harbin institute of technology
《電子測量原理》
知識點總結
0902202班
第一章、測量總述
1.1 測量的基本概念
1.1.1 測量的基本概念
狹義：為確定被測物件量值進行的實驗，借助專門裝置，直接或間接與同類已知單位量比較，用數值+單位表示結果
廣義：為獲取被測物件資訊進行的實踐，借助專門裝置，通過感知和識別取得被測物件的屬性和量值資訊，以便於利用的形式表示結果
測量的基本要素
五大基本要素：測量物件、測量儀器、測量人員、測量技術、測量環境。
測量五大基本要素之間的關係
測量的分類
測量可以分為三類：定量測量、定性測量和定級測量。
定量測量：追求的是精準，通常要對測量結果進行誤差分析，並給出不確定度。
定性測量：是判斷被測物件屬性的一種定性測量，對量值的精確度要求不高，是一種粗略的測量，一般不要求進行誤差分析，即不要求給出誤差數值。
定級測量：是以技術標準，規範或者檢定規程為依據，分辨出被測量所屬某一範圍帶，以此來判斷被測量是否合格（符合某種級別）的一種定級測量。
測試和檢驗
測試：是測量和試驗的總稱。
試驗---為了察看某事結果或某物效能所從事的實踐活動。
檢測：是檢驗和測量的總稱。
檢驗---檢查被測量量值是否處於某範圍內，驗證被測量是否合格或某現象是否存在。
1.1.2 電子測量的基本概念
電子測量：以電子技術理論為依據，以電子測量儀器裝置為手段，以電量和非電量為測量物件。
電子測量的特點：
（1）測量頻率範圍寬
（2）量程範圍寬
（3）測量準確度高
（4）測量速度快
（5）易於實現遙測
（6）易於實現測量自動化和智慧型化
1.2 計量的基本概念
1.2.1 計量的定義、特徵、分類
計量：是實現單位統
一、量值準確可靠的活動。是利用技術和法制手段實施的一種特殊形式的測量。
計量的三個主要特徵是：法制性、統一性和準確性。
計量按具體內容可分為：科學計量、工程計量和法制計量。
測量與計量的比較
聯絡：計量是一種特殊的測量計量是測量的基礎和依據
區別：比較物件不同，測量誤差不同，誤差**不同，目的不同，內容不同，物件不同，存在範圍不同
1.2.2 比對、檢定和校準
對比: 在規定條件下，對相同準確度等級的同種測量標準或者測量器具之間的量值進行比較，其目的是考核量值的一致性。
檢定：由法定計量機構確定並證實計量器具是否完全滿足要求而做的全部工作。
校準：在規定條件下，為確定測量儀器、實物量具、標準物質所表量值，與對應測量標準所復現量值之間關係的一組操作。
檢定與校準的區別
1.2.3 基準和標準
基準：定義、實現、儲存、復現某基本測量單位的量值、只用於檢定其他量具的精度、不直接參加測量。
基準分為：主基準、副基準和工作基準。
主基準最高水平精度
副基準精度由主基準確定
工作基準精度由副基準確定
標準：根據工作基準復現的、不同等級的、便於經常使用的標準量具。
1.2.4 測量標準的傳遞
量值傳遞：自上而下的檢定計量標準。
量值溯源：自下而上追蹤計量標準的過程。
1. 3 測量誤差
1.3.1 測量誤差及其表示方法
絕對誤差：測量值—真值（或約定真值）
相對誤差：絕對誤差與被測量真值之比。
實際相對誤差:絕對誤差與被測量的約定值之比。
示值相對誤差: 絕對誤差與示值誤差之比。
滿度相對誤差: 絕對誤差與量程滿度值之比。
1.3.2 測量誤差分類
測量誤差可以分為：隨機誤差、系統誤差和粗大誤差。
隨機誤差：在同一測量條件下，多次重複測量同一量值時，每次測量誤差的絕對值和符號都以不可預知的方式變化的誤差。
特點：測量結果以平均值為中心呈現隨機離散性，但服從統計規律
由無規律、不相關的因素造成
只能減小、無法消除
多次測量求平均-----隨機誤差的「抵償性」
系統誤差：在同一測量條件下，多次測量，誤差大小、符號保持不變，或測量條件改變時按規律變化。
特點：誤差呈現規律性
由固定不變的或按確定規律變化的因素造成
不但可以減小、還可以消除
消除誤差**、補償法、引入修正值…
粗大誤差：一種明顯與實際值不同的誤差。
精確度：包括精密度與準確度。
精密度：測量值重複一致的程度，反映測量受隨即誤差的影響。
準確度：測量值與真值的接近程度，反映測量受系統誤差的影響。
1.4 測量方法
1.4.1 直接測量和間接測量
1.4.2 有源量測量和無源量測量
有源量----能攜帶和傳遞能量
無源量----不能主動提供能量
有源量測量----訊號測量
無源量測量----系統測量或引數測量
4、靜態、穩態和動態測量
第二章、時域測量
2.1 概述
時間和頻率測量的特點：測量精度高，應用範圍廣，自動化程度高，測量速度快。
頻率的定義：訊號在秒內重複變化n次，則訊號的頻率.
計數器嚴格按照頻率定義實現頻率測量。
頻率測量的方法分類
2.2 電子計數法測量頻率
2.2.1 測頻原理
計數法測頻電路主要包括：時基電路、輸入電路、閘門電路、計數顯示電路和控制電路
時基電路：產生電路用來產生所使用的標準頻率或時間間隔。
2.2.2 誤差分析
測頻的誤差：包括量化誤差和標準頻率誤差
量化誤差（誤差）：
標準頻率誤差：
計數器直接測頻的總誤差
ts越長、 fx越高、標頻精度越高，誤差越小
減小直接測頻的誤差的方法： ts越長、 fx越高，測量誤差越小。
標準頻率誤差越小，測量誤差越小。
2.3 電子計數法測量時間
2.3.1 測量週期原理
2.3.2計數器直接測周的誤差
測周的誤差主要包括：量化誤差、標準頻率誤差和觸發誤差。
量化誤差（誤差）：
標準頻率誤差：
合成誤差 ：
越長、越高、標頻精度越高，誤差越小;
觸發誤差：是指在門控脈衝受到干擾時，由於干擾訊號的作用，使觸發提前或者滯後所帶來的誤差。是一種隨機誤差。
消除觸發誤差的方法：提高被測訊號訊雜比
多週期測量求平均可減小觸發誤差
減小測周誤差的方法：越長、越高，誤差越小。
標頻精度越高，測量誤差越小；
提高被測訊號訊雜比，可以減小觸發誤差，進而減小測量誤差；
多週期測量求平均可減小觸發誤差和量化誤差，進而減小測量誤差。
中界頻率
當直接測量頻率和直接測量週期的量化誤差相等時，就確定了乙個測頻和測周的分界點，這個分界點稱為中界頻率。
當時，宜採用測頻法。
當時，宜採用測周。
2.4 高分辨力時間測量
2.4.1 內插法測時間原理
使用內插法能夠使測時的測量誤差縮小到原有的1/k，測時分辨力提高。
內插法分為模擬內插法和數字內插法。
2.4.2 模擬內插法
2.4.3 數字內插法—游標法計數器
原理：用兩個量化單位量形成差值，使被測量被差值量化，當差值很小時測量分辨力很高。
2.5 調製域測量
調製域測量的根本目的是顯示出頻率隨時間變化的動態特性。因此如何獲得某乙個時刻所對應的頻率值（瞬時頻率值）是調製域測量的最基本的乙個任務。
所謂的瞬時頻率也不是嚴格地處在某乙個時刻所對應的頻率值，而是乙個相對較短的時間段裡的平均頻率。
第三章、電壓測量
3.1 交流電壓測量
3.1.1 表徵交流電壓的5個基本參量
峰值：以零電平為參考的最大電壓幅值。
均值： , 是訊號的直流分量。
振幅：以直流分量為參考的最大電壓幅值。
有效值：乙個週期t內，交流電壓和某直流電壓在純阻上產生的熱量相等，則用該直流電壓值代表交流電壓的有效值。
波峰因數:
反映同一交流電壓峰值和有效值的比例關係
波形因數
反映同一交流有效值和平均值的比例關係
3.1.2 交流電壓測量
交流/直流（ac/dc）電壓轉換原理
檢波器有：峰值檢波、均值檢波和有效值檢波。
峰值檢波：
基本原理：通過二極體正向快速充電達到輸入電壓峰值，而二極體反向截止時保持該峰值（快速充電+慢速放電）。峰值檢波器又分為串聯式檢波器和並聯式檢波器。
峰值檢波電路的輸出實際上存在較小的波動，其平均值略小於實際峰值。
均值檢波
基本原理：均值檢波電路可由整流電路得到。經檢波電路之後，輸出的直流電流與輸入的交流電壓的均值成正比，而與輸入交流電壓的波形無關。
1、峰值電壓表原理、刻度特性和誤差分析
原理：峰值電壓表對被測電壓的峰值作出響應
刻度特性：表頭按正弦交流電壓有效值刻度
依據：若峰值相等，則表頭讀數α相等，反之亦然。
波形誤差： 將表頭讀數α直接作為實際被測交流電壓有效值產生的誤差。
均值電壓表原理、刻度特性和誤差分析
原理：均值電壓表對被測電壓的均值作出響應
刻度特性：表頭按正弦交流電壓有效值刻度
依據：若均值相等，則表頭讀數α相等，反之亦然。
任意波的均值：
任意波的有效值：
波形誤差：將表頭讀數α直接作為實際被測波形有效值產生的誤差
模擬式交流電壓表的組成方案
兩種組成方案：先檢波後放大，稱為檢波-放大式
先放大後檢波，稱為放大-檢波式
兩個重要指標：頻寬：工作頻率範圍
靈敏度：測量微弱訊號的能力
檢波-放大式：
頻寬、靈敏度、可測電壓上限、輸入阻抗由峰值檢波器決定。
特點：峰值電壓表的常用形式
主要用於高頻電壓訊號的測量
提高指標的措施：超高頻檢波二極體檢波器直接設計在探頭中
高增益低漂移的直流放大器
放大-檢波式：
頻寬、靈敏度由交流放大器決定。
特點：均值電壓表的常用形式靈敏度很高。
3.1.3 分貝測量
分貝（db）：被測量與同類標準量之比的對數
以分貝為單位表示的功率比： [db]
以分貝為單位表示的電壓比：[db]
絕對電平:
功率電平dbm, 取p0=1mw，則px的功率電平
電壓電平dbv, 取v0=0.775v，則vx的電壓電平
分貝測量:表盤按db刻度的電壓測量或功率測量.
3.1.4 電壓表的使用*
1、峰值電壓表
檢波-放大式
峰值響應、頻率範圍較寬（達1000mhz）但靈敏度低（mv級）
讀數的換算：根據波峰因數，將讀數換算成有效值（或峰值）
電子測量技術基礎知識點
第1章電子測量的基本概念 測量環境是指測量過程中人員 物件和儀器系統所處空間的一切物理和化學條件的總和。電子測量的特點 測量頻率範圍寬 測量量程廣 測量準確度高低相差懸殊 測量速度快 可實現遙測 易於實現測量智慧型化和自動化 測量結果影響因素眾多，誤差分析困難 測量儀器的主要效能指標 精度 穩定性 ...
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