近代电子测量-绪论-误差理论

现代电子测量技术陈宁Office:4#438Tel:[phone](O)Email:[e-mail]2019/8/5课程简介近代电子测量2019/8/5课程结构安排电子测量的基础知识、测量误差理论与数据处理（2－3）：测量与计量的基本概念、测量误差的估计和处理、测量数据处理。示波测试和测量技术（3-4）：示波测试的基本原理、示波器的基本使用。测量用信号源：（2－3）正弦信号发生器的分类、组成和工作特性、直接频率合成、锁相频率合成、直接数字式频率合成、任意函数发生器。数据域测试（1）：数据域分析的基本概念、数据信号发生器的结构、逻辑分析仪的基本结构、逻辑分析仪的基本使用。近代电子测量2019/8/5课程结构安排噪声测量（3）噪声与噪声系数的相关概念，噪声系数分析仪的工作原理与基本使用频域测量（3）：频谱分析仪的工作原理及组成、频谱分析仪的工作特性及使用。答疑课（1）最后一节为考试时间。近代电子测量2019/8/5近代电子测量驻波（VSWR）网络分析仪插入损耗带外抑制相移特性网络分析仪/频谱分析仪噪声系数噪声系数分析仪三阶交调1dB压缩点频谱分析仪信号源噪声系数噪声系数分析仪变频损耗/增益端口抑制（本振、射频、中频）频谱分析仪信号源输出带宽、谐波抑制杂散抑制、频率转换时间相位噪声频谱分析仪相位噪声测试系统示波器调制域分析仪采样时钟抖动信号完整性分析关键信号检测逻辑与时序关系误码率分析眼图观测等示波器逻辑分析仪FFT分析仪（频谱分析仪）数字域2019/8/5参考资料《电子测量》蒋焕文、孙续编中国计量出版社《电子测量原理》古天祥等编著机械工业出版社《电子测量仪器原理与使用》林占江林放编著电子工业出版社《电子测量》刘国林、殷贯西等编机械工业出版社《电子测量仪器——原理与应用》RobertA。Write著清华大学出版社《频谱和网络测量》RobertA。Write著科学技术与文献出版社ApplicationNotes&TrainingMaterialsFrom:近代电子测量2019/8/5授课及考试方式课件及作业下载：[e-mail]:jddzcl考试环节：成绩评定结合平时成绩（20％）与期末考试成绩（80％）近代电子测量2019/8/5测量与计量测量误差理论测量的基本概念电子测量的基本概念计量初步测量误差术语测量误差的分类测量误差的估计和处理误差的合成分析测量数据的处理2019/8/5测量的基本概念近代电子测量测量及其意义测量的基本要素测量过程2019/8/5测量及其意义测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程，在这个过程中常借助专门的设备，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。广义地说，任何实验科学的结论，都是对实验数据统计推断的结果。而数据的取得，就要靠测量。近代自然科学是从有了实验科学之后才真正形成的。许多重大科学成果的获得，首先因为有了新的实验手段。在科学发展史上，重要的实验数据可以把假说上升为理论，成为验证理论的客观标准。同时，很多实验数据还成为发现新问题、提出新理论的线索和依据。近代电子测量“没有测量，就没有科学”——门捷列夫2019/8/5测量基本要素及的相互关系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测试技术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测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等手动：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。2019/8/5A.环境对被测对象的影响B.环境对仪器系统的影响C.环境对测量人员的影响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。环境对测量的影响2019/8/5仪器的工作环境条件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2019/8/5测量过程执行测量操作测试数据处理测量结果显示结束设置仪器工作参数实施阶段被测对象设计阶段测量任务要求组建测量系统需求分析拟定测量方案现有仪器设备选用测量仪器（测试硬件平台）决定测量技术（测试软件平台）完成仪器互连拟定测量步骤开始论证阶段论证阶段:测量人员根据测试任务的要求、被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况，拟定合理的测试方案。设计阶段：选择测试仪器，组建测试系统制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序）实施阶段：对仪器和系统实施测试操作（发控制命令），按照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据;分析测量误差并显示测量出结果。2019/8/5电子测量的基本概念近代电子测量2019/8/5电子测量的基本概念电子测量是指以电子技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为手段，对电量和非电量进行的测量；广义来说，凡是利用电子技术来进行的测量都可以说是电子测量。（广义定义）狭义来说，电子测量是在电子学中测量有关电的量值通常包括以下几个方面：①电能量的测量，即测量电流、电压、电功率等②信号的特性及所受干扰的测量，例如信号的波形和失真度。频率、相位、脉冲参数、调制度、信号频谱、信噪比等；③元件和电路参数的测量，例如电阻、电感、电容、电子器件（电子管、晶体管、场效应管等）、集成电路的测量。电路频率响应、通带宽度、品质因数、相位移、延时、衰减和增益的测量等等。④电路性能参数的测量，电路性能参数的测量，包括增益、衰减、灵敏度、信噪比、频率特性、通带宽度等的测量。近代电子测量2019/8/5电子测量的特点①测量频率范围极宽②测量量程很宽③测量准确度高④测量速度快⑤易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式清晰、直观⑥易于利用计算机，实现测量的自动化和智能化近代电子测量2019/8/5非电量的电子测量近代电子测量位移、速度、温度、压力、流量、物面高度、物质成分2019/8/5近代电子测量电子测量的方法时域测量测量与时间有函数关系的量。如电压、电流等，它们的稳态值和有效值多用仪表直接测量，而它们的瞬时值可以通过示波器显示其波形，以便观察其随时间变化的规律。频域测量测量与频率有函数关系的量。如电路增益、相移等，可以通过分析电路的幅频和相频特性或频谱特性等进行测量。数字域测量对数字逻辑量时行测量。如用逻辑分析仪可以同时观测许多单次并行的数据。对于计算机的地址线上的信号，既可以显示其时序波形，也可以用“1”、“0”显示其逻辑状态。调制域测量对调幅、调频各种调制等信号，调制域比频域、时域的描述更为准确随机量测量主要是指对各种噪声、干扰信号等随机量的测量。2019/8/5电子测量仪器发展大体经历了四个阶段：近代电子测量电子测量技术与仪器的发展模拟仪器这类仪器在一些实验室仍能见到，如指针式万用表、晶体管电压表等。它们的基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示测量结果。2019/8/5数字化仪器这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出测量结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。电子测量技术与仪器的发展2019/8/5智能化仪器这类仪器正为当前的主流产品，内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理，可以取代部分脑力劳动。它的功能块全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论是开发还是应用都具有较强的灵活性。电子测量技术与仪器的发展2019/8/5VI（VirtualInstruments）是检测技术与计算机技术和通信技术有机结合的产物。它是美国国家仪器（NI，NationalInstruments）公司于1986年提出的。虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层软件和一些硬件模块，使用户操作这台通用计算机就像操作一台真实的仪器一样。虚拟仪器技术强调软件的作用，提出了“软件就是仪器”的概念。自虚拟仪器概念提出以来，以软件代替硬件、以图形代替代码、以组态代替编程、以虚拟仪器代替真实仪器组建自动测试系统的技术得到迅速地发展。近代电子测量虚拟仪器2019/8/52019/8/5计量初步近代电子测量2019/8/5计量的基本概念（一）计量：为了保证量值的统一性、准确一致的一种测量。计量的三个主要的特征:统一性、准确性和法制性。计量的意义：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证和技术监督的作用。计量工作：主要是把未知量与经过准确确定、并经国家计量部门认可的基准或标准相比较来加以测定、也就是通过建立基准、标准，进行量值传递。但是它也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、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等等。2019/8/5计量工作按内容可分为：科学计量、法制计量、工程计量科学计量：研制和建立计量基准装置，保证量值传递的溯源，为法制计量和工程计量提供基本保障。法制计量：对关系国计民生的重要计量器具和商品计量行为由政府计量行政主管部门依法进行监管，确保相关量值准确。工程计量：为社会的其他测量活动进行量值溯源，提供计量校准、检测服务。计量的基本概念（二）2019/8/5计量与测量的关系•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。•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。校准：校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确定被校计量器具的示值误差（有时也包括确定被校器具的其他计量性能）的全部工作计量的基本概念（三）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量性能是否合格的目的。2019/8/5计量标准（一）标准：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。体现某一基本测量单位的标准，要根据严格科学理论定义，用于实现、保持或复现某种基本测量单位的标准器（特殊的量具或仪器），则是用当代最先进的科学技术、最高的加工工艺水平，并以最好的精确定和稳定度制作成。标准的权威性和相对性权威性：标准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进。相对性：一个时期的测量标准反映当时的人类认识水平和科学水平。2019/8/5标准的分类（一）国际标准：经国际协议承认的测量标准，在国际上作为对有关量的其他测量标准定值的依据。国家标准：经国家决定承认的测量标准，在一个国家内作为对有关量的其他测量标准定值的依据。参照标准：在指定地区或组织内通常具有最高计量特性的，并在该地区或组织内进行量值传递的一种测量标准。作证标准：是按照国家标准来复制的，在国家标准损坏或失效时，可用来代替国家标准。平时，作证标准代替国家标准参加国际比对，通常一个国家都设有若干个作证标准。（二级标准，又称副标准）计量标准（二）2019/8/5标准的分类（二）传递标准：用作媒介物以比较测量标准的标准。某些标准互相难于直接进行比对，故需专门的标准作中介。如国家伏特与国标伏特标准进行比对通常是通过标准电池来进行的，这种标准电池就是电压中介标准。标准器具：体现某一基本测量单位的量具或仪器。标准物质：具有一种或多种