电子测量Chapter 4数字测量方法--101028

1、Chapter 4，数字测量方法，4.1电压测量的数字化方法4.2直流数字电压表4.3多用途数字电压表4.4频率测量4.5小时测量4.6相位测量，4.1电压测量的数字化方法，数字测量将连续模拟量转换为离散数字量，然后进行编码、存储、显示和打印等。进行数字化处理比较方便的量是直流电压和脉冲(或交流)频率。所述测量仪器是数字电压表(DVM)和电子计数器(通常是计数式频率计)。* DC DVM的测量原理，*集成数字仪表的测量原理，4.2 DC数字电压表，1，DVM的特性：1数字显示器2精度高3范围转换灵活性：自动转换，手动转换分辨率高测量速度快输入阻抗高抗干扰能力，2，DVM的主要1。连续近似，2

2、.并行比较/串行并行，3 .积分型，4。-调制，5 .电容器阵列连续比较型6。压力频率转换，1 .并行比较型DVM工作原理，(1)如果电路输入电压高于任何文件的基准电压，则任何比较器输出高电平，但比较器后有优先编码器，因此仅对最高水平比较器输出的高电平进行编码。右图为3位并行A/D转换器。将基准电压设置为8V，比较器另一侧的分段电压为1V、2V、3V、4V、5V、6V和7V。当第一个样本到达时，如果输入模拟大于3V，则所有三个比较器均输出高电平，但是首先，编码器仅编码两端连接有3V分段电压的比较器的输出，输出数为011。这样，有以下表格：(2)特征优点：转换速度快。缺点：转换位数越多，比较器的

3、数量就越多。n位AD转换器需要2n-1比较器。2连续比较DVM工作原理，(1)特征优点：转换速度慢。缺点：转换电路相对细化。(2)电路，(3)示例DVM四次比较，基准Ur=1V，输入Ui=0.68V，放大器积分输出：操作过程：持续时间：时序积分，T1=T2-T1；持续时间：设置点，从T2开始，在0结束；时钟频率为F时，T2期间的脉冲数：(2)基本原理：(1)电路结构，3双集成DVM工作原理，(2)应用电路：由复合块7106组成的3位半数字电压表的典型电路图4U-F F-U电路两者循环，直到动态平衡UO和F输出。如果放大器的增益足够大，则为U0，UX UF。因为UF与F成正比，UX是F，即UX

4、kF，(2)特征U/F类型A/D转换器使用了很多电压反馈形式。较好的抗干扰能力、准确度及输入阻抗高。其中，(3)原理电路，(4)应用电路：还原型UF转换器电路1，还原型UF转换器电路2，3，DVM的测量误差：DVM的固有误差，通常用以下两种方式表示：其中aUX是相对值，与仪器中每个单位电路的不稳定性有关。b UX是不随读数变化的整体误差，由量化误差和零点误差等组成。量化是用有限数量的数字表示本来具有无限数量值的模拟量的过程。零点偏移在DVM中经常出现在最后一个数字上，就像磁压表上的机器零点没有调整一样。总误差与测量的电压大小无关，与采集的范围有关，经常用正负几个字表示。为了避免万度误差对测量结

5、果的影响，应选择适当的范围，以便尽可能显示测量目标电压。示例：用特定类型的DVM测量0.5V电压，使用200 V范围时显示000.52V，显示总误差2个字，误差影响很大。使用2 V范围时，可以显示0.5002，此时万度误差为2个字，误差小得多。与其他仪器一样，DVM除了上述固有误差外，还有影响误差等。例如，由：输入阻抗、环境温度等引起的错误。是，示例3360 P145示例1，校准教材P145的“综合说明”，4.3多用途数字电压表，*多用途表配置：1，交流电压直流电压转换器：模拟电压表使用二极管构成的平均值和峰值检波电路驱动直流微安培指针偏转。由于二极管非线性特性和阈值电压VT的影响，如图(B)

6、所示，检测输出的线性度不好，因此该检波器是非线性的。输出电压瞬时值uo与交流输入电压瞬时值ui具有以下关系：ui较低时，大多数在非线性二极管压降UDV，ui UT=0.6V时消耗。Uo=0，测量变换不允许此扭曲。(b)，1。直接二极管检测：1)使用运算放大器半波检测原理。利用运算放大器的高增益补偿二极管正向管压降。如果运行A1的开环增益K01105，则二极管VD1的压力降低到UT=0.6V，输入产生的等效电压损失为：作为这种补偿，VD1的等效正向压降减小到6V，二极管可以被视为理想的检波器，在输入和输出之间出现良好的线性。图(d)中所示。2 .运算半波检查：2)使用运算半波检查实用电路：其中：

7、输入交流电压进入负半波时，由VD2，R3形成负反馈信道。检验等级的增益由R1R2的比率确定，在此电路中，两个电阻均为10k，增益为L。正半波通过VD1通过半波检波完成AC-DC转换作用。3 .无线电波：输入信号为正时， ui 0、VD2传导VD1关闭。半波检测电路输出如下：加法电路将ui和uo1两个电压相加。输出电压为：rlr 2r 3r 5=2R4:uo=ui，输入信号为负时ui 0，VD2阻止VD1传导。Uo1=0，加法电路A2的输出电压为：A2的两个电压输入：2，电阻直流电压转换器：R-U转换电路1:2，电阻直流电压转换器：与二重积分DVM相符的R，然后sspRx与UX成比例，UX与T2

8、成比例。将Rx转换为T2后，可以使用脉冲计数实现Rx的数字显示。将采样电阻连接到放大器的反馈电路上，若省略点：3，直流电流直流电压转换器：I-U转换电路A:使测量的电流通过标准电阻，然后使用直流DVM测量电阻的电压，就可以进行此转换。I-U转换电路B:由3位半DVM组成的简单数字电流表电路。I-U转换电路C:一，时间和频率标准，时间和频率测量的一个重要特征是时间永远不会消失。严格寻找以相同间隔重复的周期现象成为制定时间和频率标准的首要问题。早些时候，地球自转满足这些要求的频率源，地球自转决定的时间计量表被称为世界。(威廉莎士比亚，自转，自转，自转，自转，自转，自转)以后，人们开发了根据太阳测量

9、时间的计时系统，这个计时系统的准确度比世界上的更高。科学技术的发展对时间测量的准确性提出了越来越高的要求。为了满足这些要求，国际天文学会定义了以地球围绕太阳公转为基准的计时系统(立场车站ET)。1952年9月，国际天文学会第八届大会通过了立场车站时的正式定义。该计时系统使用回归年长度作为测量时间单位，从1900年1月1日0点(ET)开始，将“秒定义为1900年开始时以地球公转平均角速度计算的回归年1315569259747”为立场车站秒。86400立场车站初被规定为历书日。立场车站秒可以看作是“秒”的第二个定义，并在1960年第11届计量大会上获得了认可。4.4频率测量，地面上的每个管切点都有

10、自己的子午圈，在同一时刻，根据经度，观察点可能有不同的视觉值。通常直接测量这种天文视点的世界称为地方时，用UTo记录。在此基础上，修改了地球极移的影响，根据UT1: UT1修改了季节变化的影响，产生了UT2。它的稳定度比世界时高了两个等级，达到了10-9的水平。1 .原子频率的基本原理根据量子理论，原子或分子只能处于一定的能量水平，其能量不能继续变化，只能跳跃。从一个能量级转移到另一个能量级时，以电磁波的形式发射或吸收能量，其辐射频率F严格地决定于两个能量级之间的能量差。也就是说，这种现象是微观原子或分子固有的，非常稳定。如果你想激励圆或分子，就能得到相应的稳定准确的频率。这是原子频率标准的基

11、本原理。h是普朗克常量。e是过渡能级之间的能量差异。1967年第13届国际计量大会通过了新原子秒的定义。秒是与铯Cs133原子的基态有两个超精密能量馈电时对应于相应辐射的9192631770周期的周期。原子时的瞬间起点是1958年1月1日0点。铯原子钟的准确度已经高于10-14 10-15级。这相当于数十万年，甚至一百万年的1s。铯原子钟分为大铯钟和小铯钟，两种原理相同。大铯表都放在专用实验室，以频率为基准。小铯表可以用作良好的频率操作标准。2 .铯原子钟，3。氢原子钟氢原子钟也称为氢原子刺激器。从氢原子中提取高能级原子，送到谐振腔，当原子从高能级转移到低能级时，可以发射正确频率的电磁波，用作

12、频率基准。氢是手表的短期稳定性很好，可以达到10-14 10-15级。但是，由于存储气泡墙移动效果等的影响，精度只能达到10-12级。4 .钚原子钟是体积小、重量轻、便于携带的原子频率标志，受老化频率移动等影响，准确度约为10-11度，只能用作工作标准。5.离子存储频率标准离子存储频率标准，也称为离子陷阱频率标准，这种频率标准的主要问题是，由于存储的离子与残留气体的碰撞导致的碰撞频率移动和存储的离子数量较少，信噪比低。离子钚频率的准确度预计达到10-15 10-16级以上。从基本原理和技术方案来看，离子频率标记确实有很大的发展潜力，可以成为未来的时间频率标准。我国陕西天文台是规模大的现代化时限

13、中心，有爆破时间和频率的专用电台。舞台内有氢原子钟和西原子钟，成为我国原子时间标准。能维持3万年以上，才能保持1s的偏差。中央人民广播电台的北京时间报时声是在陕西天文台给北京天文台时间，通过中央人民广播电台播出的。6 .频段的划分在国际上分为极低频、超低频率、30kHz以上每10倍低、中、高、极高、超高、超高频段。在微波技术中，根据波长(m)300/f (MHz)分为米/分米/厘米/毫米波。在一般电子技术中， 20Hz 20kHz频段称为音频，20Hz 20MHz频段称为视频，30kHz数十GHz频段称为无线电频率。当然，这种界限只是粗略的划分。在电子测量技术中，一种分割方法以30kHz为边界

14、，这称为低频测量，这称为高频测量。另一种划分方法以100kHz(或lMHz)为界限，这称为低频测量，这称为高频测量(通常正弦波信号发生器是这样划分的)。我们采用了后一种区分。，现在使用了很多电子计数器频率。具有测量精度高、速度快、自动化程度高、操作简便、数字直接显示等特点。特别是与微处理器相结合，实现了控制化和智能化，构成了智能计数器。目前，电子计数器几乎取代了模拟测量仪。2，频率测量方法，3，电子计数频率计，1。计数频率计的频率测量原理，频率是每秒信号变化的次数。在正确的时间计算信号变化，就可以进行频率测量。2 .时间基准的生成通用频率计通常使用频率稳定性好的石英晶体谐振器生成此时间基准，这

15、可以在短时间内达到频率稳定度10-9的水平。石英振荡器产生的脉冲周期为T0，通过一系列分频，可以获得一些标准时间标准，例如10毫秒，0.1S，l S，10S。T N0 T0，N0是包含以时间为基础的T内晶体本身振动周期的整数倍数。只要分频数正确，N0是正确的数字，基于时间的T就是稳定的值。3 .计数频率计配置，块1:块23360，4。应用实例，4，电子计数器主要技术指标，(1)测量范围：电子计数器的测量范围非常大，可以在mHz 1010Hz范围内测量。(2)晶体振荡器的频率稳定性：使用可用频率精度、每日频率移动、超频率稳定性、温度影响误差、电压影响误差和负载影响误差等指标，完整地说明了晶振的性能。频率稳定性通常在10-6 10-9范围内。(3)输入特性1)合并方法：交流联接器和直流联接器。2)触发级别和极性：发展和极性共同决定输入信号的触发点，触发级别必须有一定的曹征范围，触发极性可以选择。3)输入电压范围。确保正常运行的最小输入电压称为输入灵敏度，大部分为10 100mV。还必须定义最大输入电压。4)输入阻抗：由输入电阻和输入容量两部分组成。5)波形适应性。包括正弦、脉冲和其他信号的适应性。(