电子测量技术第一次课讲诉课件

1、电子测量技术第1页，共48页。期末成绩构成作业 20%期中考试 20%期末考试 60%第2页，共48页。课程教材与参考资料教材：电子测量技术，林占江主编，电子工业出版社参考资料：1.电子测量技术，田华，刘斌主编，西安电子科技大学出版社2.电子测量技术基础，杨光祥主编，东南大学出版社第3页，共48页。课程安排绪论 （2课时）误差理论与测量不确定度评定 （8课时）测量用信号发生器 （6课时）模拟测量方法 （8课时）数字测量方法 （6课时）时域测量 （6课时）频域测量 （3课时）数据域测量 （3课时）调制域测量 （3课时）非电量测量 （3课时）共48学时第4页，共48页。第一章 绪论1.1 测量的基

2、本概念和常用术语1.2 电子测量的内容与特点1.3 电子测量仪器的分类1.4 电子测量方法1.5 计量的基本内容第5页，共48页。一、测量的意义 日常生活中处处离不开测量科学的进步和发展离不开测量， 离开测量就不会有真正的科学。 没有望远镜就没有天文学，没有显微镜就没有细胞学，没有指南针就没有航海事业 1.1 测量的基本概念和常用术语第6页，共48页。生产发展离不开测量 农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。现代化的工业生产中，处处离不开测量 例如，一个大型钢铁厂需要约2万个测量点在高新技术和国防现代

3、化建设中则更是离不开测量例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。1.1 测量的基本概念和常用术语第7页，共48页。二、测量的定义 测量是为了确定被测对象的量值而进行的一组操作 测量结果测量数值.测量单位，即：1.1 测量的基本概念和常用术语第8页，共48页。有人的地方就会有恩怨，有恩怨的地方就会有江湖 东方不败有测量的地方就会有测量结果，有测量结果的地方就会有误差 科学1.1 测量的基本概念和常用术语第9页，共48页。所有的科学实践反复证明：只要有测量，必然有测量结果，有测量结果必然产生误差（P13

4、）测量结果的表示：同时标注测量结果和误差For example:1.1 测量的基本概念和常用术语第10页，共48页。1.1 测量的基本概念和常用术语三、常用术语量：指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性 量可以表征自然界运动的基本概念。在自然界中任何现象、物体或物质都具有一定的形式，所有形式都要通过量来体现出来。 同类量 （周长、宽度、高度采用相同的单位“米”）量 异类量（周长的单位是“米”，功的单位是“焦耳”）第11页，共48页。三、常用术语书中出现的术语量值：由数值与计量单位的乘积表示量的大小。例如：5mV被测量：被测量的量。可以是被测量的量，也可以是已测量的量影响量：不是被测量，却

5、影响着被测量的量值或者计量器具示值的量。例如：环境温度、被测交流电压的频率等量的真值：某量在所处的条件下被完美地确定或者严格定义的量值（或者理解为没有误差的量值。现称为“量的值”或“被测量的值”）约定真值：为约定目的而取得可以代替真值的量值。实际中，约定真值可以代替真值。1.1 测量的基本概念和常用术语第12页，共48页。三、常用术语书中出现的术语准值：一个明确规定的值，以它为基准定义准值误差。例如：测量范围上限，刻度盘范围示值：显示出的值额定值：制造者为设备和仪器在规定工作条件下指定的量值读数：仪器刻度盘或显示器上直接读到的数字实际值：满足规定精确度的用来代替真值的量值。测得值：由测量得出的

6、量值（可以是从计量器具直接得到的量值，也可以是通过必要的换算查表得到的量值）测量原理：测量的理论基础1.1 测量的基本概念和常用术语第13页，共48页。测量的基本要素 被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境 第14页，共48页。测量的五个基本要素1)被测对象信息广义的测量是信息的获取，信息反映了事物的运动的状态及其变化方式。信息又可分为自然信息和社会信息两大类。2)测量仪器系统量具和仪器测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等3)测量的主体测量人员手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成自动：测量主体交给智能设备（计算机等）完成，但测量策略、软件算法、程序编写需由测量人员事先

7、设计好。4)测量技术测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测试技术。5)测量环境第15页，共48页。1.2 电子测量的基本概念一、电子测量的定义：以电子技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为手段，以电量和非电量为测量对象的测量过程第16页，共48页。二、电子测量的特点（优势）1.测量准确度高。对频率和时间进行的测量，可以使测量准确度达到10（-15）2.测量速度快。洲际导弹和火箭在发射和运行过程中需要快速地测出工作参数，对运行发出控制信号，使其达到预期的目的3.量程范围广。一台数字电压表，可以测出从nV级到kV级的电压4. 频率范围宽。电子测量设备可以在交流电量的10（-4）Hz至180G

8、Hz范围内工作。5.易于实现遥测和测量过程的自动化。6.易于实现仪器的小型化、微型化。1.2 电子测量的基本概念第17页，共48页。三、电子测量的内容1.电能量的测量（电压，电流，电功率）2.电信号特性的测量（信号的波形、频率）3.电路参数的测量（阻抗，品质因数）4.导出量的测量（增益，衰减，失真度）5.特性曲线的显示（幅频特性，相频特性）随着电子技术的发展，人类力图通过传感器将许多非电量变换为电信号，再利用电子技术进行测量1.2 电子测量的基本概念第18页，共48页。1.3 电子测量仪器一、电子测量仪器概念测量仪器：指用于检测或者测量一个量，或者为达到测量目的而提供的测量器具，包括各种指示式

9、仪器、比较式仪器等。电子测量仪器：利用电子技术构成的测量仪器。第19页，共48页。二、电子测量仪器的分类通用仪器（按功能分）信号发生器。用于提供各种波形信号，如低频，高频，脉冲，方波信号分析仪。用于观测、分析和记录各种电量的变化，如示波器频率、时间及相位测量仪器。包括频率计，相位计等网络特性测量仪。主要用于测量频率特性、阻抗特性及噪声特性电子元器件测试仪。用于测量各种电子元器件的电参数等电波特性测试仪。测量电波传播、电磁场强度等辅助仪器。与上述各种仪器配合使用的仪器。如放大器，衰减器等专用仪器1.3 电子测量仪器第20页，共48页。专用仪器1.通信测试仪器 包括从模拟到数字、从低频到高频，从用

10、户信息到信令、协议，从系统质量测试到网络监视和管理等功能。2.光电测试仪器 主要用于光纤测量和光纤通信中各种数据传输特性的测量。1.3 电子测量仪器第21页，共48页。二、电子测量仪器的分类从显示方式上分模拟式 利用指针方式直接将被测量的电参数转换为机械位移，在标度尺上指示出测量数值。数字式 将被测的连续变化的模 拟量转换为数字量，并 以数字方式显示器测量 数据。（直观，准确，快速）1.3 电子测量仪器第22页，共48页。1.4 电子测量方法正确选择测量方法可以直接关系到测量工作的正常进行和测量结果的有效性。一、电子测量方法的分类（1）按测量方法分类1.直接测量。无需通过被测量与其他实际测得量

11、之间的函数关系进行计算。2.间接测量。利用直接测量的量与被测量直接已知的函数关系求得。如P=UI，测得U和I，求得P3.组合测量。兼用直接测量和间接测量的方法。第23页，共48页。一、电子测量方法的分类（2）只读测量法和比较测量法（3）按测量性质分类1.时域测量。测量电压和电流的稳态量和瞬态量。2.频域测量。测量增益，相移等3.数据域测量。用逻辑分析仪对数字量进行测量，可同时观测许多单次并行的数据。如微处理器地址线用1和0显示其逻辑状态。4.随机量测量。各类噪声，干扰信号等，使用噪声信号源进行动态测量。1.4 电子测量方法第24页，共48页。二、电子测量仪器的发展1.4 电子测量方法模拟仪器数

12、字仪器智能仪器虚拟仪器电磁机械式，借助指针显示结果将模拟信号的测量转换为数字信号的测量，并以数字方式输出测量结果既能自动测量，又可以进行数据处理模拟软件第25页，共48页。三、选择测量方法的原则 选择测量方法时，首先考虑被测量本身的特性，所需要的精确程度、环境条件，以及所具有的测量设备等因素。例2、例3（P8）否则，会出现1.得出的测量数据是错误的，不可信赖2.损坏测量仪器、仪表3.损坏被测量设备或元器件1.4 电子测量方法第26页，共48页。 1.5计量的基本内容 一、计量的意义 为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的结果一致，就要求统一的单位、基准、标准和测量器具。 二、计量的

13、定义计量是一种特殊形式的测量，它把被测量与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并给出具有法律效力的检定证书。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的测量。 计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动，如单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。第27页，共48页。三、计量基准的划分 基准用来复现某一基本测量单位的量值，只用于鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。 (1)国家基准，又称主基准和 具有最高水平的基准。一个国家只有一个。 (2)副基准 副基准的量值精度由主基

14、准确定，用以代替主基准向下传递或代替主基准参加国际比对 (3)工作基准 工作基准用来直接向下属标准量具进行量值传递，用以检定下属计量标准量具的精确度。 1.5计量的基本内容第28页，共48页。1.基准的权威性基准的理论定义最严格，制作工艺技术最先进。 原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传。从现代科学的观点来看，最好的基准是原子基准。2.基准的相对性一个时期的测量基准反映当时的人类认识水平和科学水平 例：以太阳为基准，时间测量的精确度1天内可达到1秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内也不超过1秒。 1.5计量的基本内容第29页，共48页。第30页，共48页。测

15、量标准的传递自上而下逐级传递 1.5计量的基本内容第31页，共48页。四、单位和单位制根据定义和名称而规定其系数为1的量称为单位。单位是表征测量结果的重要组成部分，又是对两个同类量值进行比较的基础。 1.5 计量的基本概念英呎feet第32页，共48页。四、单位和单位制1960年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制SI。 1984年2月国务院颁布了中华人民共和国法定计量单位，决定我国法定计量单位以国际单位制为基础。SI有7个基本单位 1.5 计量的基本概念第33页，共48页。国际单位制（SI）的组成国际单位制基本单位 1.5 计量的基本概念四、单位和单位制第34页，共48页。国际单位制是由

16、国际单位制单位、国际单位制词头和国际单位制的十进倍数单位三部分组成。国际单位制词头表示使单位增大或缩小的十进倍数。 例：5.4X10-9s=5.4ns 第35页，共48页。五、计量与测量的关系测量发展的客观需要才出现了计量。测量是计量应用的重要途径。没有测量，计量将失去价值为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校准，这个过程就是计量。计量的任务是确定测量结果的可靠性。计量是测量的基础和依据。没有计量，也谈不上测量。计量和测量相互配合，才能在国民经济各个领域发挥重要作用。计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，它在工农业生产、科学技术、国防建设以及人民生活等各个方面起着技术保

17、证和技术监督的作用。 1.5 计量的基本概念第36页，共48页。本章小结测量是为确定被测对象的量值而进行的一组操作只要有测量，必然有测量结果，有测量结果必然产生误差电子测量仪器可分为通用电子仪器和专用电子仪器，或者从显示方式上分为模拟式和数字式选择测量方法时，首先考虑被测量本身的特性，所需要的精确程度、环境条件，以及所具有的测量设备等因素计量基准通常划分为国家标准、副基准和工作基准计量是为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校准第37页，共48页。第二章 误差理论与测量不确定度评定2.1 测量误差的基本原理2.2 测量误差的分类2.3 随机误差的统计特性及其估计算法2.4 系统误差

18、的特征及其减小的方法2.5 疏失误差及其判断准则2.6 测量数据的处理2.7 测量不确定度2.8 误差的合成和分配2.9 最佳测量条件的确定与测量方案的设计第38页，共48页。2.1 测量误差的基本原理一、研究测量误差的目的1. 正确认识误差的性质和来源，以减小测量误差2. 正确处理测量数据，以得到接近真值的结果3. 合理地制定测量方案，组织科学实验，正确地选择测量方法和测量仪器，以便在条件允许的情况下得到理想的测量结果4. 测量仪器设计中运用误差理论和测量不确定度进行分析并适当控制这些误差因素，使仪器仪表的测量准确程度达到设计要求减小测量误差第39页，共48页。二、测量误差的表示方法 测量误

19、差有绝对误差和相对误差两种表示方法。1.绝对误差（1）定义：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差 实际应用中常用实际值A（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值。 绝对误差： 有大小，也有符号和量纲2.1 测量误差的基本原理第40页，共48页。（2）修正值 与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值 测量仪器的修正值可以通过上一级标准的检定给出，修正值可以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。 被测量的实际值含有误差的测得值加上修正值可以减小误差影响。2.1 测量误差的基本原理第41页，共48页。2.相对误差 一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，而且与这个量本身的大小有关。 如：测量足球场的长度和上海到杭州的距离，若绝对误差都为1米，测量的准确程度是否相同？（1）相对误差、实际相对误差、示值相对误差 相对误差：绝对误差与被测量的真值之比 相对误差是两个有相同量纲的量的比值，只有大小和符号，没有单位。2.1 测量误差的