电子测量复习题(学生)1--13.doc

1. 国际单位制中的七个基本单位。长度单位米(m)，质量单位千克(kg)，时间单位秒(s)，温度单位开尔文(K)，电流单位安培(A)，物质的量的单位摩尔(mol)，发光强度单位坎德拉(cd)。2. 误差的概念及表示方法。误差就是测量值（或称测定值、测值）与真值之差。误差=测量值-真值3. 绝对误差及相对误差的计算。绝对误差x=x-A0 相对误差=x/A0*100%4. 检定量程为100A的一级电流表，在50A的刻度上，标准表读数为49A，问此电流表是否合格？（类似仪表检定问题）P19 m=(x-x0)/xm*100%=1.0%=1.0% 合格5. 误差的分类。随机误差的特点。系统误差、随机误差、粗大误差。随机误差大小和方向都不固定，也无法测量或校正。随机误差产生于多种因素的同时作用，这些因素互不相关，没有规律，如噪声干扰、电磁场的变化、空气扰动、大地微震等无规律的微小因素，这些因素的综合会对测量值产生可以察觉到的影响。6. 对某系统的输出电压进行12次等精度测量，测得数值为32.49，32.46，32.52，32.50，32.48，32.52，32.47，32.50，32.51，32.47，32.49，32.51。若要求在P=95%的置信概率下，则该电压测量值在多大的置信区间？（给出t分布表。类似计算置信区间）P29 1.电感的算术平均值=32.493mH 电感的标准差估值s(L)= = 0.060mH 算术平均值标准差估值 s() =0.060/=0.017mH 2.查表由n-1=11及P=0.95，差得t=2.20 3.估计电感L的置信区间-ts(),+ts(),其中ts()=2.20*0.017=0.0374mH 则在95%的置信概率下，电感L的置信区间为32.4556mH, 32.53047. 检验粗大误差的常见方法，会用三种检验方法检验粗大误差。莱特检验法、格拉布斯检验法、中位数检验法8. 削弱系统误差的典型技术（有零示法、替代法、交换法和微差法），及各种测量方法的特点。零示法：在测量过程中，只需判断检流计中有无电流，因此只要标准直流电压准确度高，检流计灵敏度高，测量的准确度就高。替代法：在替代过程中，测量电路及仪器的工作转态和示值均保持不变，故测量中的恒定系差对测量结果不产生影响，测量的准确度主要取决于标准已知量的准确度及指示器的灵敏度。交换法（对照法）：当估计由于某些因素可能使测量结果产生单一方向的系统误差时，可以进行两次测量。利用交换被测量在测量系统中的位置或测量方向等办法，设法使两次测量中误差源对被测量的作用相反。对照两次测量值，可以检查出系统误差的存在。对两次测量值取平均值，将大力消弱系统误差的影响。微测法：在实际测量中，标准量不是一定是连续可变的，这是只要标准量与被测量的差别较小，那么它们的作用相互抵消的结果也会使指示仪器的误差对测量的影响大大减弱。9. 等精度测量结果的数据处理。1) 对测量值进行修正，列出测量值xi 的数据表2) 计算算术平均值 3) 列出残差 4) 按贝塞尔公式计算标准差的估值 5) 按莱特准则 ,或格拉布斯准则 , 检查和剔除粗大误差；若有粗大误差，应逐一剔除后，重新计算 , 和s，再判别直到无粗大误差； 6) 判断有无系统误差，如有应查明原因，修正或消除系统误差后重新测量； 7) 算术平均值标准差的估计值 8) 写出最后结果的表达式，即 式中k为置信因子，可查表2.4。 jmjjxxfyD=D=110. 误差传递公式计算。绝对误差： 相对误差：11. 有效数字和近似运算。有效数字，是指在测量数值中，从最左边一位非零数字起到含有12. 误差的那位存疑数为止的所有各位数字。近似运算法则：1) 在近似数加减运算时，各运算数据以小数位数最少的数据位数为准，其余各数据可多取一位小数，但最后结果应与小数位数最少的数据小数位相同。例 求2643.0 987.7十4.187 0.2354= ？2643.0 987.7 4.19 0.24 3635.133635.1 2) 在近似数乘除运算时，各运算数据以有效位数最少的数据位数为准，其余各数据要比有效位数最少的数据位数多取一位数字，而最后结果应与有效位数最少的数据位数相同。例：462.80.64 1.22 = 242.780332.413. 信号发生器的主要技术指标。1.频率范围：指信号发生器所产生信号的频率范围，该范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频率覆盖，在此范围内应满足全部误差要求。 2.频率准确度：频率准确度是指信号发生器度盘（或数字显示）数值与实际输出信号频率间的偏差，通常用相对误差表示3. 频率稳定度: 频率稳定度指标要求与频率准确度相关，频率准确度是由频率稳定度来保证的。频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。按照国家标准，频率稳定度又分为短期频率稳定度和长期频率稳定度。 短期：15分钟内 长期：3小时内 4.失真度与频谱纯度: 定义 测量：低频信号发生器用失真系数 高频信号发生器用频谱纯度 5. 输出阻抗：低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600（或1k）功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有50、75、150、600和5 k等档 。高频信号发生器一般仅有50或75档。信号发生器输出电压的读数是在匹配负载的条件下标定的，若负载与信号源输出阻抗不相等，则信号源输出电压的读数是不准确的。 6. 输出电平：输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品标准规定的信号发生器的最大输出电压和最大输出功率在其衰减范围内所得到输出幅度的有效范围。 7.调制特性：高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下是调幅AM信号和调频FM信号，有些还带有调相和脉冲调制PM等功能。13.低频信号发生器按结构不同可分为波段式和差频式。这两种信号发生器的组成及特点。答：波段式信号发生器输出频率由主频器确定，通常由RC振荡器产生低频正弦波，经电压放大达到电压输出幅度的要求，有电位器和衰减器调节输出。这种信号发生器带负载能力弱，只能提供电压输出。 差频式信号发生器由变频振荡器f1和固定频率振荡器f2通过混频器产生两者差频信号f0=f1-f2，再通过低频滤波器除去混频器中高频成分，在经过放大衰减输出，得到所需要的低频信号。最大的特点是频率覆盖范围大，容易做到整个低频段内频率可连续调节而不用更换波段，且输出电平也比较稳定。14.波段划分问题答：15.高频信号发生器的组成及特点。答：16.频率合成的三种方法。答：直接模拟频率合成法，直接数字频率合成法和间接锁相式合成法（间接合成法）。17.直接模拟频率合成、直接数字频率合成及锁相合成的原理及特点。答：直接模拟频率合成原理：利用倍频、分频和混频以及滤波技术，对一个或多个基准频率进行算术运算来产生所需频率的方法，称为直接合成法，由于大多是采用模拟电路来实现的，所以又称为直接模拟频率合成，特点是频率分辨力高、频率切换快（毫秒级）、电路庞大、复杂 -现不用它做信号源。直接数字频率合成原理：93页直接数字频率合成特点：它可以产生任意波形。从上述直接数字频率合成的原理可知，其输出波形取决于波形存储器的数据。因此，产生任意波形的方法取决于向该存储器（RAM）提供数据的方法。1)表格法2)数学方程法3)折线法4)作图法5)复制法。间接锁相式合成法原理：间接合成法即锁相合成法，它是利用锁相环（PLL）的频率合成方法。1.基本锁相环路： 14. 18、直接数字频率合成方法中，频率的计算问题。输出频率为一般表达式为：式中K为频率码，是个32位的二进制值，可写成：所以，又得：19、基本锁相环路的组成及其工作过程基本锁相环路是由相位比较器、压控振荡器和环路滤波器组成的闭合环路。锁相环路的工作过程就是通过频率牵引，达到相位锁定的过程20、计算锁相环的输出频率范围及步进频率。（建议看作业题）1、 倍频锁相环：当环路锁定时，PD两输入频率相等，f0=Nfi2、 分频锁相还：fi=N f03、 混频锁相环： 4、频率合成单元：1）、组合环：所以 2)多环合成单元：所以21、测量频率的常用方法1、模拟法：1）频响法：a、电桥法，b、谐振法 2）比较法：a、拍频法，b、差频法，c、示波法（1、李沙育图形法，2、测周期法）2、计数法：1）：电容充放电式 2）：电子计数式22、电子计数法测频及测周原理1、测频原理：根据频率的定义，若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则该信号的频率为：实现测频原理：定时计数，实质：比较法；2、测周原理：图见课本121页或者ppt，当输入信号未正弦波时，图中各点波形如图所示，被测量信号经放大整形后，形成控制闸门脉冲信号，其宽度等于被测信号的周期Tx。晶体振荡器的输出或经过倍频后得到频率为fc的标准信号，其周期为Tc，加于主门输出端，在闸门时间Tx内，标准频率脉冲信号通过闸门形成计数脉冲，送至计数器计数，经译码显示计数值N。23、电子计数器测量频率的误差分析误差分析计算：又因为可得电子计数法引起的频率测量相对误差由计数器计数脉冲相对误差和标准时间相对误差两部分组成的。1）；量化误差：在测频时，主门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是不想关的，也就是说他们在时间轴上的相对位置是随机的。N=1 N=fxT2）闸门时间误差：T=mTc=m(1/fc) 15. 电子计数器测量周期的误差分析。1)用计数器直接测周的误差主要有三项，即量化误差、转换误差以及标准频率误差。2)采用多周期测量可提高测量准确度；3)提高标准频率，可以提高测周分辨力；4)测量过程中尽可能提高信噪比VmVn。16. 什么是中界频率？推导中界频率公式。测频、测周误差相等的频率称为中界频率。17. 多周期测量有什么优点。1）不管频率高低其精度是相同的。2）1误差相对小得多。 18. 通用计数器一般具有多种功能，具体有哪些，原理是什么。通用计数器系列产品很多，但大多都具有：测量频率、周期、多周期平均、时间间隔、自检、频率比、累加计数、计时等功能。19. 采用内插法计数器提高测时分辨率的原理。以恒流源对电容器C充电，设充电时间为T1，而以(k-1)T1（可近似为kT1）时间缓慢放电，当放电到原电平时，所经历的时间为： T1=T1+(k-1)T1=kT1，即得到T1的k倍时间扩展。在kT1时间内对时标计数。29什么是调制域？ 调制域即指由频率轴(F)和时间轴(T)共同构成的平面域调制域测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。30交流电压的三种表征形式及相互转换。交流电压表的定度标准？ 交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数以及波峰系数来表征。 转换：交流电压表都按照正弦波电压有效值进行定度的31什么是电压分贝值？分贝值是被测量与同类的某一基准量比值的对数。常用的被测量是功率和电压。电压分贝值：由P=UI=U2/R关系式可得电压比的对数32三种检波方式的特点？ 1.平均值检波：其最大特点是检波器的充放电时间常数相同，特别适用于对连续波的测量。2. 峰值检波：它的充电时间常数很小，即使是很窄的脉冲也能很快充电到稳定值，当中频信号消失后，由于电路的放电时间常数很大，检波的输出电压可在很长一段时间内保持在峰值上。3. 准峰值检波：这种检波器的冲放点时间常数介于平均值于峰值之间，在测量周期内的检波器输出既与脉冲幅度有关，又与脉冲重复频率有关，其输出与干扰对听觉造成的效果相一致。33数字电压表的主要工作特性？ 1. 测量范围（量程划分，各量程范围，超量程能力） 2.分辨率：数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称做仪表的分辨率3.测量误差： 数字电压表的固有误差用绝对误差表示4. 测量速率： 测量速率是每秒钟对被测电压的测量次数或测量一次所需的时间5. 输入阻抗与输入电流：目前，多数数字电压表的输入级用场效应管组成，在小量程上，其输入阻抗可高达104M以上，在大量程时(如00V、1000 V等)，由于使用了分压器，输入阻抗一般为10M。 6. 响应时间： 响应时间是DVM跟踪输入电压突变所需的时间。7.抗干扰能力串模抑制比和共模抑制比：数字电压表的内部干扰有漂移及噪声，外部干扰有串模干扰及共模干扰。 34.双斜积分式AD转换器的工作原理及特点。工作原理：由模拟电路和数字电路两部分组成。包括积分器、2个比较器、2个计数器及逻辑控制电路。 通过积分器的两次积分,第一次是对输入电压Ui做定时（Ti）积分，第二次是对基准点呀做定值积分，得到与输入电压的平均值成正比的时间间隔T2,实现V-T转换。在T2时间内对时钟脉冲进行计数，最后完成电压-数字转换。三个时期：准备期、取样（第一次积分）期、比较（第二次积分）期。特点： 1.抗串模干扰能力强 2.对积分元件及时钟信号的稳定性和准确度要求大为 降低 3.测量灵敏度高 4.测量速度慢是其主要缺点 5.积分器、比较器中运放的零点漂移会带来转移误差35. 逐次比较式AD转换器的工作原理及特点。 工作原理：用被测电压和一可变的已知电压（基准电压）进行比较，直至达到平衡，测出被测电压。所谓逐次逼近比较，就是将基准电压分成若干基准码，位置电压按指令与最大的一个码（通过D/A转换）进行比较，逐次减少，比较时大者弃，小者留，直至逼近被测电压。特点：逐次逼近比较式A/D转换器采用对分搜索逐次逼近的直接比较方法，转换速度快，但由于与被测电压比较，也容易受到干扰。逐次逼近，只能逼近，不能完全与被测电压相等。若要减小误差，只有增加位数。 但位数增加，电路复杂，成本提高，关键是末位比较电压太小易受干扰噪声影响以至无法工作。36.余数循环比较式AD转换器的工作原理。工作原理：完成一次全部比较程序之后，的相差的余数（剩余误差）保存下来，放大后再比较一次，若有误差再比较一次，这样反复循环比较下去，则分辨率可以无限提高。特点：(1)分辨力高 目前余数循环比较式A/D的分辨力还仅限于 10-610-7量级。 (2)转换速度快 完成一次22bit转换约需1.6ms时间，。37.数字多用表涉及到的转换原理。数字多用表DMM ( Digital MultiMeter)是具有测量直流电压、直流电流、交流电压、交流电流及电阻等多种功能的数字测量仪器。 AC/DC变换将交流电压变换（检波）得到直流的峰值、平均值和有效值I/V变换 基于欧姆定律，将被测电流通过一个已知的取样电阻，测量取样电阻两端的电压，即可得到被测电流。为实现不同量程的电流测量，可以选择不同的取样电阻。Z/V变换同样基于欧姆定律。对于纯电阻，可用一个恒流源流过被测电阻，测量被测电阻两端的电压，即可得到被测电阻阻值。38.示波管（CRT）的组成及结构原理。示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管（CRT）阴极射线示波管结构20. 简述示波器的波形显示原理。 （1）模拟式通用示波器（采用单束示波管实现显示，当前 最通用的示波器）。 （2）数字式数字存储示波器（采用A/D、DSP等技术实现的数字化示波器）。21. 通用模拟示波器的组成及各部分的主要作用。探头基本作用是便于直接在被测源上探测信号和提高示波器的输入阻抗，从而展宽示波器的实际使用频带。输入衰减器是用来衰减输入信号，以保证显示在显示屏上的信号不致因过大而失真。延迟线能保证在屏幕上可以扫描出包括上升时间在内的脉冲全过程。Y放大器使示波器具有观测微弱信号的能力。触发电路用来产生周期与被测信号有关的触发脉冲。X放大器是为了产生扫描电压，以显示随时间变化的信号。22. 示波器的多踪显示及双时基扫描原理。多踪显示：在单线示波的基础上增加了电子开关，利用分时复用的原理，分别把多个垂直通道的信号轮流接到Y偏转板上，最终实现多个波形的同时显示。双时基扫描：双时基示波器有两个独立的触发和扫描电路，特别适用于在观察一个脉冲序列的同时，仔细观察其中一个或部分脉冲的细节。23. 通用示波器的主要技术指标。A带宽、上升时间。B扫描速度。C偏转灵敏度D输入阻抗。E扫描方式F触发特性24. 6.6.2节的信号采集处理技术。采样方式，采样速率，采集器件，采样存储器，触发功能，采样速率与记录长度，有效比特分辨率。44 p282（1）电感线圈 (2) 电容器 (3)45/4647.(1) 静态频率特性测量-点频法 (2) 动态频率特性测量扫频法 481. 频谱仪的分类。答：从工作原理上可分为模拟式与数字式两大类，模拟式频谱仪是以模拟滤波器为基础的；数字式频谱仪是以数字滤波器或快速傅里叶变换为基础的。分类如下：2. 扫频式频谱分析仪的工作原理。答：扫频的本振与信号