现代测试技术ppt
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现代测试技术课件
由于化学传感器转换机理复杂，目前半导体式化学传感器 远不及电参数式物理量和其它传感器成熟。
半导体传感器
半导体电化学传感器
现代测试技术
湿敏 元件
气 敏 元 件
湿敏传感器
半导体传感器
气敏传感器 测量
一氧化碳（ CO ） 二氧化碳（ CO2） 二氧化硫（ SO2 ）
现代测试技术
湿度测试仪
纯水测试仪 测量水质
气敏传感器特点
半导体传感器
现代测试技术
不同气体需采用各种不同气敏传感器的检测仪器
• 天然气、煤气等易燃易爆的安全监测 • 酒后驾车的乙醇浓度检测
一氧化碳（ CO ） 矿用气体检测仪
半导体传感器
• 容器或管道泄漏的检漏
现代测试技术
二氧化碳 （ CO 2） 检测仪
二氧化硫 （ SO2 ） 测试仪 氩气（ Ar2 ） 检测分析仪
第5章
传感器
半导体传感器
半导体传感器
现代测试技术
主要内容： 1 2 3 气敏传感器 湿敏传感器 离子敏传感器
半导体传感器
概述
现代测试技术
凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传感器。 半导体式传感器种类很多，其中包括：集成温度传感器、 光敏电阻、霍尔元件等。 半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用某些材 料的电特征的变化实现被测量的直接转换，如改变半导 体内载流子的数目或改变PN结特性。
•
气敏材料敏感机理
半导体式传感器
现代测试技术
以N型半导体为例：通常气敏器件工作在空气中 氧 空气中—高阻状态 由于空气中的氧化的作用，半导体（N型）材料的 电子电荷被氧吸附，结果使传导电子减少，电阻增 - N 加，使器件处于高阻状态； 空气中—氧化作用—氧吸附半导体电子—电阻增加. 气敏器件与被测器体接触—电阻减小 当气敏元件与被测气体(氢、醇类)接触时，会与 传感器表面吸附的氧发生反应，将束缚的电子释 放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。 与气体接触时—吸附的气体与氧发生反应—电子 释放—电导增加，电阻减小. 氢 - N --
现代测试技术讲义PPT.
种相平 衡过程
简历的结构在很大程度上反映了应聘者组织和沟通能力。结构合理的简历都比较简练，一般不超过两页。通常应聘煮 了强调自己近期
瑞利分馏——由各种瑞利过程引起的同 的工作，书写教育背景和工作经历时往往采取从现在到过去的时间排列方式。相关经历常被突出表述。其实，书写简历并没有一定规
格，只要通顺易懂即可。
研究这两种作用是稳定同位素地质研究的一个重要组成 部分。
一、同位素分馏
（一）同位素分馏——是指在一系统中，元素的 同位素以不同的比值分配到两种物质或物相中 的现象。
一种元素的各同位素由于其质量差异而 引起物理—化学性质差异，因此在物理—化学 和生物化学过程中，这种差异使共存于同一体 系中的某种物质富集较轻的同位素，而另一种 物质富集较重的同位素；
第二章 同位素地球化学的基本原理
§ 2.1 基本概念 § 2.2 同位素组成的变化机理 § 2-3 同位素组成及表示方法
§ 2.1 基本概念
1、 同位素——指原子核内质子数相同，中子数不同的 一类原子，由于这些原子的质子数相同，因而具有基 本相同的化学性质，在化学元素周期表中占有同一位 置。
2、 同位素分类 （1） 放射性同位素——原子核不稳定，能自发
例如，高温下H2S，SO2共存体系中（封闭）同 位素交换反应使SO2富集较重的34S，H2S富 集较轻的32S。
（二）两种物质间同位素分馏的程度以同 位素分馏系数α 表示，分馏系数又称分离系数。
同位素分馏系数——两种物质间同位素分 馏的程度又称为分馏系数。
αA-B = RA / RB RA , RB 分别表示两种物质 中的同位素比值。
（2）重元素的稳定同位素地球化学
锶 Sr、钕 Nd、铅Pb等质量较大， 87
《现代检测技术》课件
02
电学检测技术如电导率法、伏安 法等，可以检测出食品中的农药 残留、重金属含量等有害物质， 保障食品安全。
化学检测技术在环境监测中的应用
化学检测技术利用化学反应原理，可以对环境中的污染物 进行定性和定量分析。
化学检测技术如分光光度法、色谱法等，可以对大气、水 体、土壤等环境中的有害物质进行监测，为环境保护提供 科学依据。
质勘探等领域。
声学检测技术包括超声检测、声发 射检测和次声检测等。
声学检测技术的发展趋势是高精度 、高分辨率和高灵敏度，如超声相 控阵技术和激光超声技术的应用。
电学检测技术
01
电学检测技术是指利用电学原 理对被检测对象进行测量和检
验的技术。
02
电学检测技术具有测量精度高 、稳定性好和可靠性高等优点 ，广泛应用于电子元器件和集 成电路的缺陷检测等领域。
总结词
现代检测技术的应用涉及数据安全、设备安全和人身安全等问题。
详细描述
数据泄露、设备损坏和人身伤害等安全问题给现代检测技术的应用 带来了风险和挑战。
解决方案
建立完善的安全管理制度，加强数据加密、设备维护和人员安全培 训等工作，确保技术应用的安全可靠。
技术人才培养问题
总结词
现代检测技术需要高素质的技术人才进行研发和应用。
技术应用成本问题
总结词
现代检测技术的应用成本较高，给企 业带来经济压力。
详细描述
解决方案
政府和企业可以共同投资研发，降低 技术应用成本；同时，可以通过租赁 、共享设备等方式降低企业一次性投 入成本。
高昂的设备购置成本、维护成本和人 员培训成本使得一些企业在应用现代 检测技术时犹豫不决。
技术应用安全问题
详细描述
目前市场上高素质的技术人才供不应求，成为制约现代检 测技术发展的瓶颈。
电学检测技术如电导率法、伏安 法等，可以检测出食品中的农药 残留、重金属含量等有害物质， 保障食品安全。
化学检测技术在环境监测中的应用
化学检测技术利用化学反应原理，可以对环境中的污染物 进行定性和定量分析。
化学检测技术如分光光度法、色谱法等，可以对大气、水 体、土壤等环境中的有害物质进行监测，为环境保护提供 科学依据。
质勘探等领域。
声学检测技术包括超声检测、声发 射检测和次声检测等。
声学检测技术的发展趋势是高精度 、高分辨率和高灵敏度，如超声相 控阵技术和激光超声技术的应用。
电学检测技术
01
电学检测技术是指利用电学原 理对被检测对象进行测量和检
验的技术。
02
电学检测技术具有测量精度高 、稳定性好和可靠性高等优点 ，广泛应用于电子元器件和集 成电路的缺陷检测等领域。
总结词
现代检测技术的应用涉及数据安全、设备安全和人身安全等问题。
详细描述
数据泄露、设备损坏和人身伤害等安全问题给现代检测技术的应用 带来了风险和挑战。
解决方案
建立完善的安全管理制度，加强数据加密、设备维护和人员安全培 训等工作，确保技术应用的安全可靠。
技术人才培养问题
总结词
现代检测技术需要高素质的技术人才进行研发和应用。
技术应用成本问题
总结词
现代检测技术的应用成本较高，给企 业带来经济压力。
详细描述
解决方案
政府和企业可以共同投资研发，降低 技术应用成本；同时，可以通过租赁 、共享设备等方式降低企业一次性投 入成本。
高昂的设备购置成本、维护成本和人 员培训成本使得一些企业在应用现代 检测技术时犹豫不决。
技术应用安全问题
详细描述
目前市场上高素质的技术人才供不应求，成为制约现代检 测技术发展的瓶颈。
现代测试技术--概述 ppt课件
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17
图1-1测试系统示意图
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18
传感器的定义
能感受规定的被测量（物理量、化学量、生
物量等），并按照一定的规律转换成输出信号
（一般为电量）的器件或装置。
从狭义上讲，传感器也可定义为把被测的输入信
号变换为电信号的装置。其输入量可分为机械量 参数、热工参数、物理参数、成份和结构参数等。 输出的电量一般为电阻、电感、电容、电荷、电 压、电流、频率、脉冲等 。
信号调节与转换电路的种类要视传感元件 的类型而定，常用的电路有电桥、放大器、 振荡器、阻抗变换器，等等。
ppt课件
21
信号处理环节接受来自调理环节的信号，
并进行各种运算、滤波、分析，将结果输
至显示、记录或控制系统信号显示、记录
环节，以观察者易于认识的形式来显示测
量的结果，或者将测量结果存贮。
ppt课件
成系统时相互之间接口十分麻烦，而且各模块不
能单独应用，缺乏灵活性。
ppt课件
41
（2）通用接口型测试系统
通用接口型也是由模块（如台式仪器或插件 板）组合而成，不过所有模块的对外接口都是按 规定标准设计，组成系统时，如果模块是台式仪 器，用标准的无源电缆将各模块连接起来就组成 系统；如果模块为标准插板，只要将各插板插入 标准机箱即可。 GPIB系统、CAMAC系统和VXl 总线系统就 属此类系统，这类系统组建方便，但首次投资较 大。通用接口型测试系统一般具有良好的灵活性 和可扩展性。
能做专门的测试，无数据处理能力。 计算机控制型是可编程型，具有数据处理、存贮、 判断、自动校准等功能，有一定的通用性，适合 于完成复杂的综合测试和精密测试。
ppt课件
40
现代测试技术XPSppt文档
hv A A* e A 中性原子 hv－－入射光子能量 e 发射出的光电子 A* 处于激发态的离子
11.1 XPS的基本原理
X射线激发光电子的原理
电子能谱法：光致电离； A + h A+* + e
紫外(真空)光电子能谱
h
X射线光电子能谱
h
Auger电子能谱
h
单色X射线也可激发多种核内电子或不同能级上的电子， 产生由一系列峰组成的电子能谱图，每个峰对应于一个原子 能级（s、p、d、f）；
➢ 能谱最初是被用来进行化学分析，因此 它还有一个名称，即化学分析电子能谱 （ ESCA，全称为Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）
X射线物理
X射线起源于轫致辐射，可被认为是光电效应的逆过程，既：
电子损失动能 产生光子(X射线)
快电子 EK1
原子核
费米（Fermi）能级：0K固体能带中充满电子的最高能级； 逸出功Ws：固体样品中电子由费米能级跃迁到自由电
子能级所需要的能量。 电子弛豫 :内层电子被电离后,造成原来体系的平衡势
场的破坏，使形成的离子处于激发态，其 余轨道电子结构将重新调整。这种电子结 构的重新调整，称为电子弛豫。
11.1 .3 XPS应用涉及的基本概念ຫໍສະໝຸດ 11.1 XPS的基本原理
➢ XPS是由瑞典Uppsala大学的K. Siegbahn及其同事历经近20年 的潜心研究于60年代中期研制开发出的一种新型表面分析仪器和 方法。鉴于K. Siegbahn教授对发展XPS领域做出的重大贡献， 他被授予1981年诺贝尔物理学奖。
➢ XPS现象基于爱因斯坦于1905年揭示的光电效应，爱因斯坦由于 这方面的工作被授予1921年诺贝尔物理学奖；
11.1 XPS的基本原理
X射线激发光电子的原理
电子能谱法：光致电离； A + h A+* + e
紫外(真空)光电子能谱
h
X射线光电子能谱
h
Auger电子能谱
h
单色X射线也可激发多种核内电子或不同能级上的电子， 产生由一系列峰组成的电子能谱图，每个峰对应于一个原子 能级（s、p、d、f）；
➢ 能谱最初是被用来进行化学分析，因此 它还有一个名称，即化学分析电子能谱 （ ESCA，全称为Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）
X射线物理
X射线起源于轫致辐射，可被认为是光电效应的逆过程，既：
电子损失动能 产生光子(X射线)
快电子 EK1
原子核
费米（Fermi）能级：0K固体能带中充满电子的最高能级； 逸出功Ws：固体样品中电子由费米能级跃迁到自由电
子能级所需要的能量。 电子弛豫 :内层电子被电离后,造成原来体系的平衡势
场的破坏，使形成的离子处于激发态，其 余轨道电子结构将重新调整。这种电子结 构的重新调整，称为电子弛豫。
11.1 .3 XPS应用涉及的基本概念ຫໍສະໝຸດ 11.1 XPS的基本原理
➢ XPS是由瑞典Uppsala大学的K. Siegbahn及其同事历经近20年 的潜心研究于60年代中期研制开发出的一种新型表面分析仪器和 方法。鉴于K. Siegbahn教授对发展XPS领域做出的重大贡献， 他被授予1981年诺贝尔物理学奖。
➢ XPS现象基于爱因斯坦于1905年揭示的光电效应，爱因斯坦由于 这方面的工作被授予1921年诺贝尔物理学奖；
现代测试的技术ppt课件
6
分析化学的发展及仪器分析的产生
第一次变革
从16世纪天平的发明到20世纪初物理化 学溶液理论（特别是四大反应的平衡理论） 的发展，分析化学引入了物理化学的理论， 也形成了自身的理论。因此，这次变革的 标志是，分析化学从单纯的操作技术变成 为一门学科。
7
分析化学的发展及仪器分析的产生
第二次变革 20世纪中期，由于科学技术的进步，特
放射分析法——利用物质的放射性。它包 括同位素稀释法、活化分析法等。
15
定量分析的评价指标
定量分析是仪器分析的主要任务之一。对于一 种方法的好坏评价可利用其精密度、准确度、 灵敏度、检出限及校准曲线的线性范围等指标 进行评价。
16
定量分析的评价指标——精密度
精密度是指使用同一种方法，对同一样品进行 多次测定所得结果的一致程度，包括重复性和 再现性等。
20
定 量是被分测析物的质评的价浓指度标与—仪—器校响准应曲信线号的关系曲
线，用标准物质或溶液绘制。
线性范围——校准曲线的直线部分所对应 的被测物质的浓度。一般，好的分析方法应 有较宽的线性范围。
。
21
参考资料
1. 《仪器分析》，赵藻潘等编，高等教育出版社，1990年； 2. 《仪器分析教程》，北京大学化学系仪器分析教程组编，
北京大学出版社，1997年； 3. 《仪器分析原理》，方惠群等编，南京大学出版社，1994
年； 4. 《仪器分析》，邓勃等编，清华大学出版社，1991年； 5. 《仪器分析》，赵文宽等编，高等教育出版社，2001年； 6. 《 Principles of Instrumental Analysis 》, D. A. Skoog and J.
14
仪器分析方法——其它
分析化学的发展及仪器分析的产生
第一次变革
从16世纪天平的发明到20世纪初物理化 学溶液理论（特别是四大反应的平衡理论） 的发展，分析化学引入了物理化学的理论， 也形成了自身的理论。因此，这次变革的 标志是，分析化学从单纯的操作技术变成 为一门学科。
7
分析化学的发展及仪器分析的产生
第二次变革 20世纪中期，由于科学技术的进步，特
放射分析法——利用物质的放射性。它包 括同位素稀释法、活化分析法等。
15
定量分析的评价指标
定量分析是仪器分析的主要任务之一。对于一 种方法的好坏评价可利用其精密度、准确度、 灵敏度、检出限及校准曲线的线性范围等指标 进行评价。
16
定量分析的评价指标——精密度
精密度是指使用同一种方法，对同一样品进行 多次测定所得结果的一致程度，包括重复性和 再现性等。
20
定 量是被分测析物的质评的价浓指度标与—仪—器校响准应曲信线号的关系曲
线，用标准物质或溶液绘制。
线性范围——校准曲线的直线部分所对应 的被测物质的浓度。一般，好的分析方法应 有较宽的线性范围。
。
21
参考资料
1. 《仪器分析》，赵藻潘等编，高等教育出版社，1990年； 2. 《仪器分析教程》，北京大学化学系仪器分析教程组编，
北京大学出版社，1997年； 3. 《仪器分析原理》，方惠群等编，南京大学出版社，1994
年； 4. 《仪器分析》，邓勃等编，清华大学出版社，1991年； 5. 《仪器分析》，赵文宽等编，高等教育出版社，2001年； 6. 《 Principles of Instrumental Analysis 》, D. A. Skoog and J.
14
仪器分析方法——其它
现代测试技术PPT
二、现代测试系统的基本结构与类型
现代测试系统与仪器仪表的核心是计算机。
1.基本型 • 传感器—将被测量转换成可用输出信号 • 信号调理—放大、预滤波、隔离、变换等 • 数据采集卡（板）—量程转换、分时采样、 A/D转换、V/F转换、D/A输出 • 计算机—控制信号的采集与存储、数据分析与处理、 输出显示、记录。 （1）智能仪器—以Microprocessor为核心 （2）虚拟/集成仪器—以PC机为核心
被测量1 被测量2
. . .
传感器1 传感器2
. . .
信号调理 信号调理
. . .
被测量n
传感器n
信号调理
数 据 采 集 卡 （ 板 ）
输出 计算机 绘图 显示
打印
计算机控制现代测试系统的基本结构形式框图
二、现代测试系统的基本结构与类型 闭环控制型 计算机控制的现代自动控制系统大体上有三个环节： •实时信号的获取、调理、转换与采集 —由传感器、调理电路、A/D与D/A转换器、 微处理器、数字接口电路组成。 • 实时判断决策与控制 —由计算机或微处理器（μP）完成。 • 实时执行控制 —由执行器接收控制指令并执行。
现代测试技术
现代测试技术的发展以新型高性能传感器和数据 采集技术为主要方向。 信息技术的三大核心技术：
• 信息采集技术（传感技术、测试技术） • 信息传递技术（通信技术） • 信息处理技术（计算机技术）
仪器仪表是可以通用化、规格化，并且 可商业化的测试系统。
一、仪器仪表在当代社会中的重要作用
测试系统与仪器仪表是科研与生产测试 的工具，是测试技术的表征。 1.仪器仪表的界定 现代仪器仪表包含以下6个领域： • 自动化仪表与控制系统 • 科学仪器 • 医疗仪器 • 信息技术电测仪器 • 各种专用仪器 • 传感器及仪器仪表元器件和材料
现代检测技术PPT精品课件
现代检测技术
• 非电量测量技术：将除电量以外的物理量（化学 量）如；温度、压力、振动、化学成分、位移等
用各种手段变换为电量，从而进行准确测量的技 术。
• 现代检测技术近50年发展起来，具有很多技术上 的优点（1）它的反应速度快（2）可以测量微弱
信号，并将转换的电信号进行长距离传输，便于 远距离操作与控制。（3）测量精度高，能自动 连续地进行测量（4）可输出的电信号易与计算 机连接、记录和处理数据。
• 热电偶分度表：使热电偶冷端温度保持不变，将另一端与 被测物体接触，可以通过测量热电势来确定温度数值，把 热电偶的热电势与工作端温度之间的关系制成表格。
2021/3/1
7
常用热电偶种类
• 贵13金00属℃（，1短）期铂可铑测10-温--铂16热0电0℃偶（S）长期测温可测 （2）铂铑13—铂（R）（3）铂铑30—铂铑6 廉金属：1、铜—康铜（T）2、铁—康铜（J）3、镍铬—
• 压磁元件受力作用后，磁弹性体的磁阻（或磁导率）发生与 作用力成正比的变化，测出磁阻变化即间接测定了力值。
• 压磁元件及工作原理：
2021/3/1
15
• 由若干形状相同的硅钢片叠合而成,孔1、2间的绕 组W12为励磁绕组，用于接入励磁电源；孔3、4 间的绕组W34用于产生感应电势。当压磁元件无外 力作用时，由于铁心磁性的各相同性，四个区域的 磁导率相同，磁力线呈轴对称分布，绕1、2孔闭 合，不与绕组W34交链， W34不会产生感应电动 势，输出为零。当压磁元件受外力F作用时，A、 B区域受到较大应压力，磁导率下降，磁阻增大； C、D区域基本处于自由状态，磁导率基本不变， 此时部分磁力线不再通过A、B区域，而是绕过C、 D区域闭合，并与绕组W34交链，从而在二次侧绕 组中感应出电动势E。作用力F越大。转移磁通越 多，E也越大，F和电流I或电压U呈线性关系
• 非电量测量技术：将除电量以外的物理量（化学 量）如；温度、压力、振动、化学成分、位移等
用各种手段变换为电量，从而进行准确测量的技 术。
• 现代检测技术近50年发展起来，具有很多技术上 的优点（1）它的反应速度快（2）可以测量微弱
信号，并将转换的电信号进行长距离传输，便于 远距离操作与控制。（3）测量精度高，能自动 连续地进行测量（4）可输出的电信号易与计算 机连接、记录和处理数据。
• 热电偶分度表：使热电偶冷端温度保持不变，将另一端与 被测物体接触，可以通过测量热电势来确定温度数值，把 热电偶的热电势与工作端温度之间的关系制成表格。
2021/3/1
7
常用热电偶种类
• 贵13金00属℃（，1短）期铂可铑测10-温--铂16热0电0℃偶（S）长期测温可测 （2）铂铑13—铂（R）（3）铂铑30—铂铑6 廉金属：1、铜—康铜（T）2、铁—康铜（J）3、镍铬—
• 压磁元件受力作用后，磁弹性体的磁阻（或磁导率）发生与 作用力成正比的变化，测出磁阻变化即间接测定了力值。
• 压磁元件及工作原理：
2021/3/1
15
• 由若干形状相同的硅钢片叠合而成,孔1、2间的绕 组W12为励磁绕组，用于接入励磁电源；孔3、4 间的绕组W34用于产生感应电势。当压磁元件无外 力作用时，由于铁心磁性的各相同性，四个区域的 磁导率相同，磁力线呈轴对称分布，绕1、2孔闭 合，不与绕组W34交链， W34不会产生感应电动 势，输出为零。当压磁元件受外力F作用时，A、 B区域受到较大应压力，磁导率下降，磁阻增大； C、D区域基本处于自由状态，磁导率基本不变， 此时部分磁力线不再通过A、B区域，而是绕过C、 D区域闭合，并与绕组W34交链，从而在二次侧绕 组中感应出电动势E。作用力F越大。转移磁通越 多，E也越大，F和电流I或电压U呈线性关系
《现代测试技术》课件
信号发生器能够产生各种波形信号，如正 弦波、方波、三角波等，并且可以调节信 号的幅度、频率和相位等参数。
详细描述
信号发生器通常采用晶体振荡器或合成技 术，能够产生高精度和高稳定性的信号， 并且具有低噪声和低失真的特点。
05
现代测试技术的应用实例
在通信领域的应用实例
信号完整性测试
无线通信测试
利用先进的测试设备和技术，对通信 设备的信号质量和传输性能进行全面 检测，确保信号在传输过程中保持完 整。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、电子对抗、频谱管理等领 域。
频谱分析仪通常采用快速傅里叶变换技术，能够实现快速和准 确的频谱分析，并且具有高灵敏度和宽动态范围的特点。
网络分析仪
总结词
网络分析仪是一种用于测量电子设备网络特性的仪器。
详细描述
网络分析仪能够测量电子设备的阻抗、导纳、增益、相位 等参数，并且可以分析网络的频率响应和传输特性。
信号的预处理
对采集到的信号进行滤波、放大 、去噪等处理，以提高信号质量 。
数字信号处理
离散傅里叶变换（DFT）
将时域信号转换为频域信号，便于分析信号的频率成分。
数字滤波器
通过设定滤波器参数，对信号进行滤波处理，以提取特定频率范围的信号或抑制噪声。
频谱分析
频谱分析方法
包括傅里叶分析、小波分析等，用于 研究信号的频率特性。
精度和准确性
测试系统应具备高精度和准确性，以减小测 量误差。
实时性
测试系统应具备快速响应能力，能够实时采 集和处理数据。
可扩展性
测试系统应具备良好的可扩展性，方便后续 升级和功能扩展。
测试系统的优化设计
模块化设计
将测试系统划分为多个模块，每个模 块具有独立的功能和接口，便于维护 和升级。
详细描述
信号发生器通常采用晶体振荡器或合成技 术，能够产生高精度和高稳定性的信号， 并且具有低噪声和低失真的特点。
05
现代测试技术的应用实例
在通信领域的应用实例
信号完整性测试
无线通信测试
利用先进的测试设备和技术，对通信 设备的信号质量和传输性能进行全面 检测，确保信号在传输过程中保持完 整。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、电子对抗、频谱管理等领 域。
频谱分析仪通常采用快速傅里叶变换技术，能够实现快速和准 确的频谱分析，并且具有高灵敏度和宽动态范围的特点。
网络分析仪
总结词
网络分析仪是一种用于测量电子设备网络特性的仪器。
详细描述
网络分析仪能够测量电子设备的阻抗、导纳、增益、相位 等参数，并且可以分析网络的频率响应和传输特性。
信号的预处理
对采集到的信号进行滤波、放大 、去噪等处理，以提高信号质量 。
数字信号处理
离散傅里叶变换（DFT）
将时域信号转换为频域信号，便于分析信号的频率成分。
数字滤波器
通过设定滤波器参数，对信号进行滤波处理，以提取特定频率范围的信号或抑制噪声。
频谱分析
频谱分析方法
包括傅里叶分析、小波分析等，用于 研究信号的频率特性。
精度和准确性
测试系统应具备高精度和准确性，以减小测 量误差。
实时性
测试系统应具备快速响应能力，能够实时采 集和处理数据。
可扩展性
测试系统应具备良好的可扩展性，方便后续 升级和功能扩展。
测试系统的优化设计
模块化设计
将测试系统划分为多个模块，每个模 块具有独立的功能和接口，便于维护 和升级。
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(2) 相位补偿消除高频自激
由于运算放大器是一个高增益的多级放大器组件， 应用时一般接成闭环负反馈电路。当工作频率升高时， 放大器会产生附加相移，可能使负反馈变成正反馈而 引起自激。进行相位补偿可以消除高频自激。相位补 偿的原理是，在具有高放大倍数的中间级，利用一小 电容C（几十～几百微微法）构成电压并联负反馈电路。 有些运放已经在内部进行了补偿，如μA741。有些运 放引出了补偿端，只需要按照器件手册的规定，外接 补偿电路即可，如国产5G24运算放大器。
uO
R4 R3
uO1
(1
R4 R3
)uI 2
R4 R3
(1
R2 R1
)uI 1
(1
R4 R3
)uI 2
28
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 串联差分式输入仪用放大器
R1 R2 R4 R3
uO
(1
R4 R3
)( uI 1
uI 2 )
(1
R4 R3
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大电路 什么是隔离放大电路？
隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间 没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有 公共的接地端。
应用于何种场合？ 隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某
些测控系统（如生物医学人体测量、自动化试验 设备、工业过程控制系统等）中，能在噪声环境 下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器 1. 采用集成的线性光电耦合放大器 2. 采用集成前置放大器和线性光电耦 合放大器在一起的大规模集成电路
3. 采用数字信号隔离技术
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
组成及符号
R2
隔离器R1－源自ud输入 放大器uo
uc
＋
R1
R2
输出 Riso 放大器
－ ＋
uiso
Ciso
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
原理框图
浮置电源
浮置电源
－
输入 ＋
输入 放大器
V
LED 光耦合器
输 出 输出 放大器
－
输入
输入调制 放大器
输出解调 输出 放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.5 仪器（仪用）放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 串联差分式输入仪用放大器
输入信号加于两个运放的同 相输入端，差分输入电阻近 似为两个运放的共模输入电 阻之和，提高了输入电阻。
uI uI1 uI 2
利用迭加原理， uI1、uI 2分别作用于输入端
2.1.2传感器接口电路形式 传感器按集成程度分为传统传感器和智能传感器。 按有无能量输出分为无源传感器和有源传感器（智能传
感器一般都是有源传感器）。 按输出信号性质分为模拟传感器和数字传感器。 传感器主要变化参数有：电阻、电感与电容。 传感器输出信号主要形式有：电压、电流（或电荷）与
频率；交流与直流。 传感器输出结构形式有：直接、电桥、差分等；
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
现代测试技术
Modern testing and measurement technology
苏州科技学院 电子与信息工程学院
电子科学技术系 潘敬熙
Jingxi-pan@ 53832713@
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
Af
R2 R1
反馈电阻R2值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移， 一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源 Ui的内阻。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
交流反相放大电路 Af= –R2 / R1 R3= R2 C1：隔直电容 C3：旁路电容，防止振荡
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
RW
R1 RW R2
VO1
VO2
R1
RW RW
R2
(Vi1
Vi2 )
可得放大器前级的差模增益AVD1和共模增益AVC1
AVDI
R1
RW RW
R2
AVCI 0
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.5 仪器（仪用）放大器
仪器放大器前级的差模 增益AVD和共模增益AVC
AVD
R1 RW RW
R2
R4 R3
AVC
R6 R5 R6
R3 R4 R3
R4 R3
因此，三运放电路的共模抑制比在电阻匹配精度相同的
情况下，要比基本差动放大器高 倍。由此可见，由
三运放组成的差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻
抗和可变增益等一系列优点，它是目前测控系统和仪器
仪表中最典型的前置放大器。
别为
，则可得
AVC
R1 (1 1 ) R2 (1 2 ) R1 (1 1 )
R4 (1 4 ) R3 (1 3 ) R4 (1 4 )
R2 (1 2 ) R1 (1 1 )
在最坏的情况下，即所有的电阻都取最大的误差值， 并且取最不利的方向，可得最大的共模电压增益(忽略 高阶小量)
1. 输入阻抗低 2. 共模抑制比低 3. 工艺性差
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.5 仪用放大器
什么是仪用放大器？ 是一类高输入阻抗，高共模抑制比的差分放
大器。具有精度高，稳定性好等特点，经常用于 精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器， 也称为仪器放大器。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
四、 应用集成运放应注意的事项 (1) 调零消除失调误差
“调零”技术是使用运放时必须掌握的。调 零的原理是，在运放的输入端外加一个补偿电压， 以抵消运放本身的失调电压，达到调零的目的。 有些运放已经引出调零端，只需要按照器件的规 定，接入调零电路进行调零即可。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
)uI
双端输入，输入电阻为无穷大。
29
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应 变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路 输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步 放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放 大电路，输出放大了的电压信号。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
三、集成运算放大器的最主要参数： 开环增益A 闭环增益Af 差模开环直流电压增益（差模增益）AVD 共模开环直流电压增益（共模增益）AVC 输入失调电压VI0 输入失调电流II0 共模抑制比KCMR = 差模增益AVD/共模增益AVC
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
第2章 测试信号转换处理电路
本章学习要求： 理解信号放大、信号滤波、信号运算、信号
调制解调以及电桥等各种测试信号转换处理电路 的基本原理，掌握其参数设计方法。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.1 概述 2.1.1对测试信号进行转换处理的目的： 1.传感器输出的信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、
b) 光电耦合
＋
耦合变压器
a) 变压器耦合
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 常见的几种光电耦合器的内部电路
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器
几种光电耦合放大器的传输特性
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器
光电耦合放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
(3) 过载保护 使用运放时要注意，不能超过其性能参数的
极限值，如最大输入电压范围等。特别是在有强 干扰源的场合更要注意。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.2 同相放大器 闭环增益：
Af
1
R2 R1
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器
线性光电耦合放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器
性能优良的线性光电耦合放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.8 电桥放大电路 何谓电桥放大电路？
由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路 或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥 放大电路。 应用于何种场合？
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2 信号放大 2.2.1 概述 一、什么是测量放大电路？
在测量控制系统中，用来放大传感器输出的 微弱电压、电流或电荷信号的放大电路称为测量 放大电路，亦称仪用放大电路。
工程测试中所遇到的信号，多为100kHz以下 的低频信号，在大多数的情况下，都可以用放大 器集成芯片来设计放大电路。
2.2.4 基本差动（差分）放大器
什么是差动放大器？ 差动放大器是把二个输入信号分别输入到
运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在 输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制 二个信号的共模成分。
由于运算放大器是一个高增益的多级放大器组件， 应用时一般接成闭环负反馈电路。当工作频率升高时， 放大器会产生附加相移，可能使负反馈变成正反馈而 引起自激。进行相位补偿可以消除高频自激。相位补 偿的原理是，在具有高放大倍数的中间级，利用一小 电容C（几十～几百微微法）构成电压并联负反馈电路。 有些运放已经在内部进行了补偿，如μA741。有些运 放引出了补偿端，只需要按照器件手册的规定，外接 补偿电路即可，如国产5G24运算放大器。
uO
R4 R3
uO1
(1
R4 R3
)uI 2
R4 R3
(1
R2 R1
)uI 1
(1
R4 R3
)uI 2
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现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 串联差分式输入仪用放大器
R1 R2 R4 R3
uO
(1
R4 R3
)( uI 1
uI 2 )
(1
R4 R3
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2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大电路 什么是隔离放大电路？
隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间 没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有 公共的接地端。
应用于何种场合？ 隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某
些测控系统（如生物医学人体测量、自动化试验 设备、工业过程控制系统等）中，能在噪声环境 下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器 1. 采用集成的线性光电耦合放大器 2. 采用集成前置放大器和线性光电耦 合放大器在一起的大规模集成电路
3. 采用数字信号隔离技术
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
组成及符号
R2
隔离器R1－源自ud输入 放大器uo
uc
＋
R1
R2
输出 Riso 放大器
－ ＋
uiso
Ciso
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
原理框图
浮置电源
浮置电源
－
输入 ＋
输入 放大器
V
LED 光耦合器
输 出 输出 放大器
－
输入
输入调制 放大器
输出解调 输出 放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.5 仪器（仪用）放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 串联差分式输入仪用放大器
输入信号加于两个运放的同 相输入端，差分输入电阻近 似为两个运放的共模输入电 阻之和，提高了输入电阻。
uI uI1 uI 2
利用迭加原理， uI1、uI 2分别作用于输入端
2.1.2传感器接口电路形式 传感器按集成程度分为传统传感器和智能传感器。 按有无能量输出分为无源传感器和有源传感器（智能传
感器一般都是有源传感器）。 按输出信号性质分为模拟传感器和数字传感器。 传感器主要变化参数有：电阻、电感与电容。 传感器输出信号主要形式有：电压、电流（或电荷）与
频率；交流与直流。 传感器输出结构形式有：直接、电桥、差分等；
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
现代测试技术
Modern testing and measurement technology
苏州科技学院 电子与信息工程学院
电子科学技术系 潘敬熙
Jingxi-pan@ 53832713@
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
Af
R2 R1
反馈电阻R2值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移， 一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源 Ui的内阻。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
交流反相放大电路 Af= –R2 / R1 R3= R2 C1：隔直电容 C3：旁路电容，防止振荡
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
RW
R1 RW R2
VO1
VO2
R1
RW RW
R2
(Vi1
Vi2 )
可得放大器前级的差模增益AVD1和共模增益AVC1
AVDI
R1
RW RW
R2
AVCI 0
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.5 仪器（仪用）放大器
仪器放大器前级的差模 增益AVD和共模增益AVC
AVD
R1 RW RW
R2
R4 R3
AVC
R6 R5 R6
R3 R4 R3
R4 R3
因此，三运放电路的共模抑制比在电阻匹配精度相同的
情况下，要比基本差动放大器高 倍。由此可见，由
三运放组成的差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻
抗和可变增益等一系列优点，它是目前测控系统和仪器
仪表中最典型的前置放大器。
别为
，则可得
AVC
R1 (1 1 ) R2 (1 2 ) R1 (1 1 )
R4 (1 4 ) R3 (1 3 ) R4 (1 4 )
R2 (1 2 ) R1 (1 1 )
在最坏的情况下，即所有的电阻都取最大的误差值， 并且取最不利的方向，可得最大的共模电压增益(忽略 高阶小量)
1. 输入阻抗低 2. 共模抑制比低 3. 工艺性差
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.5 仪用放大器
什么是仪用放大器？ 是一类高输入阻抗，高共模抑制比的差分放
大器。具有精度高，稳定性好等特点，经常用于 精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器， 也称为仪器放大器。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
四、 应用集成运放应注意的事项 (1) 调零消除失调误差
“调零”技术是使用运放时必须掌握的。调 零的原理是，在运放的输入端外加一个补偿电压， 以抵消运放本身的失调电压，达到调零的目的。 有些运放已经引出调零端，只需要按照器件的规 定，接入调零电路进行调零即可。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
)uI
双端输入，输入电阻为无穷大。
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现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应 变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路 输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步 放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放 大电路，输出放大了的电压信号。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
三、集成运算放大器的最主要参数： 开环增益A 闭环增益Af 差模开环直流电压增益（差模增益）AVD 共模开环直流电压增益（共模增益）AVC 输入失调电压VI0 输入失调电流II0 共模抑制比KCMR = 差模增益AVD/共模增益AVC
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
第2章 测试信号转换处理电路
本章学习要求： 理解信号放大、信号滤波、信号运算、信号
调制解调以及电桥等各种测试信号转换处理电路 的基本原理，掌握其参数设计方法。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.1 概述 2.1.1对测试信号进行转换处理的目的： 1.传感器输出的信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、
b) 光电耦合
＋
耦合变压器
a) 变压器耦合
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 常见的几种光电耦合器的内部电路
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器
几种光电耦合放大器的传输特性
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器
光电耦合放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
(3) 过载保护 使用运放时要注意，不能超过其性能参数的
极限值，如最大输入电压范围等。特别是在有强 干扰源的场合更要注意。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.2 同相放大器 闭环增益：
Af
1
R2 R1
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器
线性光电耦合放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器
性能优良的线性光电耦合放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.8 电桥放大电路 何谓电桥放大电路？
由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路 或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥 放大电路。 应用于何种场合？
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2 信号放大 2.2.1 概述 一、什么是测量放大电路？
在测量控制系统中，用来放大传感器输出的 微弱电压、电流或电荷信号的放大电路称为测量 放大电路，亦称仪用放大电路。
工程测试中所遇到的信号，多为100kHz以下 的低频信号，在大多数的情况下，都可以用放大 器集成芯片来设计放大电路。
2.2.4 基本差动（差分）放大器
什么是差动放大器？ 差动放大器是把二个输入信号分别输入到
运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在 输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制 二个信号的共模成分。