测量的基本原理PPT课件

1、基基础础模拟与数字电路模拟与数字电路信号与系统信号与系统微机及接口微机及接口综综合合应应用用电子电子计算机计算机通信与控制通信与控制特特点点综合性强综合性强应用面广应用面广实践性突出实践性突出第1页/共82页电子测量原理着重讨论测量技术与方法，误差分析和实际应用基于系统方框级电子测量仪器着重研究电子仪器及系统的设计与制造等工程实现技术基于电路结构级第2页/共82页原理：基础误差：提升应用：归宿第3页/共82页第4页/共82页第第1章章 测量的基本原理测量的基本原理第5页/共82页1.1 1.1 测量的基本概念测量的基本概念测量的意义 日常生活中处处离不开测量 科学更加离不开测量 第6页/共82

2、页现代信息科学技术的三大支柱现代信息科学技术的三大支柱信息获取技术信息获取技术测试技术测试技术信息传输技术信息传输技术通信技术通信技术信息处理技术信息处理技术计算机技术计算机技术没有获取到信息，传输就是无源之水，处理更是无没有获取到信息，传输就是无源之水，处理更是无本之木本之木第7页/共82页第8页/共82页科学是从测量开始的，科学是从测量开始的，没有测量就没有科学，没有测量就没有科学，至少没有精确的科学、真正的科学至少没有精确的科学、真正的科学 第9页/共82页第10页/共82页中国首个火星探测器荧火一号中国首个火星探测器荧火一号 第11页/共82页计量测试技术落后，计量测试技术落后，国家的

3、一切都要落后国家的一切都要落后第12页/共82页测量的定义测量的定义 1.狭义测量的定义 测量是为了确定被测对象的量值而进行的一组操作 在进行这组操作的过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地 与 同 类 已 知 单 位 进 行 比 较 ， 取 得 用 数 值 和 单 位 共 同 表 示 的 测 量 结 果 测量的量值可表示为测量的量值可表示为0 xxx第13页/共82页量量：人们把事物（现象或状态、物体或物质等）可定性区别和定量确：人们把事物（现象或状态、物体或物质等）可定性区别和定量确定的属性，称之为（可测量的）量。定的属性，称之为（可测量的）量。量值量值：一般是由一个数值乘以测

4、量单位所表示的特定量的大小，它是一个要一般是由一个数值乘以测量单位所表示的特定量的大小，它是一个要用数值和单位共同表示的量，即量值用数值和单位共同表示的量，即量值=数值数值 X 单位单位（量的）数值（量的）数值：它是在量值表示中用以单位相乘的数字。数值：它是在量值表示中用以单位相乘的数字。数值=量值量值/单位单位 （测量）单位（测量）单位：为了定量表示同种量的大小，人们共同约定的一个特定参考量，为了定量表示同种量的大小，人们共同约定的一个特定参考量，它有名称、符号和定义，其数值为它有名称、符号和定义，其数值为1。“数值等于数值等于1的量的量”定义为单位定义为单位i被测量被测量：是指作为测量对象

5、（测量客体）的特定量：是指作为测量对象（测量客体）的特定量测量结果：测量结果：是指通过测量所得到的赋予被测量的量值是指通过测量所得到的赋予被测量的量值第14页/共82页 测量的内涵 测量目的是对被测对象取得一个定量的认识 “一组操作”是一个实验过程,说明了测量的实践性 测量就是比较: 直接比较和间接比较 需要同类已知单位作标准 最终能表示给测量主体（人）第15页/共82页图11 测量的比较原理(a) 天平直接比较（b）弹簧称间接比较被测物体的重量等于标准砝码的重量被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果第16页/共82页测量的定义测量的定义（续）（续）

6、2. 广义测量的定义 测量是为了获取被测对象的信息而进行的实践过程第17页/共82页信息信息事物（系统）的运动状态及其变化方事物（系统）的运动状态及其变化方式式第18页/共82页被测对象测量人员测试仪器系统信 息显 示感知和识别图图1-2 测量的基本原理图测量的基本原理图第19页/共82页测量的组成测量的组成对对象象属属性性影影响响影影响响影影响响测测量量策策略略、算算法法数数据据状状态态参参数数命命令令被被测测信信息息原原理理方方法法被被测测对对象象仪仪器器系系统统测测量量人人员员测测量量环环境境激激励励信信号号选选择择仪仪器器决决定定方方法法图图1 1- -3 3 测测量量的的基基本本要要

7、素素第20页/共82页测量过程基本要素之间的互动关系执执行行测测量量操操作作测测试试数数据据处处理理测测量量结结果果显显示示结结 束束设设置置仪仪器器工工作作参参数数实实施施阶阶段段被被测测对对象象设设计计阶阶段段测测量量任任务务要要求求组组建建测测量量系系统统需需 求求 分分 析析拟拟定定测测量量方方案案现现有有仪仪器器设设备备选选用用测测量量仪仪器器（测测试试硬硬件件平平台台）决决定定测测量量技技术术（测测试试软软件件平平台台）完完成成仪仪器器互互连连拟拟定定测测量量步步骤骤开开 始始论论证证阶阶段段第21页/共82页测量的组成测量的组成（续）（续）3.被测对象信息 狭义的测量是量值的获取

8、,广义的测量是信息的获取 信息又可分为自然信息和社会信息两大类4.测量仪器系统量具和仪器 测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等5.测量的主体测量人员 手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成 自动：测量主体交给智能设备（计算机等）完成，但测量策略、软件算法、程序编写需由测量人员事先设计好6.测量技术 测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测量技术第22页/共82页测量的基本要素测量的基本要素（续）（续）7.测量环境 测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和 测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电

9、压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化 第23页/共82页仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：I 组组： 良好的环境条件良好的环境条件，温度+10+35oc，相对湿度80%(在35oc上)， 只允许有轻微的振动。II 组组：一般的环境条件一般的环境条件，温度-10+40oc，相对湿度80%(在40oc上)， 允许一般的振动和冲击。III 组组：恶劣的环境条件恶劣的环境条件，温度-40+55oc，相对湿度90%(在35oc上)， 允许频繁的搬动和运输中受到较大的冲击和振动。I 高精度计量用仪器高精度计量用仪器II 通用仪器通用仪器III

10、 野外、机载等仪器野外、机载等仪器第24页/共82页测试和检测测试和检测 定量定量 定性定性 定级定级测试测试: 测量和试验的总称测量和试验的总称,它包含了测量和试验的全部内容它包含了测量和试验的全部内容,既包括定量的测量既包括定量的测量,也包含定性的试验也包含定性的试验 本书中本书中”测试测试”和和”测量测量”不加区分而互相通用不加区分而互相通用 检测检测: 包括检验和测量两方面的含义包括检验和测量两方面的含义第25页/共82页 1.2 1.2 计量的基本概计量的基本概念念 计量的定义和意义 1.计量的定义 计量是利用技术和法制手段实施的一种特殊形式的测量，即把被测量与国家计量部门作为基准或

11、标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并给出具有法律效力的检定证书 计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。 计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动，如单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等第26页/共82页计量的定义和意义计量的定义和意义（续）（续） 2.计量与测量的关系测量发展的客观需要才出现了测量发展的客观需要才出现了计量计量测量是计量应用的重要途径测量是计量应用的重要途径没有测量，计量将失去价值没有测量，计量将失去价值为了保证测量结果的准确性，为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校必须定期对仪器进行检定和校准，这

12、个过程就是计量准，这个过程就是计量u计量的任务是确定测量结计量的任务是确定测量结果的可靠性果的可靠性u计量是测量的基础和依据计量是测量的基础和依据u没有计量，也谈不上测量没有计量，也谈不上测量u计量和测量相互配合，才计量和测量相互配合，才能在国民经济各个领域发挥能在国民经济各个领域发挥重要作用重要作用u计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，它在工农业生产、科学技术、国防建设以及人民生活等它在工农业生产、科学技术、国防建设以及人民生活等各个方面起着技术保证和技术监督的作用各个方面起着技术保证和技术监督的作用第27页/共82页单位和单位制单

13、位和单位制 根据定义而令系数为1的量称为单位 单位是表征测量结果的重要组成部分， 又是对两个同类量值进行比较的基础 基本单位、导出单位、单位制第28页/共82页单位和单位制单位和单位制（续）（续）1.国际单位制（SI）的组成国际单位制基本单位 量的名称量的名称单位名称单位名称单位符号单位符号长度长度米米m质量质量千克千克kg时间时间秒秒s电流电流安安培培A热力学温度热力学温度开开尔文尔文K物质的量物质的量摩摩尔尔mol发光强度发光强度坎坎德拉德拉cd 1948年 第9届国际计量大会 1960年 第11届国际计量大会 1984年 国务院颁布中华人民共和国法定计量单位第29页/共82页1 12 2

14、2 2 单位和单位制单位和单位制（续）（续）国际单位制词头采用十进制词头,表示使单位增大或缩小的十进倍数例：5.4X10-9s=5.4ns 因数因数词头名称词头名称符号符号英文英文中文中文109giga吉吉G106Mega兆兆M103kilo千千K10-3milli毫毫m10-6micro微微u10-9nano纳纳n10-12pico皮皮p第30页/共82页测量标准测量标准1.标准（或基准）的定义 为了定义、实现、保存或复现量的单位或（一个或多个量值），用作参考的计量设备（实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统），称之为标准或基准定义基本测量单位和制作体现其量值的标准器是两件有联系定义基本测量

15、单位和制作体现其量值的标准器是两件有联系而又有区别的事，前者依据严格的科学理论，后者要靠先进而又有区别的事，前者依据严格的科学理论，后者要靠先进的制作技术。的制作技术。第31页/共82页基准和标准基准和标准（续）（续）2.测量标准的分类、分级分类： 国际标准国家标准参照标准作证标准标准器具标准物质分级：分级：主标准（一级标准）主标准（一级标准）副标准（二级标准）副标准（二级标准）工作标准（三级标准）工作标准（三级标准）第32页/共82页基准和标准基准和标准（续）（续） 3.几个术语（1）计量器具：凡是能用以直接或间接测出被测对象量值的量具、计量仪器和计量装置都统称为计量器具。计量器具按作用可分

16、为计量基准、计量标准和工作计量器具三类（2）计量标准器具：准确度低于计量基准，用于检定计量标准或工作计量器具的计量器具（3）工作计量器具：工作岗位上使用，不用于进行量值传递，而是直接用来测量被测对象量值的计量器具第33页/共82页基准和标准基准和标准（续）（续）（4）比对： 在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。（5）检定： 是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般要求计量标准的准确度为被检者的1/3到1/10。（6）校准： 校准是指被校的计量器具与高一等

17、级的计量标准相比较，以确定被校计量器具的示值误差（有时也包括确定被校器具的其他计量性能）的全部工作。（7）量值的传递： 指一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全过程。 （8）量值的溯源性第34页/共82页测量标准的权威性和相对性测量标准的权威性和相对性1.标准的权威性 标准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进 原器标准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传 从现代科学的观点来看，最好的标准是原子标准2.基准的相对性一个时期的测量基准反映当时的人类认识水平和科学水平 例：以太阳为基准，时间测量的精确度可

18、达到1秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内也不超过1秒第35页/共82页我国通过与多个国家进行科技合作，成功研发出铯原子喷泉钟，我国通过与多个国家进行科技合作，成功研发出铯原子喷泉钟，使我国时间频率基准的精度从使我国时间频率基准的精度从3030万年不差万年不差1 1秒秒提高到提高到600600万年不差万年不差1 1秒秒，标志着我国时间频率基准研究进入世界先进行列标志着我国时间频率基准研究进入世界先进行列 2007-1-4 人民政协报人民政协报美国科罗拉多州博尔德的国家标准和美国科罗拉多州博尔德的国家标准和技术研究所（技术研究所（NIST）1999年建成年建成 价值约为价值约为65万美元

19、万美元，在在2000万年内万年内，它既不会少它既不会少1秒也不会多秒也不会多1秒秒NIST F-1 原子钟原子钟 1915.8 2011. 11Norman F. Ramsey1989年诺贝尔奖年诺贝尔奖第36页/共82页米标准原器是米标准原器是19世纪前世纪前的国际标准器，现在的的国际标准器，现在的长度单位定义为长度单位定义为光用光用1/299 792 458秒在秒在真空中传播的长度真空中传播的长度第37页/共82页测量标准的传递测量标准的传递中中国国计计量量院院中中国国测测试试院院国国家家标标物物中中心心授授权权基基准准实实验验室室大大区区国国家家计计量量中中心心省省级级计计量量所所市市（

20、地地）计计量量所所分分站站县县（区区）计计量量所所工工矿矿企企业业、商商店店、研研究究院院所所、医医院院、学学校校等等国国防防计计量量中中心心行行业业计计量量中中心心国国家家专专业业计计量量站站国国家家标标准准级级级级级级工工作作标标准准自上而下逐级传递自上而下逐级传递 图图1-5 量值传递和溯源体系及计量技术机构示意图量值传递和溯源体系及计量技术机构示意图第38页/共82页1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念测量误差定义测量误差定义测量误差的来源测量误差的来源 仪器误差仪器误差 影响误差影响误差 方法误差方法误差 人身误差人身误差 测量对象变化误差测量对象变化误差测量误差的表示方法测

21、量误差的表示方法 绝对误差绝对误差 相对误差相对误差第39页/共82页1.4 1.4 测量信息的获取原理测量信息的获取原理本节中将主要阐述以下基本问题： 信息的含义是什么？ 为什么信息可以被获取？ 信息获取是怎样的过程？ 信息获取过程中采用了哪些基本方法？ 这些方法的实现途径是什么？ 信息获取的限制因素及其克服措施是什么？测量是研究如何获取被测对象 信息的一门科学第40页/共82页信息的概念信息的概念1客体的实有的信息客观信息 某事物客体所具有的信息，是指该客观存在的事物的运动状态及其变化方式的自我表述或自我显示。 客体论的信息是一种客观的存在，不以主体的存在与否为转移，或者无论是否被其主体感

22、受到，都丝毫不影响它的“自我表述”或“自我显示”。 任何事物都具有一定的内部结构，同时处在一定的环境之中，正是这种内部结构和外部环境两者综合作用，决定了事物的具体运动状态和状态变化方式。 但在有时人们很难了解事物的内部结构状况，这时就只能把它看作一个“黑箱”，并通过它的外部联系（如输入/输出关系等外部行为）的状态及其变化方式来获得信息。 第41页/共82页信息的概念信息的概念（续）（续）2主体认识论的信息主观信息 是指主体所感知或表述的关于该事物的运动状态及其变化方式，及有关的形式、含义和效用。 主体认识论层次的信息的内涵比客体论层次信息丰富得多。这是因为作为认识的主体： （1）具有感觉的能力

23、，能够感觉到信息的外在形式。 （2）具有理解能力，能够理解信息的内在含义。 （3）具有目的性，因而能够判断信息对其目的而言的价值。 第42页/共82页信息的概念信息的概念（续）（续）3.全信息是同时考虑了事物运动状态及其变化方式的外在形式、内在含义和效用价值的主体认识论层次信息。 4实在信息、先验信息、实得信息 全信息全信息语义信息语义信息语用信息语用信息语法信息语法信息第43页/共82页测量信息获取的原理框图测量信息获取的原理框图测测量量客客体体客客体体信信息息比比较较标标准准处处理理显显示示规规范范化化信信号号语语法法信信息息量量化化信信息息可可见见信信息息信信息息识识别别语语义义信信息息

24、处处理理语语用用信信息息测测量量人人员员目目标标信信息息激激励励传传感感语语法法信信息息变变换换信信号号信信息息感感知知图图 1-6 测量测量(信息获取信息获取)原理图原理图第44页/共82页信息的感知信息的感知1感知的基本原理 信息感知的基本机制在于要有某种组织或器官能够灵敏地感受到被测对象运动的状态及其变化的方式 信息感知，是感知事物运动的状态及其变化方式，其实质是把客体论层次的信息转换为主体认识论层次的语法信息 信息感知信息感知主体认识论信息主体认识论信息（语法信息）（语法信息）客体层次的信息客体层次的信息（信号信号）yx图图1-7 信息感知原理框图信息感知原理框图第45页/共82页信息

25、的感知信息的感知2感知的基本技术传感器与敏感器 测量的第一个环节是信息的感知。 传感器是感知各种非电信息并把非电量转换为电量输出的器件或装置，它是非电系统与电系统之间的接口，本质上是完成信息载体的转换。 传感器根据转换的效应可分为物理型、化学型和生物型三大类。 例：热敏电阻把被测温度的变化转换为电阻的变化。第46页/共82页风力参数传感器地震检波器反射式光敏传感器磁、气、力敏传感器超声传感器第47页/共82页信息的识别信息的识别1识别的基本原理 识别是把感知的语法信息（信号形式）转换成人们能够理解的语义信息 识别（分类）的基本原理是形式特征的比较。由于信息的类别不同，其形式特征也不相同，因此，

26、理论上信息总是可以分辨（识别）的 识别的原则是：相似而认同，相异而拒斥 由于识别环境存在固有干扰，待识别的信息天然不理想，理论方法不完备和信息类别相似性的表达不完善，因此，无论怎样精巧地设计信息识别系统，完全无差错的识别是不现实的（误差存在的绝对性） 第48页/共82页信息的识别信息的识别2识别的基本技术为了把语法信息（信号）转换人们能够理解的语义信息，须使用信号的比较、变换、处理和显示技术。（1）比较用已知量和未知量比较。（2）变换某些被测量不便于直接比较，无法直接观测而采用了变换。为了获得更高的识别分辨力和精度、更快的速度、更宽的量程而采用变换技术。 例如，雷达测量飞机的距离，采用了把距离

27、变换成时间，通过直接测量电脉冲来回传输的时间来测得距离。（3）信息处理泛指为了各种目的而对信息所进行的变换和加工。 （4）显示原理显示的基本功能是把人眼不可见的信息转化成为可见的信息 第49页/共82页各种测量系统中对处理功能的需求可能很不同，处理内容和复杂程度差异各种测量系统中对处理功能的需求可能很不同，处理内容和复杂程度差异也很大，处理的方法也可能很不一样。也很大，处理的方法也可能很不一样。（1）人工处理方式例：一个模拟式的交流电压表的原理框图，它测量交流电压的有效值。工作原理是被测交流电压经峰值检波器变换成直流电压（AC-DC电压变换），然后经直流电压放大（幅度变换）和电压转换为电流输出

28、（电压-电流变换），去驱动电表指针偏转（电压-指针偏转换变换）。检检 波波放放大大u显显 示示被被 测测 对对 象象测测 量量 人人 员员图图 1-8 交流电压表原理图交流电压表原理图第50页/共82页温温度度压压力力流流量量转转速速水水位位传传感感器器1u1信信号号调调理理U1传传感感器器2u2信信号号调调理理U2传传感感器器3u3信信号号调调理理U3传传感感器器4u4信信号号调调理理U4传传感感器器5u5信信号号调调理理U5多多功功能能切切换换开开关关S/HA/D计计算算机机数数码码管管CRT显显示示打打印印机机绘绘图图仪仪输输出出设设备备数数字字I/OD/A模模拟拟信信号号输输出出图图1

29、-9 数据采集系统原理图数据采集系统原理图第51页/共82页目目的的知知识识库库理理解解与与分分析析信信息息选选择择决决策策语语法法信信息息全全信信息息(3) 智能化处理机器智能人所赋予机器的一种智能智能包含信息、知识、策略和行为四个要素，具有获取有用信息、由信息生成知识（认识）、由知识和目的生成策略（决策）以及实施策略取得效果（施效）等四个方面的能力。图图1-10 学习与决策环节的模型学习与决策环节的模型第52页/共82页1.5 1.5 测量的量值比较原理测量的量值比较原理y1y2y电电量量变变换换（测测量量电电路路）信信宿宿点点非非电电逆逆变变换换（显显示示器器）被被测测量量 x信信源源点

30、点非非电电变变换换（传传感感器器）y1=f1(x)221( )yf y 32( )yf y 测量最基本的原理是比较，比较是认识和区别被测对象的一种重要方法。测量是通过比较来取得一个定量的认识 基于比例变换的间接比较法（偏转法）1.比例变换的原理（1）三种类型的子变换：A321 ( )( )yfff xf x图图1-11 偏转法偏转法(直读法直读法)测量原理测量原理第53页/共82页基于比例变换的间接比较法基于比例变换的间接比较法（续）（续） 例：弹簧秤是偏转法直读式仪器的一个简单例子。被测重物放在弹簧秤上，把物体的重量变成弹簧的弹性形变。然后，形变带动机械式仪表的指针成比例的偏转，指示出被测物

31、体的重量。直读式直读式电压表电压表 图图1-12 偏转法偏转法(间接法间接法) 直读式弹簧称和直读式电压表直读式弹簧称和直读式电压表第54页/共82页基于比例变换的间接比较法基于比例变换的间接比较法（续）（续）（2）间接比较方法 步骤为校准 测量 （a) 测零点值（a) 测零点值非电电变换非电电变换 K1主体主体电非电变换电非电变换 K3电电变换电电变换 K2传感器传感器变换电路变换电路显示器显示器（b) 测标准量（b) 测标准量非电电变换非电电变换 K1主体主体电非电变换电非电变换 K3电电变换电电变换 K2传感器传感器变换电路变换电路显示器显示器（c) 测未知量（c) 测未知量非电电变换非

32、电电变换 K1主体主体电非电变换电非电变换 K3电电变换电电变换 K2传感器传感器变换电路变换电路显示器显示器0 x0ysyxysx xxs图图1-14 间接比较法的过程间接比较法的过程第55页/共82页基于差值示零的直接比较法基于差值示零的直接比较法1.差值测量原理:被测量与标准量直接进行比较 需要一个具有比较功能的电路，要求比较的范围宽、灵敏度和分辨力高； 需要一个与被测量同类的可变标准量参与比较，要求标准量准确且可细微调节。 比较功能可由运算功能来实现 有两种方式：(1)差值运算比较 (2)比例运算比较 xsy比较电路比较电路被测量被测量标准量标准量图图1-15 量值比较原理图量值比较原

33、理图第56页/共82页基于差值示零的直接比较法基于差值示零的直接比较法2. 差值示零的平衡调节（1）零示法原理: xs 图图1-16 直接比较直接比较(零示法零示法)原理图原理图第57页/共82页基于差值示零的直接比较法基于差值示零的直接比较法（续）（续）（2）实现平衡调节的结构K1K2减减法法比比较较或或比比例例比比较较K3变变换换变变换换变变换换指指示示器器 uxusy0 0 xs（a a) ) 双双通通道道对对称称输输入入结结构构mu或 当当 则则skkx1212kk x s 第58页/共82页基于差值示零的直接比较法基于差值示零的直接比较法（续）（续） 对称差动的桥式结构 (b) 对称

34、桥式结构(b) 对称桥式结构s sx激励源激励源y=0y=02r1r当当 时，时， 12rxsr 12rr xs 第59页/共82页1.6 1.6 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术变换技术变换技术 比较技术比较技术处理技术处理技术显示技术显示技术第60页/共82页电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术1.量值变换 信号放大与衰减 阻抗变换第61页/共82页电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术( (续）续）2.频率变换 (1) 检波 (2) 斩波 (3) 变频 (4) 倍频 (5) 分频 (6) 合成 (7) 取样第62页/共82页3.波形变换（1）整形 （2）限幅 （3）

35、微分（4）合成 （5）变换第63页/共82页4 参量变换（1）AV变换（2）V/F变换（3）V/T变换（4）网络参数的变换第64页/共82页电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术( (续）续）5.能量变换 能量变换是泛指其他多种形式的物理量与电学量之间的变换。传感器就是能量变换器，即从非电量变换成电量6.模/数和数/模变换第65页/共82页例 试以数字多用表测量交流电流为例，阐述变换技术在电子测量中的应用。 交流电流/交流电压的变换；交流电压/直流电压的变换；直流电压的幅值变换；模拟/数字的变换；BCD码/七段码的码制变换；显示器件的电/光转换。I/VAC/DC放放大大或或衰衰减减A/DBC

36、D/七七段段码码数数码码显显示示i第66页/共82页电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术1.比较的基本概念 被测量为x、标准量为s、比较电路输出为y。 当xs时，y=YH 当x=s 时，y出现一个跃变信号被测量被测量标准量标准量xs比比较较电电路路yyHyL0ysx第67页/共82页电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术( (续续) )（1）比较的基本类型：标量比较它只识别两个同类的未知量是否相等，例如两个炉子温度是否相等，矢量比较它识别一组同类的未知量的相对大小，并按照由大到小（或由小到大）的顺序排列起来。差值比较利用具有减法运算功能的比较电路，取出两个未知量之间的间隔大小（差值），并

37、对差值进行比较。比值比较它选择某个点作为参考点，将每次测量值除以参考值，确定它们的相对大小。例如，在一组测量值中以最大测量值作参考，得到测量值以百分数表示。量化比较被测未知量与标准单位量比较，确定它是该单位的若干倍或是若干分之一。A/D转换器是基于量化比较的典型部件。第68页/共82页电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术( (续续) )2.电压比较 (1) 电平比较 (2) 差值型比较 (3) 比例型比较第69页/共82页电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术( (续续) )3.阻抗比较 电桥电路具有对称差动的电路结构，是一种电量天平，可以十分方便地实现差值检测和比例比较的功能。 电桥电

38、路具有灵敏度高、测量范围宽，温度补偿容易实现，测量电路的零点调节方便。（a a）比例臂电桥）比例臂电桥 （b b）有源电桥）有源电桥 （c c）电压电桥）电压电桥 （d d）电流电桥）电流电桥第70页/共82页电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术( (续续) )4.频率（时间）比较 时间差值比较：用R-S触发器可实现时差的比较 R-S 触触发发器器tAtBQS RtBtAT 第71页/共82页电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术( (续续) )5. 相位比较使用鉴相器6. 数字比较第72页/共82页电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术 信号运算与处理是电子测量中的基本技术 浅层的信

39、息处理基本上属于对信息的形式化关系所作的变换或处理，仅仅利用了语法信息的因素。例如，在测量交流电压的平均值、峰值、有效值时，需要对信号进行加、减、乘、除、平方、开方、平均、取绝对值、峰值等运算与处理。 深层信息处理（特别是直接与优化、决策、认知等相联系的信息处理）的目的是为了要从原始信息中获得相关的“知识” 运算电路分为模拟运算电路和数字运算电路两大类 第73页/共82页电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术( (续续) )1. 基本模拟运算 运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸如比例、加减、微分、积分、对数、指数和乘除等电路 （1）四则运算电路 （2）积分和微分电路（3）有源滤波器第74页/共82页电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术(