电子测量课程教材

第1页2010-9-13《电子测量》温中泉联系电话：65104131E-mail:[e-mail]地址：重庆大学微系统研究中心(光机楼310)第2页2010-9-13参考书目•张乃国编著，《实用电子测量技术》，电子工业出版社，1996•杨光祥等编著，《电子测量技术基础》，东南大学出版社1999•刘国林等编著，《电子测量》，机械工业出版社，2003•张毅刚等编著，《自动测量系统》，哈尔滨工业大学出版社，2001第3页2010-9-13参考网站1.www.yibiao.com仪表网测试仪表性能相关资料2.www.21ic.com中国电子网发展动态、技术文章、资料下载3.www.tester.net.cn北京测试仪器网测量仪器相关资料4.、电子CAD、电子测量技术资料第4页2010-9-13参考网站6.www.eaw.com.cn电子设计应用电子应用相关文章7.www.eepw.com.cn电子产品世界电子应用相关文章8.www.jicheng.net.cn东方集成网电子测量仪器产品说明、中文手册、参考资料、相关期刊超级链接。9.www.angilent.com.cn安捷伦公司中国网站电子测量仪器产品说明、中文手册及参考资料。10.www.fluke.com.cn福禄克公司中国网站电子测量仪器产品说明、中文手册、交流园地。11.www.ni.com.cnNI公司中国网站产品说明，技术资料下载，使用手册。第5页2010-9-13课程简介•第一部分绪论及误差理论，介绍测量的基本概念、技术方法及系统组成，误差理论和数据处理等。•第二部分模拟测量，包括电压、功率、Q值测量及仪器等•第三部分数字测量，介绍数字系统的基本测量原理和方法，包括电压、频率、时间与相位测量及其仪器。•第四部分时域测量，以示波器为背景介绍时域信号波形的采集、显示及应用技术。•第五部分频域测量，首先介绍扫频仪的概念、分类及典型应用；其次介绍频谱分析仪的结构、工作原理及应用。•第六部分数域测量，介绍逻辑分析仪的基本组成、主要技术指标，以及逻辑分析仪的应用。•第七部分自动测试系统，阐述自动测量系统的组成、发展、总线及自动测量系统的软件设计；其次虚拟仪器的构成及应用。第6页2010-9-13第一章绪论•本章阐述测量学科的丰富内涵。•介绍测量、计量的基本概念，即它们的意义、内容、特点及应用。•引入电子测量的基本概念；介绍电子测量的内容、特点、方法等问题，引出选择测量方法的原则。•介绍电子测量仪器的基本知识；叙述电子测量仪器的分类、误差及发展历程。第7页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.1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第8页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.1测量的意义（续）�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化建设中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。第9页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.2测量的定义�狭义测量的定义�测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。�在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。第10页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.2测量的定义(续)�测量的内涵““““测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程””””�测量对象：被测客体中相应的量值信息；�测量目的：从被测对象取得一个定量的认识；�测量过程:通过实验认识对象的过程�测量方法：比较；A.直接比较B.间接比较；�测量标准：同类已知单位。�测量结果：最终能表示给测量主体（人）测量结果＝测量数值.测量单位，即：0}{xxx⋅=第11页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.2测量的定义图1－1测量的比较原理(a)天平直接比较（b）弹簧称间接比较被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。被测物体的重量等于标准砝码的重量第12页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.2测量的定义�广义测量的定义�广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。�测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。�广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息感知和信息识别两个环节。第13页2010-9-13对象属性影响影响影响测量策略、算法数据状态参数命令被测信息原理方法被测对象仪器系统测量人员测量环境激励信号选择仪器决定方法1.1测量的基本概念1.1.3测量的基本要素测量五要素：被测对象被测对象、、测量仪器测量仪器、、测量技术测量技术、、测量人员测量人员和和测量环境测量环境第14页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.3测量的基本要素(续)（1）被测对象————————信息�广义的测量是信息的获取与识别，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设计好。（4）测试技术�测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测试技术。第15页2010-9-131.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)（5）测量环境•测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。•测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。第16页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.3测量的基本要素(续)•环境对测量的影响A.环境对被测对象的影响：某些被测对象客体（如器件、电路或系统）的性能特性对环境变化较为敏感或非常敏感，因此，原则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进行。B.环境对仪器系统的影响：环境可能直接或间接地影响到仪器系统本身的某个工作特性，进而影响测量结果，造成测量误差。特别是某些测量器具的量程广、频段宽，而内部的元器件数目甚多，且对外界影响相当敏感，错综复杂的影响量所产生的不良效应有时会成为测量的严重问题。C.环境对测量人员的影响：高温、严寒、潮湿、闷气、嘈杂、照明不适当等不良工作环境，会对测量人员的身心产生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。第17页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.3测量的基本要素(续)•应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。•恒温、恒湿、稳压和防震。•抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。•仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。第18页2010-9-131.1测量的基本概念1.1.3测量的基本要素(续)•仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：�I组：良好的环境条件，温度+10～+35oC，相对湿度80%（在35oC上），只允许有轻微的振动。�II组：一般的环境条件，温度－10～+40oC，相对湿度80%（在40oC上），允许一般的振动和冲击。�III组：恶劣的环境条件，温度－40～+55oC，相对湿度90%（在35oC上），允许频繁的搬动和运输中受到较大的冲击和振动。I组————————高精度计量用仪器II组————————通用仪器III组————————野外、机载等仪器第19页2010-9-131．2计量的基本概念1.2.1计量的定义和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。•1.计量的定义�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。•2.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20页2010-9-131．2计量的基本概念1.2.1计量的定义和意义•3.计量与测量的关系�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。�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�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。第21页2010-9-131．2计量的基本概念1．2．2单位和单位制•根据定义而令系数为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。英呎英呎英呎英呎————————feet第22页2010-9-131．2计量的基本概念1．2．2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个基本单位第23页2010-9-131．2计量的基本概念1．2．2单位和单位制（续）•1.国际单位制（SI）的组成国际单位制基本单位第24页2010-9-131．2计量的基本概念•1．2．2单位和单位制（续）•国际单位制是由国际单位制单位、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25页2010-9-131．2计量的基本概念1．2．3基准�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)一级基准，又称主基准和国家基准�用来复现和保存的计量单位，具有现代科学技术所能达到的最高精确度的计量器具，经国家鉴定并批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据。一个国家只有一个。(2)二级基准，又称副基准�通过直接或间接与国家基准比对来确定其量值并经国家鉴定批准的计量器具。副基准的量值精度由主基准确定，用以代替主基准向下传递或代替主基准参加国际比对。(3)三级基准，又称工作基准�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。第26页2010-9-131．2计量的基本概念1．2．3基准和标准（续）•2.相关术语（1）计量器具：凡是能用以直接或间接测出被测对象量值的量具、计量仪器和计量装置都统称为计量器具。（2）计量标准器具：准确度低于计量基准，用于检定计量标准或工作计量器具的计量器具。（3）工作计量器具：工作岗位上使用，不用于进行量值传递，而是直接用来测量被测对象量值的计量器具。第27页2010-9-131．2计量的基本概念1．2．3基准和标准（续）•（4）比对：在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。•（5）检定：是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，以达到全面评定被检计量器具的计