电信号基本参量的常用测量方法 (2)
分析介绍光纤基本参数和测量方法
分析介绍光纤基本参数和测量方法本文来源于：工控商务网光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
1.单模光纤模场直径的测量从理论上讲单模光纤中只有基模(LP0l)传输，基模场强在光纤横截面的存在与光纤的结构有关，而模场直径就是衡量光纤模截面上一定场强范围的物理量。
对于均匀单模光纤，基模场强在光纤横截面上近似为高斯分布，通常将纤芯中场强分布曲线最大值1／e处所对应的宽度定义为模场直径。
简单说来它是描述光纤中光功率沿光纤半径的分布状态，或者说是描述光纤所传输的光能的集中程度的参量。
因此测量单模光纤模场直径的核心就是要测出这种分布。
测量单模光纤模场直径的方法有：横向位移法和传输功率法。
下面介绍传输功率法。
测量系统的原理方框示意如图1所示。
取一段2米长的被测光纤，将端面处理后放入测量系统中，测量系统主要由光源和角度可以转动的光电检测器构成。
光纤的输入端应与光源对准。
另外为了保证只测主模(LP01)而没有高次模，在系统中加了一只滤模器，最简单的办法是将光纤打一个直径60mm的小圆圈。
当光源所发的光通过被测光纤，在光纤末端得到远场辐射图，用检测器沿极坐标作测量，即可测得输出光功率与扫描角度间的关系，P—θ线如图2所示。
然后，按模场直径的定义公式输入P和θ值，由计算机按计算程序算出模场直径。
2.光纤损耗的测量光纤损耗是光纤的一个重要传输参数。
由于光纤有衰减，光纤中光功率随距离是按指数的规律减小的。
但是，对于单模光纤或近似稳态的模式分布的多模光纤衰减系数a是一个与位置无关的常数。
若设P(Z1)为Z＝Z1处的光功率，即输入光功率。
若设P(Z2)为Z2处的光功率，即这段光纤的输出功率。
因此，光纤的衰减系数a定义为因此，只要知道了光纤长度Z2-Z1和Z2、Z1处的光功率P(Z1)、P(Z2)，就可算出这段光纤的衰减系数a。
测量光纤的损耗有很多种办法，下面只介绍其中的两种办法。
电参量测量技术
2.1.1 频率的测量
在工业生产领域中周期性现象十分普遍，如各
种周而复始的旋转、往复运动、各种传感器和测量
电路变换后的周期性脉冲等。周期与频率互为倒数
关系:
f1
T
（2-1）
频率测量方法：
1：计数法
2：模拟法
1. 频率(周期)的数字测量
由于T和TA两个量是不相关的，T不一定正好 是TA的整数N倍，即T与NTA之间有一定误差，如 图2-1(b)所示。处在T区间内计数脉冲个数(即计数 器计数结果)为N，则
TNTAt1
t2
Nt1TAt2
TA
（2-3）
(NN)TA
显然，脉冲计数的最大绝对误差△N=±1 。
脉冲计数最大相对误差为：
△N1 TA N NT
△ fx △ N△ fc 1△ fc fx N fc N fc
进一步推导可得测频最大相对误差为：
△fx fx
mfcxf
△fc fc
(2-8)
由上式可见，被测频率fx越高，分频系数m越大， 测频的相对误差△fx/fx越小，测频的精确度越高。
若采用K位十进制计数器，为使计数结果不超 过计数器最大允许计数值而发生溢出，要求：
图2-7 直流数字电压表框图
2. 交流电压的测量
⑴交流电压的表征：交流电压可以用峰值、平均值、 有效值、波形系数以及波峰系数来表征。
①峰值 周期性交流电压U(t)在一个周期内偏离零电平的
最大值称为峰值，用Up表示，正、负峰值不等时分 别用Up+和Up-表示，如图2-8(a)所示。
U(t)在一个周期内偏离直流分量U0的最大值称为幅 值或振幅，用Um表示，正、负幅值不等时分别用 Um+和Um-表示，如2-8(b)所示。图中U0=0，且正、 负幅值相等。
第六章 电信号的测量
（2）用示波器测量脉冲宽度
示波器的调节同于上述周期测量或时间间隔测量。脉冲 宽度是指脉冲上升沿高度50%处与下降沿高度50%处两点 之间的时间间隔。用它们之间距离的格数乘以扫描粗调指 示时间就是脉冲宽度。
2.用示波器测量脉冲上升沿（或下降沿）时间
示波器的调节同于上述周期测量或时间间隔测量。脉冲上升沿是指脉 冲上升波形中幅度10%到90%两点之间的时间间隔。脉冲下降沿是指脉冲 下降波形中幅度90%到10%两点之间的时间间隔。它们数值计算同于脉冲 宽度的计算，即两点之间的距离格子数乘以示波器扫描粗调指示时间就是 上升沿（或下降沿）的时间。
测量前先估计被测值的数量级别，选择合适量程。如果量程小于被测值， 则表针会偏转到超过表头刻度的最右边，甚至将表针打弯。量程一般应选 择测量时使表针偏转到超过表头中间位置。
测量前应观察表针是否在机械零点（即左方刻度线）。
6.1 电压和电流的测量
（3）示波器
用示波器测量直流电压仅是测量被测电压的大概数值，不能准确测量。 测量过程如下：先将示波器输入耦合开关置于“GND”位置，调节上下移 动旋钮，使荧光屏水平亮线与某一刻度线重合，作为测量基准线；其次将 输入耦合开关置于“DC”位置；然后选择幅度粗调档位，关掉幅度细调旋 钮；最后由输入传输线输入被测电压信号。观察水平亮线位置与基准线之 间的距离，将距离乘以幅度档位（即每格xxV）所得数值就是被测电压数 值。不过这个数值仅是被测电压的大概数值，不是准确数值。
电子工程设计与实践
第六章 电信号的测量
唐山学院信息工程系 《电子工程设计与实践》课程组
6.1 电压和电流的测量
6.2 信号波形参数的测量
6.3 放大电路的测量
6.4 振荡电路的测量
第六章 电信号的测量
电信号的测量与观察方法
（11）试改变触发极性选择“+”极性到“-”极性并观察记录波形的变化规律。
（12）试改变Y轴输入耦合控制（DC、⊥、AC）开关并观察记录波形的变化规律。
（13）Y轴输入耦合控制（DC、⊥、AC）开关选择“AC”位置。取下示波器探头。
8.Y轴输入耦合控制（DC、⊥、AC）开关：选择“⊥”位置。
9.Y轴输入探头上的倍率开关选择在“1”倍。
（1）示波器基本操作方法。
1.打开示波器电源开关，预热3—5分钟。荧光屏上会出现一条绿色水平扫描基线。
（2）分别调整X轴移位旋钮和Y轴移位旋钮观察绿色水平扫描基线的位置变化。
（3）分别调整辉度旋钮和聚焦旋钮获得一条亮度适中、扫描线最细的绿色水平扫描基线。
8.分别改变输出幅度（Amplitude）旋钮和频率旋钮（FREQ VAR）分别观察正弦波、方波和三角波的变化规律并记录波形。
（5）TH-MV1A型双通道交流电子电压表的自校准方法和使用方法。
1.将双通道交流电压表的A通道和B通道的量程开关分别都置到300V档位上。
2.用小一字螺丝刀以合适的力量调整双通道交流电压表的表头上的机械“调零”旋钮，将表头指针（红黑两个指针）调整到左边零位线上。
5.调整示波器获得稳定波形显示后，进行波形参数（峰峰值、有效值、最大值、周期和频率）测量并计算结果。
（7）三角波信号参数测量与分析：
1.设定函数信号发生器的功能（Function）开关为三角波输出。
2.在示波器上观察测量，使得方波输出的峰峰值为1Vp-p。
3.在示波器上观察测量，分别设定函数信号发生器的输出频率进行观察。
（8）在X轴扫描0.5mS / div和Y轴扫描0.1V / div基础上进行校准操作，分别调节X轴微调旋钮和Y轴微调旋钮是方波信号的幅度Vp-p = 5 div（格）；方波信号的周期宽度为2 div（格）。校准工作即完成，在而后测量中不得在调节X轴微调旋钮和Y轴微调旋钮，否则测量参数是不准确的。
信号的量测参数及量测方法
差分和单端信号的比较：
单端输入,输出信号均以共同的地线为基准.这种输入方法主要应用于输入信号电压较 高(高于1 V),信号源到模拟输入硬件的导线较短(低于15 英尺),且所有的输入信号共用 一个基准地线.如果信号达不到这些标准,此时应该用差分输入.对于差分输入,每一个 输入信号都有自有的基准地线;由于共模噪声可以被导线所消除,从而减小了噪声误差. 单端输入时, 是判断信号与 GND 的电压差. 差分输入时, 是判断两个信号线的电压差. 信号受干扰时, 差分的两线会同时受影响, 但电压差变化不大. (抗干扰性较佳) 而单端输入的一线变化时, GND 不变, 所以电压差变化较大. (抗干扰性较差)
信號的量測參數和量測方法
Lecturer :Victor Zhang
Org： New PCEBG TCTF：EIV Date : 2013/11/21
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1
課程大綱
信號和信號完整性 信號的分類 信號的參數定義 信號的量測
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2
High Time（Low Time）: 同样在Measurement菜单里的Time栏中选择 Pos Width（Neg Width），设置触发为上升沿或下降沿触发，调节适当的触 发电压。设置适当的时间电压幅度和采样率使得波形出现在屏幕适当位置。 然后捕捉波形如下：
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电信号基本参量的常用测量方法
13.5 电流的测量
适合测量较大电流， 取样电阻不宜太大。
二、反馈电阻法
U x I x R
U
x
I x R1
R2
R1 R2 R3
适合测量小电流
三、 电流互感器法（工频交流） 1. 电流互感器
2. 电流电压变换电路
钳形表（钳形互感式电流表）
13.6 电功率与电功的测量
电动系直读功率表／感应系有功电度表、电子测量式功率表
6.6.1 电动系功率表 静圈与动圈间的相互作用力矩 Mt Mt KI1I2
与指针相连，由游 丝提供恢复力矩
游丝的恢复力矩 Mf M f D
I2 I
平衡时
K D
I1 I2
K DRV
U I
功率
I1
U RV
K UI cos
DRV
有功 功率
电动系功率表的测量机 构原理示意图
电动式仪表结构
特点: 交直流两用
经低通滤波后被A/D转换成数字量输出。 相位差 与方脉冲宽度 及正弦波的重复周期T间的关系为
所以
即
x
2
U0 Ug
13.2 脉冲时间间隔的测量 1．测量原理 脉冲时间间隔的测量原理框
图如图所示。它可以分别由测 量A通道(起始脉冲)和B通道 (终止脉)输入的两个脉冲的时 间间隔T。如果起始脉冲与终止 脉冲不能分离成两个通道的信 号时，可以将开关S闭合，由A、 B两个通道中的任一通道输入。 当起始脉冲与终止脉冲的时间 间隔为tx，计数器的计数值将为
转动力矩 M K1I1I cos1 sin 抵抗力矩 M f K2I2I cos2 cos
由图知
cos2 sin1 所以，平衡时
cos sin sin cos
典型电信号的观察与测量
实验3.4 典型电信号的观察与测量一、实验目的1．熟悉信号发生器、示波器和交流毫伏表各主要开关和旋钮的使用方法。
2．掌握用示波器观察电信号波形，学会利用示波器定量测量正弦信号、脉冲信号的波形参数。
二、实验仪器与器件1．双踪示波器 1台 2．函数信号发生器 1台 3．交流毫伏表 1台三、实验原理正弦交流信号（见图3.4.1）和矩形波脉冲信号（见图3.4.2）是常用的电激励信号。
正弦信号的波形参数是幅值U m 、周期T （或频率f ）和初相ψ；矩形波脉冲信号的波形参数是幅值U m 、脉冲重复周期T 和脉冲宽度T W 。
正弦信号和脉冲信号由函数信号发生器提供。
函数信号发生器的使用方法参见第二章第二节。
电子示波器是一种信号图形测量仪器，可定量测出电信号的波形参数。
从荧光屏Y 轴刻度并结合其量程分档选择开关读得电信号的幅值；从荧光屏的X 轴并结合其量程分档选择开关读得电信号的周期、脉宽相位差等参数。
示波器的具体使用方法参见第二章第二节。
交流毫伏表是一种交流电压测量仪器，可测量频带为几Hz ~ 几GHz 、电压值范围为μV ~ kV 的交流电压信号。
四、预习要求1. 仔细阅读第二章第二节，了解示波器、函数信号发生器及交流毫伏表的使用方法。
2. 仔细阅读实验室中示波器与函数发生器的使用说明书，了解其操作方法。
五、实验内容1． 双踪示波器的自检将示波器面板部分的“标准信号”通过示波器专用同轴电缆探头接至双踪示波器的Y 轴输入插口CH1或CH2端，然后开启示波器电源。
指示灯亮，调节示波器面板上的“辉度”、“聚焦”、“X 轴位移”、“Y 轴位移”等旋钮，使在荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形。
通过选择幅度和扫描灵敏度，并将其微调旋钮旋至“校准”位置。
从荧光屏上读出该“标准信号”的幅值和频率，并与标称值（0.5V 、1kHz 的信号）作比较。
图3.4.1 正弦波信号波形t图3.4.2 矩形波信号波形U2．正弦波信号的观测（1）将示波器的幅度和扫描速度微调旋至“校准”位置。
电参数
概 述在电工电子技术中，基本电参数指的是电路元器件、电信号以及电路的基本电学物理量，是用来考察和描述电路及电信号的基本参数，包括电阻、电容、电感、电压、电流以及频率。
它是电路物理模型和数学模型的基础，基本电参数之间的电路关系就形成了电路的数学模型，而基本电参数所描述的电路元器件连接起来，就形成了电路的基本物理模型。
电路参数的测量是实验的主要任务。
为了检测电路的性能，必须进行电路参数测量，根据测量结果，调整电路结构使电路达到最佳工作状态。
一、电参量电压和电流是最基本的电路参量。
电流流过电子元件，电压存在于元件的两端。
直流电(DC )是最简单的信号形式，通常只需要测量一个幅度参数，其基本特征是幅度值与时间无关；交流电(AC )与直流电不同，它随时间按某个频率交替改变方向，交流电的最简单形式是正弦波，如图所示。
交流电压参数 描述正弦波有三个独立的基本参数，即：周期T 、初相位θ、幅度或最大值V O-P 。
除此之外，相关参数有幅度的峰峰值：V P-P = 2V 0-P ，幅度有效值：，频率： ，角频率： ，非理想的正弦波还有失真度等参数。
对于其它形式的信号需要有较多的参数进行描述。
以一个矩形脉冲信号为例，基本参数有周期T 、脉宽W 、幅度V m ，一个实际的矩形脉冲还有上升沿t r ，下降沿t d ，上冲Δ等，为了描述正负脉冲的宽度，定义了占空比W/T 。
一个实际电子线路中的信号通常是脉冲信号参数直流信号与交流信号合成的结果。
电参数测量的意义和要求一、电压、电流测量的意义电压(V)和电流(I)是电学中的基本参量。
即使对于非电量，经过传感器的变换，最后还是转换为电压、电流的测量问题。
因此，电压、电流的测量是电子测量中的基本问题，其应用十分广泛。
二、电压、电流测量的要求对电压、电流测量时，测量装置必须正确反映被测量的大小和极性，并附有相应的单位。
如果不能正确反映被测量，其测量结果也是徒劳的，没有实用价值。
电参量测量
涡流电噪磁声噪—声—：主要由转子和风扇引起冷却空气流在旋转 表由面气机交隙械替中噪出谐声现波：涡磁流场引相起互，作其用频引谱起范，围其宽强。弱与定子的动态 笛刚最度常鸣、见噪固原声有因—振是—动转通频子过率动压和平缩声衡空学不气特好，性，或有其空关频气。率在原和固因 旋定主转障要频碍有率物：相上铁同擦。 过心饱而和产的生影的响，、即开“口口槽哨的效影应响”、，磁主通要振由荡径、向气通隙风动沟态引偏起。 随心着、转外动来部的件高和次固谐定波部及件电之机间故间障隙（的磁减极小匝而 间加短强路。、断条、 铁心压装不紧、装配气隙不均）。
在测量方法上，应结合被测信号的特点，选择适当的测 量方法和仪器仪表，以达到较高的准确度。
电参量测量——常用手段
在低压电气系统中，万用表是测量直流电压、电流、交流 电压、电流与电阻的常用工具，有数字万用表和模拟万用 表。
阻抗的测量是指对电阻、电容、电感、互感、介质损耗角 以及品质因素等进行的测量。常采用伏安法和电桥法（直 流电桥——测电阻，交流电桥——测电感、电容）。
灵抗敏 干度扰
表电示气传设感备器经感常知处被于测强量电变磁化干的扰能下力运。行灵，敏为度减高少就或是消被除测干量扰稍，
有要变 特化别，注传意感传器感输器出的即输相出应 阻变 抗化 、。 信灵 号敏 形度 态高 和能 信检 号出 变状 化态 率信 。号各的种微干小扰动有态不变同
化的， 耦也合将方对式外，界应干注扰意过采于用敏有感 效， 的易 抗造 干成 扰误 措诊 施。 。如果被测量是二维或三维的
磁测量方法分类
• 磁测量是应用电磁学理论和一些物理效应的原 理而发展的
磁场测量
电磁感应法，法拉第电磁感应定律。在磁场中的探测线圈通过移动、转 动和振动等方式使线圈中的磁通量改变，由感应电势确定磁场。
电基本参数测量资料
P lg 1 P2
P 1 10 P 2
P lg 1 lg10 1 P2
P dB表示功率比为 10lg 1 P2
电压之比的对数
2 P V 1 1 / R1 2 P2 V2 / R2
１贝尔（Bel）=10dB
2 P V 1 12 P2 V2 P V1 1 10 lg 20 lg P2 V2
第5章 电基本参数测量
频率误差
低频误差
Tmax , RC>>Tmax 难于满足
U 1 L U 2 RCf
f 越高， L 越小
高频误差
与分布参数（Cr，L）及二极管频率有关。f很高时，引起充放电误差 常采用探头式“检-放”、高速二极管
第5章 电基本参数测量
[例] 若放电回路电阻R=30M, C=0.01F, f=5Hz的正弦波
U p 2 10 14.1V
Kp 1
U Up Kp 14.1V
Kp
Up U
第5章 电基本参数测量
均值检波器（<10MHz）
1 V = 定义：数学： T0
1. 原理：
T
V(t)dt
V 测量：
1 = T0
T
V(t)dt
全波整流
简化全波整流
1 I0 T
T
0
V 2 Rd rm 2 Rd rm
元件及环境误差
* 波形误差
第5章 电基本参数测量
举例：
分析用平均值电压表测量一个包含二次和三次 谐波的失真正弦电压时所产生的误差？
vx (t ) Vp (sin kn sin(n n ))
先求平均值 被测电压的读数 真正有效值 误差
信号的量测参数及量测方法
EIV量測的信號是電信號。
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信號的分類
按照不同的分類方法，信號可以進行不同的分類。
1.按照信號的職能，可以分為： 時鐘信號，地址信號，控制信號，數據信號 波信號，正弦波信號
Crossover Voltage
Crossover Voltage就是一个差分信号的正负两个单端点之间波形交 叉点电压与理想交叉点电压之间的偏差。取值的时候取的是总累积的 MIN~MAX值
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信號的量測
每個信號都要選擇使用合適的設備，包括示波器，探棒， 測試治具來進行量測。 1.電壓量程：
測試設備，即探棒，測試治具等的電壓量程必須要大於信號的
最大電壓。
2.帶寬量程：
必須選用合適帶寬的示波器和探棒來對信號進行量測。
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差分信号与单端信号
差分信号与传统的一根信号线一根地线（即单端信号）走线的 做法相比，其优缺点分别是：
优点： 1. 抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号 线上，而其差值为0，即，噪声对信号的逻辑意义不产生影响。 2. 能有效抑制电磁干扰(EMI)。由于两根线靠得很近且信号幅值相等 ，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号 极性相反，其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。 3. 时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发 生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以 阀值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阀值电压与信号幅值电压之 比的影响较大，不适合低幅度的信号。 缺点： .若电路板的面积非常紧张，单端信号可以只有一根信号线，地线走地 平面，而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层 面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小，以至于只能穿 过一根走线的情况下。
第3章 电参量测量技术
第三章 电参量测量技术
fx 和 Tx 的指示数字的小数点位置。例如 N =100，fC =1
MHz（TC = 1μs），若取 n = 2，则 fx = 1 MHz，Tx = 1μs。 若取 n =3，则 fx =0.1 MHz，Tx =0.1μs。
第三章 电参量测量技术
2.频率的模拟测量 简要介绍几种频率的模拟测量方法： （1）直读法测频 ① 电桥法测频 电桥法测频是利用交流电桥的平衡条件和电桥电源频率 有关这一特性来测频的，在电桥面板上将调节电桥平衡的可 变电阻（或电容）的调节旋钮（度盘）按频率刻度，则在电 桥指示平衡时，测试者便可从刻度上直接读得被测信号频率 fx。
第三章 电参量测量技术
由于 T 和 TA两个量是不相关的，T 不一定正 好是 TA 的整数 N 倍，即 T 与 N TA之间有一定误 差，如图 2 - 1（b）所示。图中Δt1，是闸门开启 时刻至第一个计数脉冲前沿的时间（假设计数脉 冲前沿使计数器翻转计数）， Δt2 是闸门关闭时 刻至下一个计数脉冲前沿的时间。处在 T 区间内 的计数脉冲个数（即计数器计数结果）为 N，则:
第三章 电参量测量技术
李沙育图形：在示波器的X、Y通道分别加上不同信号时，示波管屏幕上光 点的轨迹将由两个信号共同决定，如果这两个信号是正弦，则屏幕上的图形将取 决于不同的“频率比”、以及“初始相位差”而表现为形状不同的图形，这就是 李沙育图形。 几种不同频率比和初始相位差的李沙育图形，如图所示：
因此，了解和掌握这些基本电参量的测量方法是十 分重要的。 本章分别将介绍时间、频率、相位、电压、 电流以及阻抗等参量的测量方法。
第三章 电参量测量技术
§3.1 频率、时间和相位的测量
时间：是国际单位制中七个基本物理量之一，单位是秒(s)。
第四讲电参量的测量
电压、电流、电功率的测量
峰值、平均值和有效值的测量
有效值的测量方法 3、热点式 Linear Technology 温度——概率——有效值 LTC1088
频率、时间、相位的测量
频率的测量
测频法（较高频率） 测周法（较低频率）
频率、时间、相位的测量
频率的测量
测频法（较高频率） 测周法（较低频率）
传感器
超声波传感器及其应用 TCT40－2F 发射 TCT40－2S 接收
传感器
超声波传感器及其应用 TCT40－2F 发射 TCT40－2S 接收
传感器
超声波传感器及其应用 TCT40－2F 发射 TCT40－2S 接收
传感器
超声波传感器及其应用 TCT40－2F 发射 TCT40－2S 接收
非电物理量 敏感元件 转换器件 转换电路
敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传 感器的敏 感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。 转换器件则将上述非电量转换成电参量。 转换电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流 或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。
传感器
霍尔传感器及其应用
霍 尔 效 应 ： 美 国 物 理 学 家 霍 尔 (Hall,Edwin Herbert,1855-1938) 于 1879年在实验中发现，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直 于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。 这个电势差也被叫做霍尔电势差。 输出电压与电流 磁场有关
频率、时间、相位的测量
相位的测量
模拟测量法：李萨育图形，乘法鉴相器 数字测量法：
频率、时间、相位的测量
电信号基本参数的测量方法
&电信号基本参数的测量方法电信号，按其波形可分为正弦波信号和非正弦波信号；按其传输形式可分为随时间连续变化的模拟信号和不连续的数字信号。
不论哪种信号，其基本参量均为电压、电流和功率，其次是频率、相位和时间（周期、脉冲宽度及脉冲前后沿时间等）。
以下介绍电信号的电压、频率、周期、相位等基本参数的测量方法。
一.电压的测量方法电压分为直流电压和交流电压。
直流电压的大小可用直流电压表、万用表的直流电压档和示波器测得。
交流电压可用交流电压表和示波器测量。
测量时要根据交流电压的频率范围选择测量仪器仪表，因为不同的仪器仪表有不同的工作频率范围。
交流电压信号可用峰峰值U p-p 、峰值U m 、平均值-U 和有效值U o 表示。
对于周期性信号u(t)，其全波整流平均值，可用下式表示，即()dt t u TU T⎰=-01(12)其有效值为()[]⎰=T dt t u TU 021 (13) 对于峰值为U m 的正弦信号：u(t)=U m sin ωt ，其全波平均值为 m mm U U t d t U U 636.02sin 2120===⎰-πωωππ(14)其有效值为 ()m m mU U t d t U U 707.02sin 21202===⎰πωωπ(15)同理，可求出峰值为U m 的三角波的平均值为U m /2，有效值为U m /3。
由此可见，不同波形的电压，尽管 10 其峰值相同，但其平均值和有效值是不同的。
用示波器可以测得各种波形电压的峰值U m 。
根据 被测电压的波形和峰值，按表2，可求出几种波形电压 -10的平均值和有效值。
图10例如：用示波器测得三角波峰峰值U p-p ＝20V ，如图10所示，则峰值U m ＝10V 。
查表2知有效值为 U ＝U m /≈3 5.8V ； 平均值为V U U m52==-表2 几种波形电压有效值、平均值与峰值的关系用示波器测量信号电压很方便，但有误差，引起误差的主要原因是y轴衰减器的误差，荧光线上光迹线较粗，人眼对两光迹线的分辩能力有限以及视差等，误差一般为 5％左右。
电子测量与仪器复习题1
一、填空题1、电子测量是泛指以电子技术为基本手段进行的测量。
2、静态测量指对不随时间变化的（静止的）物理量进行的的测量。
3、国际单位制的标识符号是SI 。
4、所谓周期性现象，就是经过一段相等的时间又重复出现相同状态的现象，这一段相等的时间就被称为周期。
5、电压可以分为直流电压和交流电压两种。
6、测量网络的幅频特性通常与两种方法，它们是点频和扫频测量法。
7、对元器件参数的测量方法通常采用比较法和谐振法。
8、电桥平衡时，检流计的电流为0 。
9、电压表按其工作原理和读数方式分为模拟电压表和数字式电压表。
10电子示波器简称为示波器，是一种用来直接观察电量随时间变化过程的仪器。
11、显示器上单位时间光点水平移动的距离称为扫描速度，单位是cm/s。
12、示波器的输入耦合设有三挡选择开关，当测量交流信号时，应置AC 挡。
13、示波器包含三个主要组成部分，分别是垂直系统、水平系统和主机系统。
电子示波器的心脏是阴极射线示波管，它主要由电子枪、偏转系统、和荧光屏三部分组成。
14、示波器中双踪显示方式包括交替和断续两种显示方式，其中交替显示方式适合显示两路信号的场合。
15、直流电桥主要用来测量电阻或与电阻有关的物理量的仪器（电阻阻值）。
16．相对误差定义为绝对误差与被测量的真值的比值，通常用百分数表示。
17．数字电压表的最大计数容量为19999，通常称该表为四位半位数字电压表；若其最小量程为0.2V，则其分辨力为 10 μV。
18．示波器的“聚焦”旋钮具有调节示波器中对焦极与阴极之间电压的作用。
19．没有信号输入时，仍有水平扫描线，这时示波器工作在自动扫描状态，若工作在常态扫描状态，则无信号输入时就没有扫描线。
19．电子计数器的测周期原理与测频相反，即由被测信号控制主门开通，而用晶振信号脉冲进行计数。
20．交流电桥平衡的条件是：相对桥臂上阻抗幅模的乘积相等和相对桥臂上阻抗幅角之和相等。
二、选择题1、下列单位中不属于国际单位制基本单位的是（ C ）A、米B、千克C、弧度D、安培2、表征电信号能量大小的基本参量是（ D ）A、电压B、电流C、功率D、以上都是3、正弦信号的波峰因数为（ A ）A、2B、3C、1D、1.114、用示波器测量交流电压时，得到的是交流电压的（B ？？？）A、有效值B、峰峰值C、平均值D、最大值5、通常使用的双踪示波器的校准信号为（ A ）A、1KHz 0.5V方波B、1KHz 1V方波C、1KHz 0.5V正弦波D、2KHz 1V正弦波6、示波器中扫描发生器产生的是（ A ）。
电信号的观察与测量
实验七典型电信号的观察与测量一、实验目的1. 熟悉低频信号发生器、脉冲信号发生器各旋钮、开关的作用及其使用方法。
2. 初步掌握用示波器观察电信号波形，定量测出正弦信号和脉冲信号的波形参数。
3. 初步掌握示波器、信号发生器的使用。
二、实验说明1. 正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，可分别由低频信号发生器和脉冲信号发生器提供。
正弦信号的波形参数是幅值U m、周期T（或频率f）和初相；脉冲信号的波形参数是幅值U m、周期T及脉宽t k。
本实验装置能提供频率范围为20Hz～50KHz的正弦波及方波，并有6位LED数码管显示信号的频率。
正弦波的幅度值在0～5V之间连续可调，方波的幅度为1～3.8V可调。
2. 电子示波器是一种信号图形观测仪器，可测出电信号的波形参数。
从荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关（Y轴输入电压灵敏度V/div分档选择开关）读得电信号的幅值；从荧光屏的X 轴刻度尺并结合其量程分档（时间扫描速度t /div分档）选择开关，读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。
为了完成对各种不同波形、不同要求的观察和测量，它还有一些其它的调节和控制旋钮，希望在实验中加以摸索和掌握。
一台双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数。
四、实验内容1. 双踪示波器的自检将示波器面板部分的“标准信号”插口，通过示波器专用同轴电缆接至双踪示波器的Y 轴输入插口Y A或Y B端，然后开启示波器电源，指示灯亮。
稍后，协调地调节示波器面板上的“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮，使在荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形；通过选择幅度和扫描速度，并将它们的微调旋钮旋至“校准”位置，从荧光屏上读出该“标准信号”的幅值与频率，并与标称值（0.3V，1KHz）作比较。
2. 正弦波信号的观测(1) 将示波器的幅度和扫描速度微调旋钮旋至“校准”位置。
(2) 通过电缆线，将信号发生器的正弦波输出口与示波器的Y A插座相连。
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号和闸门时间，若于闸门开 被测
启时刻与被测信号脉冲的相
信号 闸门
T0
(a)
对位置不同，计数到的脉冲 计数
的个数也不相同。(a)图的情 脉冲
况于下实，际计值数，脉而冲(bN)图的的个情数况大下，被 信测 号
计数脉冲N 的个数将小于实 闸门
T0
(b)
际值。综上所述，计数法的 计数
最大量化误差 Δ N。 1 脉冲
即计数法的最大方法量化误
图 6-1-4 计数法量化误差示意图
差为末尾正负一个字。
应该指出，
仅仅是方法误差，而实际的测量误差还应
包含闸门时间 T0 的误差和闸门开、关时延不同等方面应起的误差。 1．2．1 噪声干扰引起的触发误差
被测信号脉冲的形成通常采用施密特触发器。在不存在噪声干
扰的情况下，施密特触发器可以将正弦波等较为规则的信号整型成
所以 tx =NT0。
图6-1-7
2．时标的选择及测量误差 脉冲时间间隔的测量采用的也是计数法。我们已经知道，计 数法的方法最大量化误差为末尾正负一个字。所以，为了增大计数 量N，减小测量误差，在不产生计数溢出的条件下时标脉冲 T0 越小 越好。
如图所示，触发门 控电路的触发脉冲都具 有一定的上升和下降时 间（所有的触发脉冲的 上升及下降时间都不可 能为零），同时门控电 路也具有一定的触发电 平（窗口），所以，当 采用计数法测量脉冲宽 度时，有时应考虑采取 必要的补偿。
数字信号处理技术需要对
按一定的时间间隔
做数字
化采样处理，
转换
成
，采用离散付里叶变
换（高速付里叶变换）方式进行处理。
u(nt) un
对于离散的采样
值，
、
U
(
f、)
U
(m
f
)
,
U
m
Um
j 2 nm
une N
连续付氏变换令可写成
n
由 降
可知，为了提高频率分辨率
，可以通过
低采样频率（增大采样时间间隔 ）或加大采样点数N来实现。
的关系求得其频率，而较低频率信号的周期较长，容易获 得较高的测量精度。
采用计数法测量周期，就是在与
被测信号的周期T相关的一定的时
间 间隔(通常为周期性被测信号
的一个周期)内，对作为时标的脉
冲
(f 0为时标脉冲的频率)，
进行计数。计数器的闸门的开启与关闭受 控制，即开启时间间
隔为 ，所以计数器的计数值N为
八
6.3 信号频谱的测量
对非周期性信号，往往需要了解信号构成的频率成分，这就需
要进行信号频谱的测量（或称为频谱分析）。频谱分析一般可利用
付里叶变换，采用数字信号处理技术来实现。时域—频域间的付里
叶变换公式我们是熟知的，即 U () u(t)e jtdt ，也可以写成
U ( f ) u(t) e j2 f tdt
重复周期T与输入的正弦波形同，其的平均值 （直流分量）为
经 低 通 滤 波 后 被 A/D 转 换
成数字量输出。
相位差 与方脉冲宽
度 及正弦波的重复周期T
间的关系为
所以，
。即
x
2
U0 Ug
x
2
Nx N
高频脉冲
Nx
N
6.2 脉冲时间间隔的测量 1．测量原理 脉冲时间间隔的测量原理
框图如图所示。它可以分别由 测量A通道(起始脉冲)和B通道 (终止脉)输入的两个脉冲的时 间间隔T。如果起始脉冲与终止 脉冲不能分离成两个通道的信 号时，可以将开关S闭合，由A、 B两个通道中的任一通道输入。 当起始脉冲与终止脉冲的时间 间隔为tx，计数器的计数值将为
，当
时，
，
所以，被测信号的周期为
计数控制闸门可由门电路或模拟开关构成，由于其开启时间为 ，所以 又称为“闸门时间”。 闸门时间通常以秒为单位， 一般有10s、1s、0.1s、0.01s等几种，为了获得较多的测量位数及 测量精度，所以较长的闸门时间一般用来测量较低的频率；由于计 数器的位数总是有限的，因而对于较高频率，则应选用较小的闸门 时间，以免使测量数据溢出。
பைடு நூலகம்
周期与输出信号行通的矩形脉冲来作为计数脉冲或闸门控制信号。
但是，如果被测信号中含有较强的噪声干扰（噪声干扰的幅度大于
施密特触发器的触发窗口），且干扰脉冲落在施密特触发器的触发
窗口内，将会使施密特触发器产生误触发，从而使计数器产生错误
计数。消除的办
法是：尽可能加
宽施密特触发器
的触发窗口；正
确选择触发窗口
第 6 章 电信号基本参量的常用测量方法
6.1 周期性信号的频率、相位的测量
1．频率（周期）的数字化测量
1．1 计数法测频的基本原理 计数法测量频率，就是在一定的时间间隔 T0 内，对被测信号
(频率为 f ，周期为
)进行计数，如图所示。计数器的闸门的
开启与关闭受 T0 控制，即开启时间为 T0 ，所以计数器的计数值 N为
然而，根据奈奎斯特采用定理，为了防止频谱混叠，采样时间间隔
不能过大，所以在存储器空间允许的条件下，加大采样点数 N 是
个不错的选择。
1．2 频率（周期）计数法测量的误差 1．2．1 计数法的量化误差 由于已知量和被测量T和T0是两个互不相关的量，且T通常不是 T0的整数（N）倍（或T0通常不是T的整数倍，测频时。），即T与 N T0（或N T与T0）之间存在一定的误差，下面我们以频率测量为 例，来分析其测量误差的大小。
对于相同频率的被测信
当被测信号的频率很高时，还常常先将测信号作分频处理后再 进行计数测量。若分频比为m（m =1、10、100、…），则被测信 号的频率为
若被测信号的频率太高，可以利用变频（混频）电路对被测信 号进行降频处理后再进行计数测量，以降低对器件速度的要求。由 于数字电路工作速度的提高，目前这种方法已基本不再采用了。
相对被测信号的
电平位置，如图
( b)所示。
2．相位的测量 相位的测量实际是指两个同频周期性信号的相位差的测量，常
采用相位－电压转换测量法 。
图中E1和E2为频率相同相位差为 的两个被测正弦信号，经 限幅放大和脉冲整形后变成方波信号，经微分后通过鉴相器输出宽 度
与两个信号相位差 有关的方脉冲，方脉冲的电平高度为 ，
所以，被测信号的频率为
前文已述，采用计数法测量较低的频率时，应选择较长的闸门
时间，当被测信号的频率太低时，闸门时间（测量时间）将会长到 测量者无法忍受的程度。例如，测量1Hz左右的信号频率，位数需 达到6位，则闸门时间至少应为105s（约1个月），这显然是不可行 的。因而，对于较低频率信号宜采取先测量其周期T，然后再根据