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1、1.1 1.1 电子测量概述电子测量概述测量测量 是人类认识和改造世界的一种重要手段。是人类认识和改造世界的一种重要手段。 对客观事物的认识过程中，需要进行对客观事物的认识过程中，需要进行 第一章第一章 绪绪 论论 定性分析定性分析 定量研究，定量就需要进行测量。定量研究，定量就需要进行测量。 测量测量 是通过实验方法对客观事物取得定量数据是通过实验方法对客观事物取得定量数据 的过程。的过程。 生活中的例子生活中的例子重量，长度，温度，湿度，三表（电，水，气）重量，长度，温度，湿度，三表（电，水，气）汽车监测点：汽车监测点：50100 50100 飞机监测点：飞机监测点：3000 3000 航
2、天飞行器监测点：航天飞行器监测点：5000 5000 没有测量就没有科学没有测量就没有科学门捷列夫门捷列夫诺贝尔物理奖，化学奖中诺贝尔物理奖，化学奖中1/41/4属于测试方法和测试仪器属于测试方法和测试仪器的创新。的创新。“两弹一星两弹一星”的成功，没有测试仪器是不可能的。的成功，没有测试仪器是不可能的。生产中生产中“没有测试，就没有新产品没有测试，就没有新产品”。大规模集成电路的生产成本中，测量成本已超过大规模集成电路的生产成本中，测量成本已超过50%50% 电电 子子 测测 量量 电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。电子测量是
3、测量领域的主要组成部分。电子测量是测量领域的主要组成部分。( (二次表二次表) ) 电子测量仪器传感器电电 量量非电量非电量( (一次表一次表) )在当今信息时代在当今信息时代 测量技术测量技术获取信息获取信息通信技术通信技术传递信息传递信息 计算机技术计算机技术处理信息处理信息被称为信息社会三大支柱被称为信息社会三大支柱测量是信息的源头技术测量是信息的源头技术 （测控技术，先要测，才能控）（测控技术，先要测，才能控）测量水平的高低可以反映出一个国家科学技术发展的状况。测量水平的高低可以反映出一个国家科学技术发展的状况。提高测量水平，实现测量手段的现代化，是实现科学技术和生产提高测量水平，实现
4、测量手段的现代化，是实现科学技术和生产现代化的重要条件和明显标志。现代化的重要条件和明显标志。1.2 1.2 电子测量的内容及测量单位电子测量的内容及测量单位 1 1、电子测量的内容、电子测量的内容广义讲：凡是利用了电子技术进行的测量广义讲：凡是利用了电子技术进行的测量 电子测量的基础：电子测量的基础： 频率、时间、电压、相位、阻抗频率、时间、电压、相位、阻抗狭义讲狭义讲：在电子学中有关电量的量值：在电子学中有关电量的量值 狭义电子测量的内容主要包括：（1）能量的测量能量的测量指的是对电流、电压、功率、电场强度等参量的测量。（2）电路参数的测量电路参数的测量指的是对电阻、电感、电容、阻抗、品质
5、因数、损耗率等参量的测量。（3）信号特性的测量信号特性的测量指的是对频率、周期、时间、相位、调制系数、失真度等参量的测量。（4）电子设备性能的测量电子设备性能的测量指的是对通频带、选择性、放大倍数、衰减量、灵敏度、信噪比等参量的测量。（5）特性曲线的测量特性曲线的测量指的是对幅频特性、相频特性、器件特性等特性曲线的测量。上述各种参量中，频率、时间、电压、相位、阻抗等是基本参量，其他的为派生参量，基本参量的测量是派生参量测量的基础。电压测量是最基本、最重要的测量内容1.2 1.2 电子测量的内容及测量单位电子测量的内容及测量单位 2 2、测量单位制、测量单位制 注：注：1 1，人民生活和贸易中，
6、质量习惯称为重，人民生活和贸易中，质量习惯称为重量量 2 2，单位名称栏中，方括号内的字在不致混，单位名称栏中，方括号内的字在不致混 淆的情况下可以省略。淆的情况下可以省略。1.31.3 电子测量的方法与仪器电子测量的方法与仪器 利用电子技术实现测量的仪表设备，统称为电子测量仪器。利用电子技术实现测量的仪表设备，统称为电子测量仪器。 电子测量仪器的电子测量仪器的功能功能： 2.2.信号处理与传输信号处理与传输功能：信号调理、模功能：信号调理、模/ /数、抗干扰、压缩、有数、抗干扰、压缩、有 线或无线传输线或无线传输3.3.显示显示功能：指针在仪表度盘；数码管、液晶或阴极射线管显示功能：指针在仪
7、表度盘；数码管、液晶或阴极射线管显示 测量结果。测量结果。1.1.转换转换功能：电量功能：电量( (功率、电流、电阻功率、电流、电阻)电压；非电量电压；非电量电量电量 （电压）（电压） 此外，一些先进的仪器，如智能仪器等，还具有数据记录、此外，一些先进的仪器，如智能仪器等，还具有数据记录、处理处理 及自检、自校、报警提示等功能。及自检、自校、报警提示等功能。1.2.2 1.2.2 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 按照被测量的特性，电子测量仪器可分为以下几类：按照被测量的特性，电子测量仪器可分为以下几类：1.1.时域测量时域测量 也叫瞬态测量，主要测量被测量的对象随时间变化也叫瞬态测量，主
8、要测量被测量的对象随时间变化的规律。的规律。 例如：电压、电流等电参量的瞬时值例如：电压、电流等电参量的瞬时值tu时域（示波器）时域（示波器）2、频域测量 又称稳态测量，主要测量测量对象与频率之间的关系。 例如：放大器的增益、相移等 f频域（频谱仪）频域（频谱仪）f0u3 3 数据域数据域-二进制数据流二进制数据流 逻辑分析仪逻辑分析仪 逻辑定时分析仪逻辑定时分析仪 逻辑状态分析仪逻辑状态分析仪 1 0 1 1 0 0 1 01 0 1 1 0 0 1 0 4 4 随机域随机域-噪声、干扰噪声、干扰 5 5 元器件、网络元器件、网络 元件（无源）元件（无源）-R-R、L L、C C、Y Y、Q
9、 Q 器件（有源）器件（有源）-半导体器件半导体器件 网络（有网络（有/ /无源）无源）-传输特性、频率特性等传输特性、频率特性等 1.2.21.2.2 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 1.31.3 计量的基本概念计量的基本概念 1 1 术语：术语： 测量（测量（MeasurementMeasurement）-确定量值（数据确定量值（数据/ /单位）的实验过程单位）的实验过程 测试（测试（TestTest）“测评测评”性测量性测量, ,界定较模糊。界定较模糊。定性定性体能、智商体能、智商定量定量0/10/1、A A 含含 计量计量-权威性的基准测量权威性的基准测量 统一性统一性-单位，方
10、法单位，方法 准确性准确性-建立基准、比对建立基准、比对 法制性法制性-政府、计量局政府、计量局 检测检测-监控性的测量（只要不超出允许的误差范围则认为合格）监控性的测量（只要不超出允许的误差范围则认为合格） 没有测量，就谈不上计量；没有计量，测量则失去价值。没有测量，就谈不上计量；没有计量，测量则失去价值。 1.4 1.4 电子测量仪器的发展电子测量仪器的发展 1 1 传统仪器传统仪器 模拟仪器模拟仪器 数字化仪器数字化仪器 指针式三用表指针式三用表 示波器示波器 数码显示仪表数码显示仪表 软硬兼施软硬兼施 多功能多功能 高精度高精度自动化自动化 改进方向改进方向 特点特点 全由硬件组成全由
11、硬件组成 功能单一固定功能单一固定 精度较低精度较低 人工操作人工操作 现代仪器现代仪器 智能化智能化 模块化模块化 虚拟化虚拟化网络化网络化 发展方向发展方向 性能优异功能多性能优异功能多 仪器与计算机融合仪器与计算机融合 硬件与软件结合硬件与软件结合 特点特点 智能仪器智能仪器 程控仪器程控仪器-自动测试系统自动测试系统虚拟仪器虚拟仪器 主要形式主要形式智能仪器智能仪器 ( (计算机嵌入仪器计算机嵌入仪器) )通常人们把内含微处理器和通常人们把内含微处理器和GPIBGPIB接口接口的仪器称为智能仪器的仪器称为智能仪器测试模块测试模块或信号源或信号源智能仪器智能仪器自动测试系统自动测试系统
12、GPIB（General-Purpose Interface Bus）-通用接口总线 ，是一种工程控制用的协议。最初由HP公司提出，目前成为一种国际标准，遵守的协议为IEEE488。一般被用来使用任何编程语言如VB、Vc、C+实现电脑对仪器的控制。当然也有某些仪器制造商自己开发的语言支持GPIB。如keithley公司使用的testpoint，NI公司的labview等。实现这种控制首先要被控仪器支持GPIB，其次，工控机安装IEEE488卡，并通过gpib线连接两个设备。 GPIB比串口控制提高了传输速率和同时支持的设备总数。但是目前已经被传输速率更快支持设备总数更多的lan接口替代。 IE
13、EE-488 总线是并行总线接口标准。IEEE-488总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s。 虚拟仪器虚拟仪器（仪器融入计算机仪器融入计算机） VIVI，Virtual InstrumentsVirtual Instruments是检测技术与计算机技术和通信技是检测技术与计算机技术和通信技术有机结合的产物。它是美
14、国国家仪器（术有机结合的产物。它是美国国家仪器（NINI，National National InstrumentsInstruments）公司于）公司于19811981年提出的个人仪器（年提出的个人仪器（Personal Personal Computer InstrumentComputer Instrument）的）的基础上发展起来的。虚拟仪器基础上发展起来的。虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层是指在通用计算机上添加一层软件和一些硬件模块，使用户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操作这台通用计算机就像操作一台真实的仪器一样。虚拟仪一台真实的仪器一样。虚拟仪器技术强调软件
15、的作用，提出器技术强调软件的作用，提出了了“软件就是仪器软件就是仪器”的概念。的概念。 D/A-D/A-由软件产生测试信号由软件产生测试信号 A/D-A/D-采集测量数据采集测量数据 1 1 数字电压表数字电压表 峰值峰值-搜索正负最大值搜索正负最大值 均值均值 有效值有效值-2 2 存储示波器存储示波器3 3 频谱仪频谱仪112)(1niituNU10)(1niituNU虚拟仪器虚拟仪器 举例举例u时域（示波器）时域（示波器）频域（频谱仪）频域（频谱仪）f0ut插卡（模块）插卡（模块）D/AD/AA/DA/D滤波滤波取样取样PCPCDSPDSP被测对象被测对象虚拟仪器的构成方式虚拟仪器的构成方式信号调信号调 理理数据采集卡数据采集卡GPIBGPIB接口仪器接口仪器VXIVXI仪器仪器PXIPXI仪器仪器串口串口/USB/USB仪器仪器现场总线仪器（或设备）现场总线仪器（或设备）GPIBGPIB接口卡接口卡测控对象测控对象LabVIEWLabVIEWLabWindows/CVILabWindows/CVI其它软件开发平台其它软件开发平台PCPC机机/ /工作站工作站LXILXI仪器仪器未来自动测试系统结构未来自动测试系统结构多测试总线的融合！多测试总线的融合！软硬兼施软硬兼施