现代电子测量(一)..共40页
现代电子测量技术教案
现代电子测量技术教案第一章：电子测量概述1.1 电子测量的概念与意义1.2 电子测量技术的分类与发展1.3 电子测量仪器的基本组成与性能指标1.4 电子测量误差及其处理方法第二章：信号发生器与信号分析仪2.1 信号发生器的原理与分类2.2 信号发生器的使用与调试2.3 信号分析仪的原理与结构2.4 信号分析仪的应用与操作第三章：频率与时间测量3.1 频率测量原理与方法3.2 频率测量仪器的结构与使用3.3 时间测量原理与方法3.4 时间测量仪器的结构与使用第四章：电压与电流测量4.1 电压测量原理与方法4.2 电压测量仪器的结构与使用4.3 电流测量原理与方法4.4 电流测量仪器的结构与使用第五章：阻抗与频率响应测量5.1 阻抗测量原理与方法5.2 阻抗测量仪器的结构与使用5.3 频率响应测量原理与方法5.4 频率响应测量仪器的结构与使用第六章：功率测量与能量计6.1 功率测量的概念与意义6.2 功率测量仪器的原理与分类6.3 功率测量方法与操作步骤6.4 能量计的原理与应用第七章：谐波测量与滤波器7.1 谐波测量的重要性7.2 谐波测量的原理与方法7.3 滤波器的设计与选择7.4 滤波器在谐波测量中的应用第八章：噪声测量与频谱分析8.1 噪声测量的意义与方法8.2 频谱分析原理与技术8.3 噪声测量仪器与操作8.4 噪声测量结果的分析与处理第九章：现代电子测量技术在工程应用案例分析9.1 现代电子测量技术在通信领域的应用9.2 现代电子测量技术在电子制造行业的应用9.3 现代电子测量技术在电力系统的应用9.4 现代电子测量技术在汽车电子领域的应用第十章：实验与练习10.1 实验一：信号发生器与信号分析仪的使用10.2 实验二：频率与时间测量实验10.3 实验三：电压与电流测量实验10.4 实验四：阻抗与频率响应测量实验10.5 实验五：功率测量与能量计实验10.6 实验六：谐波测量与滤波器实验10.7 实验七：噪声测量与频谱分析实验10.8 实验八：现代电子测量技术在工程应用案例分析重点和难点解析重点环节1：电子测量的概念与意义补充和说明：本环节需要重点关注电子测量的基本原理和其在工程实践中的应用价值。
现代电子测量技术教案
现代电子测量技术教案第一章：现代电子测量技术概述1.1 教学目标让学生了解现代电子测量技术的基本概念。
让学生掌握现代电子测量技术的主要应用领域。
让学生了解现代电子测量技术的发展趋势。
1.2 教学内容现代电子测量技术的定义。
现代电子测量技术的主要应用领域。
现代电子测量技术的发展趋势。
1.3 教学方法采用讲授法，讲解现代电子测量技术的定义、应用和发展趋势。
采用案例分析法，分析现代电子测量技术在实际应用中的具体案例。
1.4 教学评估采用课堂问答方式，评估学生对现代电子测量技术定义的掌握情况。
采用小组讨论方式，评估学生对现代电子测量技术应用领域的理解情况。
第二章：电子测量仪器的基本原理2.1 教学目标让学生了解电子测量仪器的基本原理。
让学生掌握电子测量仪器的主要组成部分。
让学生了解电子测量仪器的工作原理。
2.2 教学内容电子测量仪器的基本原理。
电子测量仪器的主要组成部分。
电子测量仪器的工作原理。
2.3 教学方法采用讲授法，讲解电子测量仪器的基本原理、主要组成部分和工作原理。
采用实验法，让学生通过实际操作电子测量仪器，加深对电子测量仪器工作原理的理解。
2.4 教学评估采用课堂问答方式，评估学生对电子测量仪器基本原理的掌握情况。
采用实验报告方式，评估学生对电子测量仪器工作原理的理解情况。
第三章：电子测量仪器的使用与维护3.1 教学目标让学生掌握电子测量仪器的使用方法。
让学生了解电子测量仪器的维护方法。
3.2 教学内容电子测量仪器的使用方法。
电子测量仪器的维护方法。
3.3 教学方法采用实验法，让学生通过实际操作电子测量仪器，掌握电子测量仪器的使用方法。
采用讲授法，讲解电子测量仪器的维护方法。
3.4 教学评估采用实验报告方式，评估学生对电子测量仪器使用方法的掌握情况。
采用课堂问答方式，评估学生对电子测量仪器维护方法的掌握情况。
第四章：电子测量技术在工程实践中的应用4.1 教学目标让学生了解电子测量技术在工程实践中的应用。
《现代电子测量技术》幻灯片PPT
RS-232C串行接口总线的通信距离不大于15m；传送速 率最大为20Kb/s；负逻辑关系〔电平“1〞：－15V～－5V； 电平“0〞：+5V～+15V〕。
由于TTL电平的“1〞和“0〞分别为3.4V和0.4V，因此 采用RS-232C总线进展串行通信时需外接电平转换电路。在 发送端用驱动器将TTL电平转换成RS-232C电平，在接收端 用接收器将RS-232C电平再转换成TTL电平。
⑤ STD总线产品在国际上有近千种，各种工业控制 所需的功能模板几乎应有尽有，这为用户应用STD总线产 品设计工业控制系统提供了极大的方便。
⑥ STD的开发软件STD-DOS是由STD总线的硬件和MSDOS固化操作系统组成的开发系统。该系统可以与IBMPC/XT/AT及其兼容机的各种机型组成STD总线产品应用软 件的开发环境。用户可以在PC上利用其丰富的软、硬件 资源，开发目标系统的应用软件。
① 16条数据线。即DI0～DI7和DO0～DO7。 ② 24条地址线。即A0～A23。 ③ 8条状态线。这8条状态线都是用小写字母s开头的， 用于说明总线周期的类型。 ④ 5条控制输出线。这5条控制输出线都是用小写字母 p开头的，用于总线周期的定时和数据选通。这5条控制输 出线是：pSYNC、pSTVAL、pDBIN、pWR和pHLDA。
第9章 现代电子测量技术
〔2〕STD总线标准
清华大学出版社
STD总线定义了八位微处理器的总线标准，可 以容纳各种通用八位微处理器。
STD总线标准对模板的尺寸、总线连接器和引 脚分配、信号定义和电气标准等都做了规定，还规 定了读/写时序和持续时间等参数。
STD总线共56根引线，按功能可分为5组：
① 逻辑电源线，6根，引脚1～6；
现代电子测量(一)
可编 程接 口适 配器
响应信号 响应信号
被 测 系 统
六. 在通信系统中的测量仪器简述
波形：示波器
调制度：调制度测试仪，幅频特性：网络分析仪 频谱分析仪 驻波系数，阻抗特性：网络分析仪
调制器
PA
杂散：频谱仪 相位噪声：频 谱仪，相位噪 声测试系统
1dB压缩点：网络分析仪
专用仪器
为某一个和几个专门目的而设计的仪器，如电 视彩色信号发生器、网络协议分析仪、光纤测试仪 器等；
通用仪器
为某一个或几个电参数测量而设计的测量仪器， 如示波器、逻辑分析仪、网络分析仪等；
二. 电子测量仪器的分类
按工作频段分：
超低频、音频、视频、高频和微波仪器 按电路原理分： 模拟式和数字式 按使用条件分： I、II、III组仪器
第三阶段：智能仪器 内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定 的数据处理能力。 但它的功能块全部都是以硬件或固化的软件形 式存在，因此无论开发还是应用，都缺乏灵活性。 目前大部数字化仪器都属于智能仪器。
四. 测试技术与仪器的发展
第四阶段：虚拟仪器（VI,Virtual Instruments） 虚拟仪器的概念（ VI,Virtual Instruments ）是美国 国家仪器（ NI,National Instruments ）公司与 1986 年提 出的。 虚拟仪器就是指在计算机上添加一层软件和一些硬 件模块，使用户操作这台通用计算机就像操作一台真实 的仪器一样，它强调软件的作用，提出了“软件就是仪 器”的概念。
五. 自动化测试系统
第一代自动化测试系统 第一代自动化测试系统多为专用系统，通常 是针对某项具体的任务而设计的。 其结构特点是采用比较简单的定时器或扫描 器作为控制器，其接口也是专用的。 第一代自动化测试系统的通用性很差。
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y( t ) 输出
测试系统框图
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2.2 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，
2.1.1 电子测量的意义
20世纪30年代，便开始了测量科学与电子科学的结合， 产生了电子测量技术
处理信息最有效、最成功的是电子科学技术
①具有极快的速度 ②具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。 ③极有利于信息传递 ④极为灵活的变换技术。 ⑤巨大的信息处理能力
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2.2.2 信号的分类
1.确定性信号和非确定性信号
电子测量中被测信号大多是时间的函数x(t)，按其
性质不同可分类如下：
①确定性信号：在相同试验条件下，能够重复实现的 信号。确定性信号又分为：恒定（直流）信号；周期 信号（简谐周期信号和复杂周期信号）；非周期信号 （准周期信号和瞬变冲激信号）；
现代电子测量技术
赵志斌 电力系电信教研室
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第2章 测量方法与测量系统
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
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2.1 电子测量的基本概念
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2、经典显示技术 ① 光点扫描式显示 ② 光栅增辉式显示 ③ 光标和字符的显示
3、插值显示技术
① 线性插值
线性插值是在两个采样点之间插入数据点，且 采样点和各插值点处于同一条直线上。对于正 弦波形而言，采用线性插值后，每周期仅需要 约10次采样就能使波形清晰。
② 正弦插值
正弦内插显示是对数据Байду номын сангаас行sinx/x函数运算后 用曲线将各数据点连接起来。采用正弦插值在 显示正弦波时，每周只需2.5次采样就能精确地 重现这个正弦波，这个数值已接近理论值。正
第四章 数据域测试技术
第一节 数据域测试技术概述
数字系统相对于模拟系统其信号的特点是：
1、绝大部分数字信息都是多位传输的；
2、数字信号是时序传递的，是数据流；
3、有的信号只出现一次，有的信号虽重复出现， 但是非周期性的；
4、造成系统出错的误码常混在一串正确的数据流 中，只在出错后才能辨认出来，常要求查找其原 因；
2、系统带宽 数字存储示波器在存储工作方式下的带宽〔存储带宽〕
是以有效存储带宽和等效存储带宽来表征的。
有效存储带宽表征采用实时采样方式时可测量正弦波信号 的最高频率；
等效存储带宽表征采用非实时采样技术时可测量正弦波信 号的最高频率。
数字存储示波器的有效存储带宽两种定义目前尚未统 一。一种是用A/D转换器采样速率的一半来定义，即按照 奈奎斯特频率极限给出，称为最大存储带宽。 另一种是Tektronix公司首先提出了另一种较为合理的存 储带宽的定义，即：
① 利用峰值检波模式在宽范围内捕捉尖峰干扰 ② 利用毛刺触发功能测量尖峰波形
除了上述的测量应用之外，数字存储示波器还被 广泛地用于电信、电气、机械、材料试验分析、 生物医学、电子、国防科研以及其他如地震、激 光和纺织等各种科研和生产领域。
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滤波
滤波器类型： 增益型滤波器 低通（0～ ω ） 高通（ω ～∞） 带通（ω1 ～ω2 ） 带阻 全通和延迟均衡器：用来校正传输系统引起的延迟失真 LC滤波，有源RC滤波
RC滤波电路
在整流电路输出的直流电压脉动较大，一般不能
满足实际需要，必须用滤波电路滤除交流分量，得到
平滑的直流电压。在小功率直流电源中，常用的滤波 电路有电容滤波、Г 型滤波和п 滤波。在整流电路输出
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负载上电压的计算
由上述讨论可见，电容放电时间常数为τ
放电
=RLC，即输出电压的大小和脉动程度与负载电阻直接 一直保持最大充电电压；若RL很小，放电时间常数很 小，输出电压几乎与没有滤波时一样。 因此，电容滤波电路的输出电压在 0.9U2~ 范 围内波动，在工程上一般采用估算公式
电流太大，电容器放电的速度加快，会使负载电 压变得不够平稳，所以电容滤波电路只使用于负 载电流较小的场合。
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有源滤波器
有源滤波器：由有源器件构成的滤波 器。 分类 低通（LPF） 高通（HPF） 带通（BPF） 带阻（BEF） 全通（APF）
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电容滤波原理及波形图 a. 原理图 b. 波形图
b
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原理
加了一只电容后，二极管导通时，一方面给负载RL供电， 一方面对电容C充电。在忽略二极管正向压降后，充电时， 充电时间常数τ 充电=2RDC，其中RD为二极管的正向导通电阻， 其值非常小，充电电压uC与上升的正弦电压u2一致， uo=uC≈u2，当uC充到u2的最大值时，u2开始下降，且下降速 率逐渐加快。当|u2|＜uC时，四个二极管均截止，电容C经负 载RL放电，放电时间常数为τ 放电=RLC，故放电较慢，直到 负半周。 在负半周，当|u2|＞uC时，另外二个二极管(VD2、VD4) 导通，再次给电容C充电，当uC充到u2的最大值时，u2开始 下降，且下降速率逐渐加快。当|u2|＜uC时，四个二极管再 次截止，电容C经负载RL放电。
现代电子测量技术_3概要
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3.2.1随机误差的统计特性及减少方法(续）
1. 随机误差的分布规律 （1）随机变量的数字特征 ① 数学期望:反映其平均特性。其定义如下： X为离散型随机变量：
μ E(X) xi pi i 1
X为连续型随机变量：
E( X )
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3.1.1 测量误差的分类（续）
3.粗大误差： 粗大误差是一种显然与实际值不符的误
差。产生粗差的原因有： ①测量操作疏忽和失误 如测错、读错、记错以及实 验条件未达到预定的要求而匆忙实验等。 ②测量方法不当或错误 如用普通万用表电压档直接 测高内阻电源的开路电压
x1 x2 x n xn 1 n xi n i 1
随机误差定义：测量结果与在重复性条件下，对同一被测 量进行无限多次测量所得结果的平均值之差
i xi x
( n )
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3.1.1 测量误差的分类（续）
2.系统误差
定义：在同一测量条件下，多次测量重复同一量时， 测量误差的绝对值和符号都保持不变，或在测量条件 改变时按一定规律变化的误差，称为系统误差。例如 仪器的刻度误差和零位误差，或值随温度变化的误差。 产生的主要原因是仪器的制造、安装或使用方法不正 确，环境因素（温度、湿度、电源等）影响，测量原 理中使用近似计算公式，测量人员不良的读数习惯等。 系统误差表明了一个测量结果偏离真值或实际值的程 度。系差越小，测量就越准确。 系统误差的定量定义是：在重复性条件下，对同一被 测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的 真值之差。即 x A0
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测量技术的作用和地位
“阿波罗10”：
火箭部分---2077个传感器 飞船部分---1218个传感器，
神州飞船：
185台（套）仪器装置
检测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学、
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测量技术的作用和地位
“物化法官”
• 检查产品质量 • 监测环境污染 • 查服违禁药物 • 识别指纹假钞 • 侦破刑事案件
C. 环境对测量人员的影响：高温、严寒、潮湿、闷气、嘈 杂、照明不适当等不良工作环境，会对测量人员的身心产 生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。
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1.1.3 测量的基本要素（续）
应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影 响而产生的误差。
恒温、恒湿、稳压和防震。 抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、
1.1.1 测量的意义（续）
生产发展离不开测量
农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长 度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候， 出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。
现代化的工业生产中，处处离不开测量
例如，一个大型钢铁厂需要约2万个测量点
在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量
2.测量过程——基本要素之间的互动关系
• 论证阶段:
测量的主体（测量人员）根据测试任务的要求、被测 对象的特点、属性，及现有仪器设备状况，拟定合理 的测试方案。
设计阶段
* 选择测试仪器，组建测试系统。
* 制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序）
• 实施阶段
现代电子测量技术教案
现代电子测量技术教案第一章：电子测量技术概述1.1 电子测量的定义与作用1.2 电子测量技术的发展历程1.3 电子测量技术的基本原理1.4 电子测量的主要参数与单位第二章：测量误差与数据处理2.1 测量误差的概念与分类2.2 测量误差的来源与抑制2.3 测量数据的处理方法2.4 提高测量精度的措施第三章：电子测量仪器与设备3.1 电子测量仪器的基本构成与分类3.2 常用电子测量仪器的工作原理与使用方法3.3 现代电子测量设备的发展趋势3.4 虚拟仪器在电子测量中的应用第四章：信号测量技术4.1 信号测量概述4.2 电压测量技术4.3 频率与周期测量技术4.4 信号波形测量技术第五章：数字信号测量技术5.1 数字信号测量原理5.2 数字示波器的工作原理与使用方法5.3 数字频率计的工作原理与使用方法5.4 数字信号处理器在电子测量中的应用第六章：网络分析仪与网络测量6.1 网络分析仪的基本原理6.2 网络分析仪的分类与应用6.3 网络测量技术的基本方法6.4 网络测量实验操作与数据处理第七章：频谱分析仪与频谱测量7.1 频谱分析仪的工作原理7.2 频谱分析仪的操作与应用7.3 频谱测量技术的基本方法7.4 频谱测量实验操作与数据处理第八章：时间域反射仪与传输线测量8.1 时间域反射仪的基本原理8.2 时间域反射仪的操作与应用8.3 传输线测量技术的基本方法8.4 传输线测量实验操作与数据处理第九章：射频与微波测量技术9.1 射频与微波测量概述9.2 射频与微波测量仪器与设备9.3 射频与微波测量技术的基本方法9.4 射频与微波测量在实际应用中的案例分析第十章：现代电子测量技术在工程应用中的案例分析10.1 现代电子测量技术在通信领域的应用10.2 现代电子测量技术在电子制造业的应用10.3 现代电子测量技术在军事领域的应用10.4 现代电子测量技术在未来发展趋势中的展望重点和难点解析一、电子测量技术概述难点解析：理解电子测量技术的基本原理，以及电子测量的主要参数与单位。
电子测量第一章第一、二节
第1章 电子测量的基本概念
(5) 可以进行遥测。
如前所述， 电子测量依据的是电子的运动和电磁波的传播， 因此可以将现
场各待测量转换成易于传输的电信号， 用有线或无线的方式传送到测试控制台( 中心)， 从而实现遥测和遥控。 这使得对那些远距离的、 高速运动的或其他人们 难以接近的地方的信号进行测量成为可能。 (6) 易于实现测试智能化和测试自动化。
第1章 电子测量的基本概念
例如， 直流电压的准确度当前可达到10－6数量级， 音频电压为10－4数量 级， 射频电压仅为10－3数量级， 而品质因数Q值和电场强度的测量准确度只 有10－1数量级。 造成 这种现象的主要原因在于电磁现象本身的性质， 使得测量结果极易受到外部 环境的影响， 尤其在较高频率段， 待测装置和测量装置之间、 装置内部各元 器件之间的电磁耦合、 外界干扰及测量电路中的损耗等对测量结果的影响往 往不能忽略却又无法精确估计。
技 术 基 础
电 子 测 量
第1章 电子测量的基本概念
1.1 测量与电子测量
1.1.1 测量
测量是通过实验方法对客观事物取得定量信息即数量概念的过程。 人们通过对 客观事物的大量观察和测量形成定性和定量的认识， 归纳、 建立起各种定理和定 律， 而后又通过测量来验证这些认识、 定理和定律是否符合实际情况， 经过如此 反复实践， 逐步认识事物的客观规律， 并用以解释和改造世界。 因此可以说， 测 量是人类认识和改造世界的一种不可或缺的手段。 俄国科学家门捷列夫在论述测量 的意义时曾说过：“没有测量， 就没有科学”， “测量是认识自然界的主要工 具”。
第10章现代电子测量仪器课件
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10．2．1 逻辑分析仪简介
➢ 逻辑分析仪是用来测量数据域的仪器。 ➢ 它能对数字逻辑电路和系统在实时运行过程中 的数据流或事件进行记录和显示，并通过各种控制 功能实现对数字系统的软、硬件故障分析和诊断。 ➢ 它能够用表格形式、波形形式或图形形式分别 显示具有多个变量的数字系统的逻辑状态、时序关 系或实时运行过程，也能用汇编语言格式显示运行 时的数字系统的软件，来实现对数字系统的硬件和 软件进行跟踪测试， ➢ 它对包含大量软硬件的数字设备和系统调试是 很适用的，可以大大提高系统的调试效率。 ➢ 面向微处理器的逻辑分析仪。
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1.对逻辑分析仪的基本要求 （1）能跟踪与显示状态数据流； （2）能捕获并显示任一指定的数据块； （3）能分析并显示控制信号之间的时间关系； （4）能捕捉并显示来自系统内部噪声和外部干扰引
起的毛刺噪声及毛刺等往往 造成硬件出错；
（5）能实时检测故障，诊断故障。
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➢ 逻辑分析仪数据收集部分主要由输入探头、采 样时钟发生器和数据寄存器或锁存器组成。
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（3）数据的存储
➢ 为了防止漏检漏测，要求信息一出现就能捕获它， 并且存储起来。
➢ 具有存贮功能的逻辑分析仪，不仅可以观测重复性 的数据流，而且也可以观测单次出现的随机数据。
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表10-1 分辨力的表示