电子测量技术 复习资料.doc

第一章 绪论1. 测量：测量就是利用试验手段，借助各种测量仪器量具，获得未知量量值的过程。2. 电子测量：电子测量泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。3. 智能仪器：人们习惯把内含微型计算机和GPIB接口的仪器称为智能仪器。4. 虚拟仪器：通常是指以计算机为核心的，由强大的测试应用软件支持的具有虚拟仪器面板，足够的仪器硬件及通信功能的测量信息处理系统。5. 电子测量的特点：1测量频率范围宽，低至10-6Hz以下，高至1012Hz以上。2仪器量程范围宽。3测量准确度高低相差悬殊。4测量速度快。5可以进行遥测。6显示方式清晰直观。7宜于实现测试智能化和测试自动化。8易于实现仪器小型化。9影响因素众多，误差处理复杂。6. 电子测量的方法：按测量手段分类：1直接测量：直接从测量仪表的读书获取被测量量值的方法。2间接测量：它是利用直接测量量与被测量量之间的函数关系，间接得到被测量量值得方法。3组合测量：当某测量参数需用多个未知参数表示时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知参数之间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量，这种测量方法叫组合测量。按测量方式分类：1偏差式测量法：用仪器仪表指针的位移表示被测量量大小的测量方法。2零示式测量法：又称平衡式测量法，测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等，从而测得被测量。3微差式测量法：偏差式测量法与零示式测量法相结合。按被测量性质分类：1时域测量：主要测量被测量随时间的变化规律。2频域测量：主要目的是获取待测量与频率之间的关系。3数据域测量：主要是用逻辑分析仪等设备对数字量，或逻辑电路的逻辑状态进行测量7智能仪器的特点：1是操作自动化2具有对外接口功能8智能仪器的组成：主要与一般计算机的区别：多一个专用的外围设备-测试电路。9计量与测量的区别：计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠地测量。计量室测量的基础和依据。10.仪器和测试技术应用：智能仪器；GPIB总线为主的台式仪器；ISA/PCI总线为主的个人仪器；VXI总线为主的模块式仪器。11. 计量：计量室利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠地测量。对比：在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准，标准或工作计量器具之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。检定：用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比较，已达到全面评定被鉴定计量器具的计量性能是否合格的目的。校准：指被校准的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确定被较计量器具的示值误差的全部工作。12如何进行量值正确传递：把一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手段准确的传递到所使用的测量器具，以保证量值统一。13简述测量方法的选择原则，如何获得准确的测量结果。原则：1被测量本身的性质2所要求的测量准确度3测量环境4现有测量设备。在此基础上，选择合适的测量仪器和正确的测量方法，正确可靠的测量结果的获得，还要依据正确操作和测量数据的的正确处理。14简述直接测量，间接测量，组合测量的各自特点。直接测量：不需要对被测量与其他实测的量值进行函数关系的辅助运算，因此测量过程简单迅速，是工程测量中广泛应用的测量方法。间接测量：费时费事，常在直接测量不方便，或间接测量的结果较直接测量更为准确，或缺少直接测量仪器的情况下使用。组合测量：当某测量参数需用多个未知参数表示时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知参数之间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量。15电子测量仪器的主要功能：变换功能，传输功能，显示功能。电子测量仪器的主要技术指标：精度（精密度、正确度、准确度）、稳定性、输入阻抗、灵敏度、线性度、动态特性。第二章 测量误差及测量结果的处理1. 测量的基本参数有哪些？真值A0、指定值As、实际值、标称值、测量值（指示值）、测量误差。2. 等精度测量：在保持测量条件不变的情况下对同一被测量进行的多次测量过程称为等精度测量。非等精度测量：对同一被测量的多次重复测量中，不是所有测量条件都维持不变，这样的测量称为非等精度测量。3. 误差的两种表示方法：绝对误差（0）和相对误差。4. 相对误差：实际值相对误差：指示值相对误差： 工程中常采用此法。满度值相对误差：分贝误差：1电压、电流等增益类的分贝误差： 2功率类参数的分贝误差：5. 我国的电工仪表准确度等级的分级：准确度等级S是按满刻度相对误差分级的，共分级，0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0级。例如S=0.5级的电表表示其满度相对误差为。对于某一量程xm是常数，实际上表征的是某量程绝对误差最大值，即（在此处会有求某个量程最大绝对误差的计算题，P20，例2.1-1）例题 某电压表精度s=0.5，是算出它在0V100V量程中的最大绝对误差。 解：在0V100V量程内上限值xm=100V，则 6. 测量误差的来源：仪器误差，仪器使用误差，操作者的人身误差，测量条件的影响误差，测量方法误差。7. 仪器容许误差：用工作误差，固有误差，影响误差和稳定误差四项指标来描述电子测量仪器的容许误差。8. 误差的分类：系统误差，随机误差，粗大误差系统误差：在测量条件不变或某些条件按一定条件变化时，多次等精度重复测量同一量时，误差的绝对值和符号都保持不变，活在某一条件改变时，误差按某种规律变化，这种误差称为系统误差，简称系差，用表示。随机误差：对同一物理量进行多次等精度测量时其绝对值和符号均以不可预订的方式无规则变化的误差。粗大误差：在一定测量条件下，测得值明显偏离实际值所形成的误差。正确度反映了系统误差，精密度反映了随机误差。9. 误差处理：先剔除粗大误差，再消除系统误差，然后在进行随机误差处理。绪论10. 准确度：准确度是正确度和精密度的综合反映。精密度：指仪表指示值的分散性，表示在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。正确度：指仪表指示值与真实值的接近程度。11. 如何判断在系统中有变值系统误差？通过绘制剩余误差曲线进行观察。12. 误差的合成（主要用在计算题）绝对误差传递公式相对误差传递公式和函数的合成误差：绝对误差 相对误差积函数的合成误差：绝对误差 相对误差商函数的合成误差：绝对误差 相对误差13. 误差等作用分配：指分配给各项的误差虽然数值不一定相等，但各分项误差对总测量结果的影响程度相等。 系统误差 随机误差方均根 误差等精度分配：指给各项分配的误差值相等 系统误差 随机误差方均根 14. 非等精度测量数据常用的处理方法的处理原则：加权处理15. 误差分配：按照给定的总误差，确定各分项的误差大小，主要用于总体设计和测量方案的制定。第三章 信号发生器1. 信号发生器：提供测试用电信号的的装置，统称为信号发生器，用在电子测量领域，也称为测试信号发生器。2. 信号发生器的原理框图指示器电源调制器输出级变换器振荡器 3. 信号发生器的三个性能指标：频率特性，输出特性，调制特性。4. 差频式振荡器的框图及其优缺点。可变频率振荡器混频器M固定频率振荡器放大器低通滤波器LPF输出衰减器优点：容易做到在整个低频段内频率可连续调节而不用更换频段，输出电平也较均匀，所以常用语扫频振荡器中。缺点：电路复杂，频率准确度、稳定度较差，波形失真较大。5. 射频信号发生器（高频信号发生器）分类：调谐信号发生器，锁相信号发生器，合成信号发生器（频率合成的方法分为直接合成法和间接合成法）。6. 锁相信号发生器的原理图P64，其中鉴相器的作用是输出端电压随其两个输入信号的相位差改变。7. 间接合成法工作原理：即锁相环路法，压控正当其输出频率经分频后得到f/n1频率的信号送往鉴相器，与来自晶振输出经n2次分频的频率为f0/n2的信号进行香味比较，当f/n1=f0/n2即f=（n2/n1）f0时，相位锁定，输出信号按上式的频率输出，并且具有与晶振信号f0同样的稳定度。8. 扫频信号发生器的用途：扫频信号发生器（扫频振荡器）是一种输出信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器，它是频率特性测试仪的核心，主要用于扫频信号源和直接测量各种网络的频率响应特性。第四章 示波器及示波测量1. 示波器：是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程的电子测量仪器。2. 关于示波器探头的说明：1探头里有一可调小电容C（补偿电路），可调C来观察高频电路成窄脉冲。2每个探头对应一个示波器，所以探头不能互换。3有源探头是探头内有一个场效应源极跟随器，同时具有高输入阻抗和屏蔽性。3. 延迟线的作用：使通过Y通道的信号延时，以便使X通道的扫描信号同步，从而能显示完整信号的起始部分波形(对延迟线准确性要求不高，但延迟应稳定。)。4. 示波器扫描类型：线性时基扫描分为连续扫描方式和触发扫描两类。对示波器的瞬态响应的说明:5. 瞬态响应指标在相当大的程度上决定了示波器所能观测到的脉冲信号的最小宽度。通常可用trfB350公式估算，其中tr (ns)为上升时间；fB (MHZ)示波器带宽。6. 段续：当输入信号频率较低时，交替显示会发生明显的闪烁。“段续”工作状态更适合输入信号频率较低时使用。7. 取样示波器常用于显示1GHz以上的高频周期信号。8. 高速示波器的几个关键部件：高速示波管，Y轴宽带放大器，高速时基发生器。9. 示波器中Z轴电路的作用：Z轴电路在时基发生器输出的正程时间内产生加亮(增辉)信号加到示波器控制栅极上，使得示波管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。10. 连续扫描和触发扫描的区别?哪种更适合观测脉冲波形?连续扫描是在扫描电压的作用下,示波管光点在屏幕上作连续重复周期的扫描,且屏幕上不管有无Y通道都有一条时间基线。触发扫描是扫描发生器平时处于等待工作状态,只有送入触发脉冲是才产生一次扫描电压,在屏幕上扫出一个展宽的脉冲波形,而不显示出时间基线。用触发扫描更适合观测脉冲波形。11. 双踪示波器与双线示波器有何不同?双踪示波器的输出信号在电子开关的控制下,交替通过Y通道加于示波管的同一对垂直偏转板，当工作在交替方式时,需两次扫描才能显示两个波形。而双线示波器的两个通道是完全独立的,并且两个偏转系统可以用不同的时基发生器。12. 数字存储示波器的采样频率如何确定：在DSO中采样速率可以根据示波器的基因数Dx（t/div）进行选择，当t/div确定后，采样速率fs=n/t 其中n为梅格（div）的采样点数。13. 数字存储示波器的主要部件： 输入电路A/DRAMD/AYY放大器控制系统D/AXX放大器第五章 时间，频率的测量1. 电子计数法测量频率 原理：1闸门时间T产生电路：这部分的作用就是提供准确的计数时间T。2计数脉冲形成电路：将被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲。3计数显示电路：对T时间内的被测信号重复次数计数并显示被测信号的频率。 误差：1脉冲计数误差:最大绝对误差 最大相对误差fx为被测信号频率，T为闸门时间 2闸门时间误差：闸门时间相对误差在树枝上等于晶振频率的相对误差：其中闸门信号T是由频率为fc晶振信号m分频而得的。2. 电子计数法测量周期原理：被测信号经放大整形后，形成控制闸门脉冲信号，其宽度等于被测信号的周期Tx，晶体振荡器的输出经倍频后得到频率为fc的标准信号，其周期为Tc，加于主门输入端，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。Tx=NTc=N/fc误差：量化误差（脉冲计数误差）、标准频率误差（闸门时间误差）、触发误差。3. 中介频率：使用计数法测频与计数法测周期测量同一个信号时，两种方法引起的测量误差相等时的被测信号频率，记为f0.(关于中界频率的计算见书P119)。若被测信号的频率低于f0时,用测周期的方法，精度高；被测信号的频率高于f0时,用测频率的方法精度高。4. 其他测量频率的方法直读法测频:电桥法测频;谐振法测频;频率电压转换法测频;比较法测频:拍频法测频;差额法测频;用示波器测量频率和时间间隔.第六章 相位差测量第七章 电压测量1. 电压测量：电压测量是电子测量的基础,在电子电路和设备的测量调试中,电压测量是最基本的测量.2. 电压测量仪器的分类按显示方式分:模拟电压表和数字电压表.数字电压表按功能分:直流数字电压表和交流数字电压表.交流数字电压表(按AC/DC变换原理分):峰值交流数字电压表,平均值交流数字电压表和有效值数字电压表.3. 电子电压表原理：所谓电子电压表，就是采用了提高输入阻抗和测量灵敏度的电子器件的电压表。通常使用高输入阻抗的场效应管（FET）源极跟随机器或真空三极管跟随机器以提高电压表输入阻抗，后接放大器以提高电压表灵敏度，当测量大的直流电压时，输入端接入分压电路。分压电阻的接入将使输入电阻有所降低，但只要分压电阻取较大值，仍然可以使输入电阻较动圈式电压表大得多。4. 交流电压的测量方法基本原理:利用交流/直流转换电路将交流电压转换为直流电压,然后再接到直流电压表上进行测量，其中根据AC/DC转换类型有检波法和热电转换法。模拟电压表的主要类型:检波-放大式(测高频信号);放大-检波式(测低频,视频信号);调制式;外差式;热偶变换式。5. 低频交流电压表和高频交流电压表低频交流电压表 高频交流电压表定义测量低频(1MHZ以下)信号电压的电压表称做交流电压表或交流毫伏表采用电路放大-检波方式电路检波-放大方式电路采用检波器平均值检波器或有效值检波器多采用峰值式检波器构成电压表均值电压表和有效值电压表峰值式电压表测量电压时，为什么要进行“波形换算”?由于交流电压表是以正弦波有效值定度的，如果被测信号是非正弦波形，那么需要进行“波形换算”以消除波形误差，即电压表指示值和被测信号的具体波形，推算出被测信号电压真实数值。注 若用均值电压表测量任意波形电压，则任意波形电压有效值的计算公式为: U=0.9KFUa （Ua 为电压表示值）。 若用峰值电压表测量任意波形电压，则任意波形电压有效值的计算公式为: U=1.414/KPUa （Ua 为电压表示值）。波形因数KF=U有效/U均值和波峰因数KP=U峰值/U有效试推导出波形修正公式。真有效值电压表的突出优点是输出示值就是被测电压的有效值，而与被测电压的波形无关。6. 脉冲电压测量方法:利用示波器和利用脉冲电压表。示波器测量脉冲电压又有直接测量法和比较测量法(误差比直接小)两种。脉冲保持型电压表原理：T1管为射极跟随器，作用之一是减小仪表对被测电路的影响，作用之二是射极跟随器等效输出电阻很小，即减小了充电电阻，被测信号ux经D1、C1上电压可基本达到ux峰值。由于C1较小，因此在脉冲休止期间其电压Uc1降落仍然较大，为此将Uc1经T2源极跟随器对C2充电，由于源极跟随器负载能力强，因此C2上电压在充电期结束时，能接近ux的峰值Up，同时C2取值较大，在脉冲休止期间放电非常缓慢，从而就大大减小了其平均值与Up间的误差。按钮P用于短接D2，以便在测量完毕时是C2迅速放电，以便下一次测量。有些脉冲电压表中采用具有自动放电功能的脉冲保持电路，以便测量幅度变化的脉冲峰值。补偿是脉冲电压表原理：待测电压ux经二极管D给电容C充电至峰值Up，并输入到直流差分放大器A端，B端加入可调的直流补偿电压U0，当调整可调电压使差分放大器输出为0时，U0=Up，用电压表测出U0即得到了Up。高压脉冲电压表7. 数字电压表直流数字电压表显示译码器A/D变换输入电路时钟发生器逻辑控制电路 数字多用表AC/DCI/V直流数字电压表左侧从上到下依次为Ux ux Ix Rx 8. 真有效值电压及电平转换电路真有效值是从有效值定义式求出的，对任何波形都适用。真有效值数字仪表的四大特点:准确度高,响应速度快,测量面广,显示直观。9. 噪声测量：要采用有足够宽的频带的有效值检波的电压毫伏表测量。10. 推导峰值检波测量电压的波形修正公式？答：峰值检波时，U表示值=KU峰，电压表以正弦波电压有效值定度U正效（示值）= K正U正峰，K正=U正效=表示值/ U正峰=1/。任意波形的波峰系数K任波峰系数=U任效/U任峰，,U任峰= U任效/K任峰形系数， 根据峰值相等U任峰=U正峰，显示电压相等，得U任效= U任峰/K任波峰系数= U示值/K任波峰系数。第八章 阻抗测量1. 在阻抗测量中,为什么必须按实际工作条件进行?在阻抗测量中，测量环境的变化、信号电压的大小及其工作频率的变化等，都将直接影响测量的结果,尤其是实际工作频率是主要考虑因素。2, 阻抗测量的常用方法有：伏安法、电桥法、谐振法和矢量法。其中伏安法只适用在低频且对测量精度要求不高的情况下。3. 在实际电路中，R、C、L存在着分布电容、引线电感和损耗，并非是单纯的元件，通常表现出含有电阻、电感和电容三个参量。4. 电桥法测量阻抗时,为什么至少要有两个可调元件?电桥平衡必须满足模和相位两个条件。相对臂的阻抗模乘积必须相等(模平衡条件)和相对臂的阻抗角之和必须相等(相位平衡条件)。5. 两种调节电桥平衡的方法法一:先调B的虚部,再调B的实部,两次可将电桥调节到平衡,电桥收敛性好.法二:用两个电阻调,收敛性较好.但由于制造可调的精密电阻比制造可调的精密电感要容易,而且体积小,价格低廉,因此仍常常被采用.6. 变量器电桥特点：a)变量器电桥的电压比唯一地取决于匝数比，而匝数比也可以做的很准确，也不受温度，老化等因素的影响。b)变量器电桥的收敛性好,对屏蔽的要求低,广泛应用于高频阻抗测量。7为什么交流电桥的信号源应该是频率稳定的正弦波？当信号源的波形有失真时，点钱的平衡将非常困难，这是因为在一般情况下，电桥平衡仅仅是对基波而言的。若谐波分量较大，那么当通过指示器的基波电流为0时，谐波电流却使指示器不为零，这样势必导致测量误差，因此，为了消除谐波电流的影响，要求信号源有良好的波形，阻抗的模和幅角都与频率有关，平衡条件仅在某个确定的频率下才能满足，因此信号源的频率必须十分稳定。8. 智能化L、C、R测量仪的核心是微处理器第十章 测试信号分析1. 测试信号分析：是通过仪器及分析处理程序客观全面地反映被测信号在时域、频域及调制域的各种特性。2. 频谱分析仪分为两大类：模拟式分析仪：以模拟滤波为基础的。数字式分析仪：以数字滤波或快速傅立叶变换为基础的，特别是FFT算法及专用数字信号处理器(DSP)。3.两种分析频谱的方法:模拟滤波式频谱分析和计算法频谱分析。第十一章 数据域测量1. 电子测量涉及的三大测试领域：时域测量、频域测量和数据域测量。2. 数据域测试的研究内容就是研究数字系统和计算机系统的软件和硬件测试，即数字系统故障诊