频特性的测量 点频法 挑选频率点测量输出信号如输入信号的幅频比和相位差 优点 原理简单 工具简单 缺点 操作繁琐 易遗漏特性突变的关键点 电路变化或元件参数变化将导致重新逐点测量 改进思路 使输入信号的频率按特定规律自动连续并周期性重复 通过示波器得到被测电路的幅频特性曲线 即得到扫频法 核心的扫频信号发生器常用正弦振荡器VCO 是扫频信号在频率最大值和最小值之间周期性反复连续变化 原理图 主要优点 扫频仪的基本构成 扫频振荡器的工作原理 磁调电感法 通过改变磁导系数改变电感L 进而改变输出频率f 变容二极管法 通过改变随时间变化的扫描信号电压U来改变电容C 进而改变输出频率f 其他常用方法 BT 3型扫描仪主要性能要求和技术指标 锁相射频信号发生器的锁相状态 锁相环路基本原理 基本锁相环是个闭环相位负反馈环路 由鉴相器 PD 低通滤波器 LPF 及压控振荡器 VCO 三大部分组成 鉴相器 PD 又称相位比较器 低通滤波器 LPF 压控振荡器 VCO 将基本锁相环的结构稍加变化 在反馈回路中加入分频比N可变的分频器 就可得到频率合成器中经常使用的锁相环 本章重要知识点及习题 信号发生器的五大构成部分正弦发生器主要性能指标 频率特性 输出特性 调制特性低频信号发生器 频率范围1Hz 1MHz 主振荡器 RC振荡器 文氏桥网络法 热敏电阻加入 超低频信号发生器 频率范围 主振荡器 两级由运放构成的积分器和反相器 函数信号发生器 多用信号源 数字合成超低频信号发生器 射频信号发生器 频率范围300KHz 1GHz 正弦信号 组合调制 高频 标准分类 调谐 LC主振荡器 锁相 增加频率计数器 频率相等或同步时锁相状态 合成 频率合成器作为主振荡器 直接合成法相干与非相干式在于石英晶体的个数 间接合成法 小结各类型信号发生器的主振荡器及特点 锁相环的组成部分 原理图等 第四章电子示波器 电子示波器概述 简介 特点 用途 分类 发展 核心 示波管 由电子枪 偏转系统 荧光屏三部分组成 示波器的组成 三个通道 核心示波管 两个校正器 电源 各部分的基本功能 组成框图及波形关系图 主要性能指标 最高工作频率 带宽 偏转灵敏度S 扫描频率 输入阻抗 并联 要求 瞬态响应 扫描方式 垂直偏转通道 Y通道 检测被观察信号 并将它无失真或者失真很小地传输到示波管的垂直偏转管上 同时进行延迟 输入电路 输入耦合方式 AC GND DC三个档次 衰减器 阻容补偿分压器 三种补偿状况 探头 同轴电缆 小电容和大电阻并联 有源探头 阻抗变换器 射极跟随器构成 延迟线 把加到垂直偏转板上的脉冲信号延迟一段时间 以保证在屏幕上扫描出包括上升时间在内的脉冲全过程 延迟线的输入级需采用低输出阻抗电路驱动 而输出级则采用低输入阻抗的缓冲器 垂直偏转放大器 要求足够大的带宽 受限因素 四种措施 其他措施 水平偏转通道 X通道 产生一个与时间呈线性关系的电压 并加到示波管的X偏转板上 使电子射线沿水平方向线性偏移并形成时间基线 偏转距离计算 扫描方式分类 连续 触发扫描 特点 组成 时基发生器 核心 原理 各部分作用 触发电路 三种触发源 四种触发耦合方式 三种触发方式及整形电路 校正器 幅度校正器 扫描时间校正器 校正时的注意事项 可以在同一个示波管荧光屏上同时显示两个信号波形的示波器 双踪示波器 垂直偏转通道由A和B两个相同的通道组成 输出信号由电子开关进行控制 共用一个主通道 基本原理与各部分组成框图 双踪示波器的五种工作状态 A B 交替 断续 A B 典型代表SR 8 多踪示波器的设计思路 对双踪示波器的扩展 限制 双线示波器 采用双线示波管 一个玻璃壳内装有两个完全独立的电子枪和偏转系统 共用一个荧光屏 可同时观察两个相互独立的信号波形 典型代表SR 46双线示波器主要技术指标 双踪示波器和双线示波器的优缺点 SR 8双踪示波器主要指标 应用 电压 时间 频率 相位测量 公式 习题解答 低频信号发生器RC振荡文氏桥网络原理 函数信号发生器原理 电子枪组成部分及用途 同步 探头 延迟线 相关计算 本章重点知识点电子枪的基本组成和各部分的主要用途 电子光束的运动轨迹 内同步 外同步 延迟线 双踪示波器和双线示波器的区别 取样示波器的实时取样 记忆示波器功能的实现 示波器常用的四种耦合方式 连续扫描和触发扫描双踪示波器的应用 测量相位差 时间的定义与标准 原子时标 天文时标 频率的定义与标准 原子频标 天文频标 晶体振荡石英钟 标准时频的传递 时频测量的特点 精度高 范围广 信息传输和处理较容易 测量方法灵活 测量方法分类与概述 模拟法和计数法 电子计数法的测频原理 组成框图和波形图 时间基准T产生电路 计数脉冲形成电路 计数显示电路 第五章频率时间测量 电子计数法测量频率的误差分析 分为量化误差和闸门时间误差 标准时间误差 误差分析和推导过程 微分替换 从绝对误差到相对误差 提高频率测量准确度可采取的相应措施 提高晶振频率的准确度和稳定度以减小闸门时间误差 扩大闸门时间或倍频被测信号频率以减小量化误差 低频时采用测周期的间接方法 测量频率范围的扩大 使用外差法及基本原理框图 优缺点 电子计数法测量周期的原理 框图及波形 电子计数法测量周期的误差分析 加入触发误差 中界频率的相关概念及其推导过程 高频 低频是以 中界频率 为界来划分的 定义 对某信号使用测频法和测周法测量频率 两者引起的误差相等 则该信号的频率定义为中界频率 记为f0 频率时间测量概述 时间 频率的定义和标准 频率测量的主要方法总结 模拟法和计数法 模拟法中又分为直读法和比较法 计数法中包括电容充放电式和电子计数式 电子计数法测量频率的原理 组成框图 电子计数法测量频率的误差分析 分为量化误差和闸门时间误差 标准时间误差 误差分析和推导过程 提高频率测量准确度可采取的相应措施 提高晶振频率的准确度和稳定度以减小闸门时间误差 扩大闸门时间或倍频被测信号频率 低频时采用测周期的方法 测频范围的扩大 外差法及基本原理框图 电子计数法测量周期的原理 框图及波形 电子计数法测量周期的误差分析 类似测频的推导过程 中介频率的相关概念及其推导过程 电子计数法测量时间间隔 概念 原理框图 开关S置于不同位置时表示的意义 测量两个信号间的时间间隔 测量同一个信号任意两点时间间隔 测量时间间隔的误差分析 量化误差 标准频率误差和触发误差三个方面 减小测量误差可以采取的技术措施 提高测量精准度的方法 游标法 内插法 平均法 相关分析过程 典型习题解析 典型通用电子计数器E 312 主要技术指标 原理 面板 测量应用 测量频率 周期和两个脉冲之间的时间间隔 计数器的发展动态概述 测量频率的其他方法简介 直读法和比较法 本章重要知识点电子计数法测量频率 周期 时间间隔误差分析的相关计算 注意和第二章结合计算绝对误差或者相对误差 各类型误差分别计算或者求和 计数式频率计测量频率的原理及误差来源 中介频率的概念和计算 提高测频准确度的相关措施 拍频法测频的原理及计算 第六章相位差测量 相位差测量概述 相位差的定义 以交流电压信号的函数表达式为例 振幅 角频率 初相位 瞬时相位 结论 两个频率相同的正弦量间的相位差是常数 并等于两正弦量的初相之差 应用 研究相频特性 方法 四种 用示波器测量相位差 两种常用方法 直接比较法 基本原理和推导过程 公式误差来源分析 水平扫描非线性 两个垂直通道一致性 人眼读数误差 椭圆法 以李沙育图形法测量信号频率为基本原理 推导过程 公式 公式分析 基本误差分析 附加 固有 相位差的产生及处理方法 相位差转换为时间间隔进行测量 基本思想是将被测信号过零点的时间差与周期应用模拟或数字方法加以测量 找到两者比值间的关系 由电表或显示屏直接显示被测信号的相位差 相位差转换为电压进行测量 基本原理是利用非线性器件把相位差转换为电压或电流的增量 然后用电表指示被测相位差 差接式相位检波电路和平衡式相位检波电路 零示法是将精密移相器的相移值与被测两信号的相移值作对比 反向补偿用平衡指示器指示为零显示 测量频率扩展 本章重要知识点示波器测量相位差的两种方法 公式 示波器直接比较法和椭圆法测量相位差的原理