现代电子测量及实验技术(第一部分)

1、现代电子测量与实验技术现代电子测量与实验技术北京理工大学信息技术学院电子工程系北京理工大学信息技术学院电子工程系教学教学目的目的 学习和了解电子测量的基本知识及其技术发展方向；学习和了解电子测量的基本知识及其技术发展方向；掌握主要电子测量仪器的基本原理、功能与操作使用；掌握主要电子测量仪器的基本原理、功能与操作使用；熟悉一些基本电参量的测量方法。熟悉一些基本电参量的测量方法。 参考资料参考资料电子测量电子测量 刘国林、殷贯西等编著，机械工业出版社刘国林、殷贯西等编著，机械工业出版社现代电子测试技术现代电子测试技术 陈光禹主编，国防工业出版社陈光禹主编，国防工业出版社电子测量仪器实用大全电子测量

2、仪器实用大全管致中主编，东南大学出版社管致中主编，东南大学出版社 TEKTEK、AgilentAgilent等仪器厂商的仪器使用说明书和发布的资料等仪器厂商的仪器使用说明书和发布的资料基本知识与电子测量技术的发展基本知识与电子测量技术的发展 现代电子测量与实验技术（第一部分）现代电子测量与实验技术（第一部分）一一. . 电子测量所涉及的范围电子测量所涉及的范围 电能量的测量，如电压、电流和功率等电能量的测量，如电压、电流和功率等元器件和电路参数的测量，如电阻、电感、品质因数等元器件和电路参数的测量，如电阻、电感、品质因数等电信号特性的测量，如信号的波形、失真度等电信号特性的测量，如信号的波形、

3、失真度等电子电路性能的测量，如增益、灵敏度和噪声系数等电子电路性能的测量，如增益、灵敏度和噪声系数等特性曲线的测试，如幅频特性曲线、相频特性曲线等特性曲线的测试，如幅频特性曲线、相频特性曲线等 二二. . 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 基本分类基本分类 ：专用仪器专用仪器 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、光纤测试仪器等；色信号发生器、光纤测试仪器等；通用仪器通用仪器 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、逻辑分析仪等；示波器、逻辑分析仪等； 二二. . 电子测

4、量仪器的分类电子测量仪器的分类 按工作频段分：按工作频段分： 超低频、音频、视频、高频和微波仪器超低频、音频、视频、高频和微波仪器按电路原理分：按电路原理分： 模拟式和数字式模拟式和数字式按使用条件分：按使用条件分： I I、IIII、IIIIII组仪器组仪器 二二. . 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 I I组仪器为高精度仪器组仪器为高精度仪器 工作温度为工作温度为10 10 3030，湿度为，湿度为20207575RHRH（3030时），使用时只允许有轻微振动；时），使用时只允许有轻微振动；二二. . 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 IIII组仪器组仪器 工作环境为工作环境为0

5、 04040，湿度为，湿度为202090%90%RHRH（4040时），时），使用中允许有一般的振动和冲击使用中允许有一般的振动和冲击 通用仪器应符合该组要求；通用仪器应符合该组要求；二二. . 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 IIIIII组仪器组仪器 可工作在室外环境，要求温度为可工作在室外环境，要求温度为-10-105050，湿度，湿度为为5 590%90%RHRH（5050时），在运输过程中允许受到振动与时），在运输过程中允许受到振动与冲击。冲击。 二二. . 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 按功能分：按功能分：信号发生器信号发生器 用来产生测量所需的各种波形的信号，如信号源

6、等用来产生测量所需的各种波形的信号，如信号源等信号分析仪器信号分析仪器 用来观测、分析和记录各种电参量的变化，包括时域、频用来观测、分析和记录各种电参量的变化，包括时域、频域、数字域及调制域的分析仪器，如示波器等域、数字域及调制域的分析仪器，如示波器等频率和相位测量仪器频率和相位测量仪器 用来测量电信号的频率、时间间隔和相位，如频率计等；用来测量电信号的频率、时间间隔和相位，如频率计等； 二二. . 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 按功能分：按功能分：网络特性测量仪器网络特性测量仪器 用来测量电气网络的各种特性，如网络分析仪等；用来测量电气网络的各种特性，如网络分析仪等；电子元器件参数测

7、试仪器电子元器件参数测试仪器 用来测量各种电子元器件的电参数或显示特性曲线，如用来测量各种电子元器件的电参数或显示特性曲线，如晶体管参数测试仪等；晶体管参数测试仪等；二二. . 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类按功能分：按功能分： 电波特性测试仪器电波特性测试仪器 用来对电波传播、电磁场强度、干扰强度等参量用来对电波传播、电磁场强度、干扰强度等参量进行测量，如场强测试仪和进行测量，如场强测试仪和EMCEMC测试仪等；测试仪等； 辅助仪器辅助仪器 用于配合上述仪器的使用对信号进行放大、检波、用于配合上述仪器的使用对信号进行放大、检波、隔离和衰减等，如放大器、衰减器、检波器、滤波器隔离和衰减等

8、，如放大器、衰减器、检波器、滤波器和各种交直流电源等。和各种交直流电源等。 三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 校准的定义校准的定义 将一台精度已知的仪器（标准仪器）与一台未知将一台精度已知的仪器（标准仪器）与一台未知精度的仪器（被校准仪器）进行比较的过程称为仪器精度的仪器（被校准仪器）进行比较的过程称为仪器的校准。的校准。校准方法校准方法 直接比较法和间接比较法。直接比较法和间接比较法。 三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 直接比较法直接比较法 仪表和信号发生器都是测试仪器，它们可以互相比仪表和信号发生器都是测试仪器，它们可以互相比较，如偏离度超过允许范围即认为仪

9、器超差。较，如偏离度超过允许范围即认为仪器超差。 即如校准一台仪表，则需要一台标准信号发生器，即如校准一台仪表，则需要一台标准信号发生器，校准发生器则需要一台标准仪表。校准发生器则需要一台标准仪表。 三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 仪表仪表信号发生器信号发生器测试仪器测试仪器标准仪器标准仪器仪表校准框图仪表校准框图三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 信号发生器信号发生器仪表仪表测试仪器测试仪器标准仪器标准仪器信号发生器校准框图信号发生器校准框图三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 信号发生器信号发生器仪表仪表标准仪器标准仪器标准仪器标准仪器信号变换器

10、校准信号变换器校准信号变换器信号变换器三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 间接比较法间接比较法 标准仪表与测试仪表进行比较标准仪表与测试仪表进行比较 标准信号发生器与测试信号发生器进行比较标准信号发生器与测试信号发生器进行比较 标准信号变换器与测试信号变换器进行比较标准信号变换器与测试信号变换器进行比较 三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 测试仪表标准仪表信号发生器仪表校准框图仪表校准框图三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 测试信号发生器标准信号发生器标准仪表信号发生器校准框图信号发生器校准框图三三. . 仪器校准的基础知识仪器校准的基础知识 信号发生

11、器测试信号变换器标准仪表信号变换器校准框图信号变换器校准框图标准信号变换器M1M2测 试 值 = 标 准 值M1/M2四四. . 测试技术与仪器的发展测试技术与仪器的发展 第一阶段：模拟仪器第一阶段：模拟仪器 其基本结构是由模拟电路或电磁机械式的，如指针式万其基本结构是由模拟电路或电磁机械式的，如指针式万用表，模拟示波器等。用表，模拟示波器等。第二阶段：数字化仪表第二阶段：数字化仪表 将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出测量结果，适用于快速响应和较高精度的测量，如数字输出测量结果，适用于快速响应和较高精度的测量，如数字电压表、数字

12、示波器等。电压表、数字示波器等。四四. . 测试技术与仪器的发展测试技术与仪器的发展 第三阶段：智能仪器第三阶段：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。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，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。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。目前大部数字化仪器都属于智能仪器。四四. . 测试技术与仪器的发展测试技术与仪器的发展 第四阶段：虚拟仪器第四阶段：虚拟仪器（VI,Virtual Instr

13、uments） 虚拟仪器的概念（虚拟仪器的概念（VI,Virtual Instruments）是美国国家是美国国家仪器仪器(NI,National Instruments)公司与公司与1986年提出的。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，提出了样，它强调软件的作用，提出了“软件就是仪器软件就是仪器”的概念。的概念。五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 定义定义 能自动进行测量、数据处理和传输，并

14、以适当方能自动进行测量、数据处理和传输，并以适当方式显示或输出测试结果的系统称为自动化测试系统式显示或输出测试结果的系统称为自动化测试系统（ATSATS） 在自动化测试系统中，所有测试工作都是在预先在自动化测试系统中，所有测试工作都是在预先编制好的测试程序统一控制下自动完成的。编制好的测试程序统一控制下自动完成的。 五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 发展：发展： 自动化测试系统的发展阶段大致可以按构成方自动化测试系统的发展阶段大致可以按构成方式分为三代。式分为三代。 五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 第一代自动化测试系统第一代自动化测试系统 第一代自动化测试系统多为第一代自动化

15、测试系统多为专用系统专用系统，通常是针对，通常是针对某项具体的任务而设计的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，其接口也是专用的控制器，其接口也是专用的。 第一代自动化测试系统的第一代自动化测试系统的通用性很差通用性很差。 五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 第一代自动化测试系统第一代自动化测试系统 自动驾驶仪校 准信号转台电源气源脉冲源时控部分译码器显示器打印机存储器运算器A/D变换器舵传感器转换元件数字逻辑控制电路程序存储器某导弹自动驾驶仪自动测试系统方框图五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 第

16、二代自动化测试系统：第二代自动化测试系统： 第二代自动化测试系统采用第二代自动化测试系统采用了了标准化的通用可程控标准化的通用可程控测量仪器接口总线测量仪器接口总线（GPIBGPIB）、可编程的仪器和测试控制可编程的仪器和测试控制计算机计算机. . 第二代自动化测试系统的设计、使用和组装都比较第二代自动化测试系统的设计、使用和组装都比较容易。容易。 五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 第二代自动化测试系统的基本结构第二代自动化测试系统的基本结构： 接口总线（GPIB）测控计算机激励信号源程控测试仪器显示与记录设备被测对象五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 第二代自动化测试系统的集成

17、步骤第二代自动化测试系统的集成步骤 ： 确定问题，即提出测试任务和解决办法；确定问题，即提出测试任务和解决办法；进行测试仪器的选择，选择系统构成所需的程控仪器；进行测试仪器的选择，选择系统构成所需的程控仪器；选择控制器，即计算机；选择控制器，即计算机；设计被测装置的测试接口；设计被测装置的测试接口；组建自动测试系统；组建自动测试系统；编写测试程序和测试系统文件。编写测试程序和测试系统文件。 五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 第三代自动化测试系统第三代自动化测试系统 第三代自动测试系统的概念是第三代自动测试系统的概念是7070年代末提出的，其年代末提出的，其设计的目标是：设计的目标是： 充分发挥计算机的能力，取代电子设备的大部分功充分发挥计算机的能力，取代电子设备的大部分功能，使之成为测量仪器不可分割的组成部分，与整个系能，使之成为测量仪器不可分割的组成部分，与整个系统融为一体统融为一体； 整个自动测试系统简化到仅由整个自动测试系统简化到仅由计算机、通用硬件和计算机、通用硬件和应用软件应用软件三部分组成。三部分组成。 五五. . 自动化测试系统自动化测试系统 第三代自动测试系统的特点第三代自动测试系统的特点计算机或测