数字存储示波器幅度测量相对误差测量不确定度评定

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1、■囝■_■曩曩冒圈万方数据垫!!堡笙!塑文章编号：1005—3387(2011)02—0024—25数字存储示波器幅度测量相对误差测量不确定度评定李艳(山西省计量监督检定测试所，太原030002)摘要：根据数字存储示波器校准规范和测量不确定度评定与表示规范，用9500B示波器校准仪对数字示波器幅度测量相对误差测量的测量方法进行分析，并对测量不确定度进行了评定和分析。关键词：示波器校准仪；数字示波器；幅度测量相对误差；不确定度；评定中图分类号：TM935．37文献标识码：A0引言数字存储示波器是可将被测模拟信号进行模数转换、存储，再以数字或模拟信号方式进

2、行显示的一种示波器。它主要用于观察、分析、测量非重复信号、重复信号、单次信号和单次触发信号等。此类仪器使用微处理器，利用模数转换器和数字式存储器采集和存储波形。目前，随着模拟示波器的逐步淘汰，数字示波器已占主流。本文依据JJFl057—1998《数字存储示波器校准规范》及国家计量技术规范JJFl059—1999(测量不确定度评定与表示》中规定的方法和要求，用9500B示波器校准仪对数字示波器的／iV(幅度)测量相对误差的测量方法进行分析并做了不确定度分析、评定。1概述校准依据的校准规范JJFl057—1998《数字存储示波器校准规范》，对TDS2012

3、B数字存储示波器进行校准。1．1校准环境环境温度：(20±5)℃相对湿度：≤80％RH大气压强：86—106kPa供电电源：交流供电电压：(220±11)V；频率：(50±1)Hz周围环境：校准过程中，周围无任何影响数字存储示波器及其校准系统性能的振动、冲击及电磁辐射等。1．2校准用计量标准9500B示波器校准仪及主要技术指标见表l。一24一表1名称型号测量范围最大允许误差——直流电压：不土flmV～200V)波脉冲幅度：MPE：-t-．025％+25I^V器±(5mV～200V)MPE：-4-0．1％+101LV：检9500B上升时间：150psMP

4、E：±25ps定时标信号：MPE：±2．5×10—7装0．5ns一55s；(时标脉冲前沿≤Ins)；置稳幅正弦波：MPE：±5．0％DC一3．2GHz2测量方法用9500B示波器校准仪测量数字示波器的AV(幅度)测量相对误差的测量系统连接如图1所示。器图1测量系统连接图将9500B的有源信号头接至数字示波器需要校准的通道输入端。确保数字示波器和9500B都通电预热至规定时间。2．1数字示波器操作选定数字存储示波器的测量通道、将垂直通道灵敏度档置于校准位置，选择外部信号作触发源。2．29500B操作按下9500B示波器校准仪的幅度校准功能键，进入9500

5、B幅度校准菜单。将灵敏度档(V／div)调节到与被测示波器相同。将倍率数调节至示波器屏幕需要格数(一般为六格)。设置校准信号通道，触发信号通道，触发速率和示波器输入阻抗。按“ON”键，接万方数据通9500B输出，调节示波器扫速和触发同步，使9500B输出波形在示波器屏幕上稳定显示，波形位于示波器屏幕中央。读取屏幕所显示方波脉冲的幅度y，％为输入方波脉冲幅度，则AV(幅度)测量相对误差6y由式(1)计算：SV=(y—Vo)／Vo。3数学模型依据数字示波器的△y(幅度)测量相对误差的测量方法可得到数字示波器AV(幅度)l测量的误差为：8V=(V—K)／Vo

6、式中，y为被校示波器显示的方波脉冲的幅度，直接从示波器中读到；Vo为由校准仪输入的方波脉冲幅度；SV为AV(幅度)测量相对误差。4标准不确定度的评定4．1不确定度来源及评定4．1．19500B示波器校准仪最大允许误差引入的标准不确定度／2,，由9500B示波器校准仪说明书给出的MPE为0．1％，估计为均匀分布，包含因子k=扫，其相对标准不确定度／1,1：堕．娶：0．058％。4j4．1．2读数分辨力引入的标准不确定度“：读数分辨力在6．16～6．20V跳变40mV，40mV对应的分辨力应为20mV，服从均匀分布，包含因子k=万，其相对标准不确定度为：1

7、1"2：20一mV／6．18×103mV：0．19％√

8、j4．1．3测量重复性引入的标准不确定度分量H3对TDS2012B数字存储示波器的幅度在1V／div进行重复测量10次，数据如下表，序置(1V／div)残差(V)矿2。(V)号(V)yi=石。一Z茗l6．16～0．0160．000256X26．200．024O．000576髫36．16～0．0160．000256扎6．16～0．0160．0()0256％6．200．0240．000576％6．16～0．016O．000_256X76．16～0．0160．000256并86．20O．024O．O00

9、576算96．16—0．016O．000256石106．200．0240．000576平均6．