电子测量技术基础-(第二版)-第9章-噪声测量
电子测量技术基础知识点
第1章 电子测量的基本概念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。
电子测量的特点： ①测量频率范围宽 ②测量量程广⑧测量准确度高低相差悬殊 ①测量速度快 ⑤可实现遥测⑥易于实现测量智能化和自动化⑦测量结果影响因素众多，误差分析困难测量仪器的主要性能指标：①精度；②稳定性；③输入阻抗；④灵敏度；⑤线性度；⑥动态特性。
精度：精密度（精密度高意味着随机误差小，测量结果的重复性好） 正确度（正确度高则说明系统误差小）准确度（准确度高，说明精密度和正确度都高）第2章 测量误差和测量结果处理修正值C = - 绝对误差Δx示值相对误差（标称相对误差）%100⨯=xxx ∆γ满度相对误差%%100S x x mmm =⨯∆=γ分贝误差))(1lg(20dB x dB γγ+=当n 足够大时，残差得代数和等于零。
实验偏差与标准偏差：nn x ni i /1112σσυσ=-=∑=极限误差σ3=∆常用函数的合成误差 和函数：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++±=22121211x x y x x x x x x γγγ差函数⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+-±=22121211x x y x x x x x x γγγ积商函数()21x x y γγγ+±=数据修约规则：(1)小于5舍去——末位不变。
(2)大于5进1——在末位增1。
(3)等于5时，取偶数——当末位是偶数，末位不变；末位是奇数，在末位增1（将末位凑为偶数）第3章信号发生器振荡器是信号发生器的核心。
通常用频率特性、输出特性和调制特性(俗称三大指标)来评价正弦信号发生器的性能。
合成信号发生器相干式（直接合成）：频率切换迅速且相位噪声很低锁相式（间接合成）：频率切换时间相对较长但易于集成化和点频法相比，扫频法具有以下优点：1.可实现网络的频率特性的自动或半自动测量2.扫频信号的频率是连续变化的，不会出现由于点频法中的频率点离散而遗漏掉细节的问题3.扫频测量法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性，而后者更符合被测电路的应用实际第4章电子示波器示波器的核心部件是示波管，由电子枪、电子偏转系统和荧光屏三部分组成电子示波器结构框图：为实现扫描回程光迹消隐，应产生加亮(增辉)信号交替方式（ALT ）：适合于观察高频信号 断续方式（CHOP ）：适用于被测信号频率较低的情况当数字示波器处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存储和显示两个阶段第5章 频率时间测量对比测频与测周原理图测频图测周图⎪⎪⎭⎫⎝⎛+±=c c xx xf f T f f f ∆∆1要提高频率测量的准确度：1.提高晶振频率的准确度和稳定度以减小闸门时间误差2.扩大闸门时间T 或倍频被测信号频率以减小±1误差3.被测信号频率较低时，采用测周期的方法测量一般选用高精确度的晶振，测频误差主要决定于量化误差(即土1误差) 。
电子测量技术基础_(张永瑞_著)_西安电子科技大学出版社 课后答案
第一章 緒 论1．8答：分辨率=V mV μ11999920=1．9答：偏移的数4.250120=格 1．10答：①理论值：V U 5.253030300=⨯+=②R V =130K Ω，V U 2.25120//3030120//300=⨯+= R V =10M Ω，V U 5510//303010//30770≈⨯+=第二章 测量误差和处理2．1答：真值：一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值。
实际值：在实际测量中，不可能都直接与国家基准相比较，一般是逐级比较传递到日常工作仪器，而用日常工作仪器测量的值称实际值。
标称值：测量器具上标定的数值。
示值：由测量器具指示的被测量量值。
测量误差：测量值与被测量真值之差。
修正值：测量误差的反号值。
2．2答：等精度测量：在保持测量条件不变的情况下对同一被测量进行多次测量过程称为等精度测量。
非等精度测量：在对同一被测量进行多次测量过程中，不是所有的测量条件都维持不变，这种测量称为非等精度测量。
2．3 答：绝对误差和相对误差。
2．4说明系统误差、随机误差和粗大误差的特点？答：（1）系统误差：在多次等精度测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时按某种规律变化的误差。
产生的原因有仪器设计原理和制作的缺陷；测量时环境的影响；近似方法和近似公式的影响；测量人员的读数估计偏差等。
（2）随机误差的特点： ①小误差出现的机率比大误差多；②正负相等的误差出现的机率相等；③在一定的条件下，其随机误差的绝对值不会超过一定界限；④随机误差可用平均值加以消除；⑤随机误差服从正态分布。
（3）粗大误差：在一定条件下，测的值明显的偏离实际值所形成的误差称为粗大误差。
2．5答：对C 1来说，%2%100200040±=⨯±，所以C 1电容误差小。
2．6答：dB U U i1.20lg 2001-= ⇒ mV U 8.9801= dB U U i 9.19lg 2002-= ⇒ mV U2.10102=2．7答：V V 18.060.542.5-=-=∆ ，%32.342.518.0-=-=k γ ，%21.360.518.0-=-=A γ2．8答：Ω→=⨯+→⨯-=K R 6.124.11%51212%512122．9答：%4.2485011005.2=⨯⨯=γ，合格。
《电子测量技术基础》课程教学大纲
《电子测量技术基础》课程教学大纲课程名称：电子测量技术基础课程类别：任意选修课适用专业：电子信息工程考核方式：考查总学时、学分：24学时 1.5 学分一、课程性质、教学目标《电子测量技术基础》课程的任务主要是讨论电子测量中的基本概念，主要物理量（电压、频率、时间、相位、）元件参数、阻抗的测量原理、方法，以及常用仪器（示波器、信号源、计数器）的原理。
使学生具有电子测量方面的基本知识和进行科学实验的能力。
其具体的课程教学目标为：课程教学目标1：掌握测量误差基本理论，能进行测量误差分析和数据处理。
课程教学目标2：掌握波形、电压、频率（时间）、频域及数域测量的基本原理和方法。
课程教学目标3：了解电子测量中常用电子仪器的基本原理；课程教学目标4：掌握常用电子仪器的使用方法。
课程教学目标5：了解计算机在电子测量中的应用（智能仪器、自动测试系统、虚拟仪器、虚拟测试等）。
课程教学目标6：对国内外电子测量新技术的发展有所了解。
课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H:表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、课程教学要求本课程的教学环节包括课堂讲授、学生自习、答疑等环节。
通过这些环节的教学，使学生掌握电子测量技术基础的基本方法，常用电子仪器的原理和使用方法。
为今后从事科学实验工作奠定基础。
三、先修课程模拟电路、数字电路四、课程教学重、难点测量误差与结果的处理；信号发生器，示波器原理；电压测量，时间和频率的测量，阻抗测量。
五、课程教学方法与教学手段教学方法上尊重客观认知规律，理论教学与实践教学相结合；通过示讲、示演，了解电子测量技术基础的基础知识；通过电子课件、实物展示、等多种手段加深学生对课程的理解和掌握。
六、课程教学内容第一章电子测量的基本概念（2学时）1．教学内容(1) 电子测量的内容和特点；(2) 电子测量的一般方法；(3) 计量的基本概念。
噪声测量PPT课件
声强和声强级
2、声强级
声强级的定义为：
LI
10 lg
I I0
式中 I——声强；
I0——基准声强，I0=10-12W/m2。
在常温常压下，声特性阻抗变化不太大。当
取ρc=常数时，则
LI
10lg
I I0
10lg
p2 p02
20lg
p p0
Lp
注： 在应用中，可以测量声压级得到声强级。
2021/2/24
衰减选择旋钮一般分上下两层，下层控制输入 衰减器，上层控制输出衰减器，每一档的衰减 量为10dB。使用时，应尽量将上层输出衰减器 旋钮沿顺时针旋到底，使输出衰减最大。只有 当信号微弱时，下层输入衰减调至最小时表头 指针仍偏转很小，才可减小输出衰减量。
注：声级计测得的噪声级分贝数，等于衰减器旋钮指示值 与表头指示值之和。
快档用于测量随时间波动不大的噪声。当 指针摆动大于4dB时，则应换用慢档。
2021/2/24
频谱分析
频谱：以频率为横向坐标的谱线或曲线。 频段或频程：把声频范围分割成若干个较小
的频段，称之为频段或频程。
带宽：带通滤器的上限截止频率fh与下限截 止频率fL之差，称为频带宽度，简称带宽， 以△f表示。
一般声：许多不同幅度、频率和相位的
正弦纯音的复合。包括噪声和乐声。
2021/2/24
有关噪声的声学知识
基本概念
乐声：较有规律 的振动所产生的周 期性的声波组合而 成的。 噪声（物理学定 义）：无规则、非 周期性的杂乱声波。 噪声（心理学定 义）：一切“不需 要的声音”。
2021/2/24
有关噪声的声学知识
LW
10 lg W W0
式中 W——对应的声功率，W； W0——基准声功率，W0=10-12W。
电子测量技术基础课后习题答案 (第二版)
电子测量技术基础习题一1.1 解释名词：①测量；②电子测量。
答：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，人们借助专门的设备，把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。
从广义上说，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上说，电子测量是指在电子学中测量有关电的量值的测量。
1.2 叙述直接测量、间接测量、组合测量的特点，并各举一两个测量实例。
答：直接测量：它是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。
如：用电压表测量电阻两端的电压，用电流表测量电阻中的电流。
间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系，间接得到被测量量值的测量方法。
如：用伏安法测量电阻消耗的直流功率P，可以通过直接测量电压U，电流I，而后根据函数关系P＝UI，经过计算，间接获得电阻消耗的功耗P；用伏安法测量电阻。
组合测量：当某项测量结果需用多个参数表达时，可通过改变测试条件进行多次测量，根据测量量与参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量，这种测量方法称为组合测量。
例如，电阻器电阻温度系数的测量。
1.3 解释偏差式、零位式和微差式测量法的含义，并列举测量实例。
答：偏差式测量法：在测量过程中，用仪器仪表指针的位移(偏差)表示被测量大小的测量方法，称为偏差式测量法。
例如使用万用表测量电压、电流等。
零位式测量法：测量时用被测量与标准量相比较，用零示器指示被测量与标准量相等(平衡)，从而获得被测量从而获得被测量。
如利用惠斯登电桥测量电阻。
微差式测量法：通过测量待测量与基准量之差来得到待测量量值。
如用微差法测量直流稳压源的稳定度。
1.4 叙述电子测量的主要内容。
答：电子测量内容包括：（1）电能量的测量如：电压，电流电功率等；（2）电信号的特性的测量如：信号的波形和失真度，频率，相位，调制度等；（3）元件和电路参数的测量如：电阻，电容，电感，阻抗，品质因数，电子器件的参数等：（4）电子电路性能的测量如：放大倍数，衰减量，灵敏度，噪声指数，幅频特性，相频特性曲线等。
电子测量技术复习资料
电子测量技术复习资料第一章绪论1.测量：测量就是利用试验手段，借助各种测量仪器量具，获得未知量量值的过程。
2.电子测量：电子测量泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。
3.智能仪器：人们习惯把内含微型计算机和GPIB接口的仪器称为智能仪器。
4.虚拟仪器：通常是指以计算机为核心的，由强大的测试应用软件支持的具有虚拟仪器面板，足够的仪器硬件及通信功能的测量信息处理系统。
5.电子测量的特点：1测量频率范围宽，低至10-6Hz以下，高至1012Hz以上。
2仪器量程范围宽。
3测量准确度高低相差悬殊。
4测量速度快。
5可以进行遥测。
6显示方式清晰直观。
7宜于实现测试智能化和测试自动化。
8易于实现仪器小型化。
9影响因素众多，误差处理复杂。
6.电子测量的方法：按测量手段分类：1直接测量：直接从测量仪表的读书获取被测量量值的方法。
2间接测量：它是利用直接测量量与被测量量之间的函数关系，间接得到被测量量值得方法。
3组合测量：当某测量参数需用多个未知参数表示时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知参数之间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量，这种测量方法叫组合测量。
按测量方式分类：1偏差式测量法：用仪器仪表指针的位移表示被测量量大小的测量方法。
2零示式测量法：又称平衡式测量法，测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等，从而测得被测量。
3微差式测量法：偏差式测量法与零示式测量法相结合。
按被测量性质分类：1时域测量：主要测量被测量随时间的变化规律。
2频域测量：主要目的是获取待测量与频率之间的关系。
3数据域测量：主要是用逻辑分析仪等设备对数字量，或逻辑电路的逻辑状态进行测量7．智能仪器的特点：1是操作自动化2具有对外接口功能8．智能仪器的组成：主要与一般计算机的区别：多一个专用的外围设备-----测试电路。
9．计量与测量的区别：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地测量。
《噪声的测量》课件
问题。
影响情绪
噪声容易使人产生烦躁 、焦虑等不良情绪，影
响心理健康。
影响工作效率
长期处于噪声环境下， 容易分散人的注意力，
降低工作效率。
02
噪声的测量 方法
声级计与声级测量
01
02
03
声级计
声级计是一种测量声音强 度的仪器，通常由传感器 、放大器和指示器组成。
《噪声的测量》PPT课件
contents
目录
• 噪声的基本概念 • 噪声的测量 方法 • 噪声标准与法规 • 噪声控制技术 • 实际应用案例
01
噪声的基本概念
定义与特性
定义
噪声是任何不需要的声音，通常 指影响人们工作、学习和生活的 声音。
特性
噪声具有随机性、无规律性、多 变性等特点，不同频率、不同强 度的噪声会对人产生不同的影响 。
声级测量
通过声级计测量声音的声 压级、声强级和声功率级 ，以评估声音的响度和能 量。
声级计的校准
为了确保测量准确性，声 级计需要定期进行校准和 维护。
频谱分析仪与频谱测量
频谱分析仪
频谱分析仪用于测量声音 的频率成分和强度。
频谱测量
通过频谱分析仪测量声音 的频率分布，以评估声音 的音质和特征。
频谱分析仪的校准
中国噪声标准
中国政府制定了《中华人民共和国噪 声污染防治法》，规定了不同场合的 噪声限值，如城市区域、乡村区域等 。
区域噪声标准
城市区域噪声标准
针对城市居民区的噪声水平制定了限制，确保居民的生活质 量。
乡村区域噪声标准
针对乡村和自然保护区的噪声水平制定了限制，以保护生态 环境和野生动物。
电子测量技术第9章第1部分
图9.3 扫频信号发生电路的构成框图
2．频标信号产生电路
常用的内频标有两种。 （1）菱形频标 菱形频标常用差频法产生，如图9.4所示。 （2）针形频标 在低频扫频仪中常用针形频标。针形频标的产生与 菱形频标类似，如图9.5所示。 针形频标宽度比菱形频标窄，在测量低频电路时有 较高的分辨力。
9.2.4 频率特性测试仪的主要应用
如图9.9所示为频率特性测试仪面板和主要控键的 示意图，主要控制按键的作用如下所述。
图9.9 频率特性测试仪面板和主要控键示意图
（1）输入衰减：有3挡，分别为1、10、100倍衰 减。 （2）Y位移：调节时，可使显示图形上、下移动 。 （3）极性开关：可使屏幕上显示的图形倒置。 （4）中心频率：在扫频范围内改变中心频率。 （5）输出衰减：按dB步进衰减输出信号。 （6）扫频方式：选择点频或扫频工作方式。 （7）频标幅度：可改变频标在屏幕上显示的幅度 。 （8）外频标输入插座：使用外频标时，由此插座 输入。 （9）扫频输出：输出扫频信号的插座。
图9.1 时间、频率和幅度的三维坐标
2．常用频域测试仪器
（1）频率特性测试仪
（2）频谱分析仪
（3）选频电压表 选频电压表采用调谐滤波的方法，选出并测量信号 中某些频率分量。 （4）调制域分析仪 调制域分析仪测量信号的频率、相位和信号出现的 时间间隔随时间的变化规律。 （5）相位噪声分析仪。 振荡信号源的相位噪声特性用谱密度来表征，因而 相位噪声的分析也要用到频谱分析。 （6）数字信号处理机。 数字信号处理机采用FFT和数字滤波等数字信号处理 技术，对信号进行包括频谱分析在内的多种分析。
9.2
频率特性测试仪
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图9.2-2 随机过程的单一记录
如果平稳随机过程的时间平均等于总体平均， 即
1 T
1N
lim T T
0 xi (t)dt
N
xk (t j )
k 1
(9.2-5)
式中， xi(t)为第i组观察结果； xk(tj)为tj时刻第k组的观察值。 这样的平稳过程称为各态历经过程。 在同一温度环境中一 批相同的电阻产生的热噪声信号就是各态历经过程。
2.
同随机变量一样， 对于一个随机过程， 也可用方差σ2或
标准偏差σ(均方根值)来表征其离散的程度。 与平均值类似，
方差σ2
时
间平均方差定义为
标准偏差为
2 lim 1 T x2 (t)dt T T 0
lim 1 T x2 (t)dt T T 0
(9.2-6) (9.2-7)
1
x2
e 2
2
(9.2-11)
式中， σ为均方根值(标准偏差)， 其曲线如图9.2-4(a)所示。 在任意两个幅度x1和x2之间， p(x)曲线下的面积(图中阴影部 分)等于该信号在x1和x2之间所经历的时间总和。 通常令p(x) 曲线下的总面积等于1， 那么p(x)在x1和x2之间的面积等于信 号幅度处于x1和x2之间的概率。
则它们之和［x1(t)+x2(t)］ 的均方根值σ等于
12
2 2
(9.2-9)
3. 功率谱表示一个信号的各频率分量所对应的功率在频谱 内的分布情况。 对于周期信号， 因具有离散的频谱， 故每 一频率分量的功率大小为幅度谱的平方， 单位是V2， 如 图9.2-3(a)所示。 图中， T为周期信号的周期； f0=1/T为基频。 信号的总功率等于每一频率分量的功率之和。
噪声是一种随机信号， 我们不能预计其未来的瞬时幅 度， 因此不能像确知信号那样， 用有限的几个参量说明 其特性。 例如， 阶跃信号只需用幅度和时间两个参量说 明， 正弦波用幅度、 频率和相位三个参量说明， 而噪声 需要用统计学的方法加以描述。
包含所有颜色的光称为白光。 类似地， 在所有频率 下具有等功率密度的噪声称为白噪声。 真正的白噪声应 该具有无限的带宽， 因而有无限的功率， 但实际系统的 带宽总是有限的， 只要在所研究的频带内噪声具有平直 的功率密度谱， 我们就可以把它看成是白噪声。
N
1 N
N
xk (t1)
k 1
(9.2-2)
显然， 在不同的时刻随机过程具有不同的期望值。
也就是说，
如果一个随机过程的总体平均与时间无关， 即对任意
时刻t1及t2， 有
x(t1) x(t2 )
。 在实际工作中， 真正的平稳 过程是很少遇到的， 但在一定的近似条件下， 可以作为平 稳过程来处理， 例如随机噪声大都可以近似看做平稳过程。
图9.2-1 随机过程的总体
9.2.1
1. 对随机过程的一个总体而言， 在某一瞬间t1所有波形的 平均值称为总体平均， 并写为
x(t1)
1 N
N
xk (t1)
k 1
(9.2-1)
当观察的曲线数N→∞时， 式(9.2-1)便是随机过程在t1
时刻的期望值， 即
E[x(t1)]
lim
在实际工作中， 并非都有随机变量的总体， 相反， 往 往可以得到长时间观察的单一记录， 如图9.2-2所示。 这时， 需要采用另一种平均值——时间平均值， 即
x(t) lim 1
T
x(t)dt
T T 0
(9.2-4)
由于观察时间T总是有限值， 因此进行平均的时间区 间不同或进行平均的时刻不同， 所得的时间平均值也不同。
第9章 噪 声 测 量
9.1 概述 9.2 噪声的统计特性及其测量 9.3 器件的噪声参数及其测量 小结 习题9
9.1 概
在电子技术中， 噪声是除有用信号以外的一切不需要的 信号和各种电磁干扰的总称。 产生噪声的原因很多， 例如， 噪声可由自然界闪电等放电现象所产生， 也可由机器发出的 电火花和点火系统所产生。 电路中的噪声主要来自于电阻的 热噪声和晶体管的散粒效应。
示式为
P
f2
S( f )df
f1
(9.2-10)
4. 功率密度谱告诉我们信号能量在频率上是如何分布的， 但是它不包含信号的幅度变化和相位变化的信息， 因而不
概率密度函数p(x)是表征噪声在时域内波形信息的统计
参数， 它与功率密度谱无关。 典型的概率密度函数为高斯
(正态)分布， 即
p(x)
若随机信号x(t)为噪声信号， 则由式(9.2-7)可知， 标准 偏差表示噪声电压或电流的均方根值， 即有效值。
与平均值类似， σ也是时间的函数。 若进行平均的时间 区间不同或进行平均的时刻不同， 则所得的结果也不相同。
总体方差定义为
2
1 N
N
xk2 (t j )
k 1
(9.2-8)
若有两个均方根值分别为σ1和σ2的噪声信号x1(t)和x2(t)，
灵敏度和精度。 因而研究噪声的特性及其测量是电子测量
中的一项重要任务。
9.2 噪声的统计特性及其测量
噪声是一种依赖时间和空间而变化的随机过程。 在相同 条件下， 对随机过程独立地进行几次观察， 就会发现每次 观测的曲线彼此都不相同， 如图9.2-1所示， 这样的曲线组 称为一个总体。 一般而言， 随机过程是由一个或几个连续 变量所决定的随机量， 可以用随机函数来描述， 图中用x1(t)、 x2(t)等表示每一组观察曲线的随机函数， 其特性用统计方法 描述。
具有高斯(正态)分布律的噪声称为高斯噪声。 必须指
出， 由于概率密度函数与功率密度谱是两个互不相关的量，
因而白噪声不一定是高斯噪声。 反之， 具有高斯分布律的
噪声也不一定是白噪声。 具有高斯分布的白噪声称为高斯
白噪声， 如电阻的热噪声、
当
信号通过系统时， 由于受到系统中噪声的干扰， 严重地影
响了检测系统接收微弱信号的能力， 并直接限制了测量的
图9.2-3 功率谱和功率密度谱
对噪声等随机信号， 其周期可视为无限大， 频谱中各
频率分量间隔趋于零， 频谱是连续的。 因此引入功率密度
谱S(f)， 其定义为信号的单位带宽所具有的功率大小， 单位
为V2/Hz。 功率密度谱是频率的连续函数， 如图9.2-3(b)所
示。 图中曲线下的总面积等于噪声的总功率。 在频率f1~f2 的频带内， 信号功率等于图中阴影部分的面积， 其数学表