电子测量原理 第2章测量方法与测量系统.ppt

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1、2.测量方法与测量系统2010年3月11日主要内容2．1电子测量的基本原理2．2电子测量的对象___信号与系统2.3测量方法的分类概述2．4测量系统的静态特性2.5测量系统的动态特性22.1电子测量的基本概念2.1.1电子测量的意义测量主体的感觉器官存在天然的缺陷，感知信息的能力有限。如：敏感阈和灵敏度有限、分辨力不够高、响应范围不够宽、相应速度不够快等。20世纪30年代，测量科学与电子科学结合，产生了电子测量技术。电子测量技术拓展了测量主体对被测量的认识能力。3处理信息最有效、最成功的是电子科学技术表现如下：①具有极快的速度：电子的速度可达105km/s以上

2、，电磁波速度3×105km/s。②具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围：电压分辨率达纳伏；时间分辨率达皮秒；功率、时间的处理范围1015－1018③极有利于信息传递：电磁波的光速传播和数据的海量存储使信息在空间的传递和时间的传递十分快速。还实现了远距离遥测。④极为灵活的变换技术：利用电磁波的快速、长距离传输能力；通过光－电－光以及声－电－声的转换；实现了千里眼、顺风耳的梦想。⑤巨大的信息处理能力：电子技术（模拟、数字）的发展，可以通过硬件、软件实现对信息的多种处理。42.1.2电子测量的特点测量频率范围宽，被测信号的频率范围除测量直流外，测量交流信号的频率范围

3、低至10-6Hz以下，高至THz（1THz=1012Hz）量程范围宽，如数字万用表对电压测量由纳伏（nV）级至千伏（kV）级电压，量程达12个数量级测量准确度高，例如，用电子测量方法对频率和时间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到10-13～10-14的数量级。测量速度快，电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作。易于实现遥测，通过传感器利用电磁波、光、辐射等方式实现远距离非接触式测量。易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化。VLSI、计算机的发展可以实现程控、遥控、自动变换量程、自动调节、自动校准、自动诊断故障、自动回复。对

4、测量结果可以自动记录、自动分析、处理数据。52.1.3电子测量的内容从广义上说，电子测量是泛指以电子科学技术为手段而进行的测量，即以电子科技理论为依据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和非电量进行的测量。从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电子学中有关的电量所进行的测量。62.1.3电子测量的内容（续）电子测量的内容是：（1）按具体的测量对象来分类，包括下列电参数的测量电能量的测量包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等的测量。电路参数的测量包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、电子器件参数等的测量。电信号特征的测量包括信号、频率、周期、时间、相

5、位、调幅度、调频指数、失真度、噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。电子设备性能的测量包括放大倍数、衰减、灵敏度、频率特性、通频带、噪声系数的测量。特性曲线的测量包括幅频特性曲线、晶体管特性曲线等的测量和显示。72.1.3电子测量的内容（续）（2）按基本的测量对象来看，电子测量是对电信号和电系统的测量：①电子测量的基本对象是未知的信号与系统。电信号是测量对象。各种信息要变换成某种物理方式的信号才能传输、处理、利用、测量。信息蕴藏于信号。必须对信号测量后才能提取出信息。电系统是测量对象。信号依附于一定的物理装置－－系统。系统的性能决定了它对信号进行加工的质量。82

6、.1.3电子测量的内容（续）②电子测量的基本工具是已知的信号与系统只有用一个特性标准的、已知的系统－－测量系统，才能精确、不失真地获取被测对象的信息。对于无源系统需要对它施加激励信号，通过测量仪器测出响应从而求出该系统的固有特性。③电子测量的基本工作机理是信号与系统的相互作用测量过程就是信号和系统相互作用的过程。信号按一定规律作用于系统，系统在输入信号的作用下对信号进行处理，并输出处理后的信号。前者就是激励，后者为称为响应。为实现不失真测量，必须选择与被测信号匹配的测试系统特性。已知h(t)、y(t)求x(t)，测量未知物理量。已知x(t)、y(t)求h(t)

7、，测量系统的特性测量，故障诊断，性能检定。已知h(t)、x(t)求y(t)，信号的产生，电压或功率分配，多级系统组建。92.2电子测量的对象——信号与系统2.2.1信号的基本概念测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述了被测对象的状态及其变化方式。信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信息的载体，是物质，具备能量。同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，同一种信号也可以运载不同的信息。102.2.1被测对象—信号与系统的特点及分类信息的变化决定了信号是一些变量的函数，可以表述为一个或者多个变量的函数。信号的特点：信号是用变化着的物理量来表示信息的一种函数。信号

8、中包含着信息，它是信息的载体，具有能量