第一章测量的基本原理.ppt

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1、福建师范大学福清分校福建师范大学福清分校电信专业电信专业课程简介一一.测测量量总总论论及及误误差差理理论论 测测量量的的基基本本概概念念、技技术术方方法法及系统组成，误差理论和数据处理等。及系统组成，误差理论和数据处理等。二二.基本电参量测量基本电参量测量频率、电压、阻抗等频率、电压、阻抗等三三.时域测量时域测量时域信号波形的采集、显示应用技术。时域信号波形的采集、显示应用技术。四四.频域测量频域测量频域中的信号频谱和网络性能的测量频域中的信号频谱和网络性能的测量五五.数域测量数域测量数字系统的基本测量原理和方法。数字系统的基本测量原理和方法。六六.测测量量系系统统集集成成测测量量系系统统的的

2、硬硬件件平平台台、软软件件平平台台、总线标准、通信技术等。总线标准、通信技术等。1.1 1.1 测量的基本概念测量的基本概念日常生活中处处离不开测量日常生活中处处离不开测量科学的进步和发展离不开测量科学的进步和发展离不开测量没有望远镜就没有望远镜就没有天文学，没有天文学，没有指南针就没有指南针就没有航海事业没有航海事业 第第1 1章章 测量的基本原理测量的基本原理 1.1.1 测量的意义测量的意义生产发展离不开测量生产发展离不开测量 农业需要丈量土地、衡量谷物，产生了长度、农业需要丈量土地、衡量谷物，产生了长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，

3、出现了时间测量，天文测量。现了时间测量，天文测量。工业也处处离不开测量工业也处处离不开测量 例如，一个飞机需要约例如，一个飞机需要约30003000个测量点个测量点1.1.2 1.1.2 测量的定义测量的定义 1.1.狭义测量的定义狭义测量的定义 测测量量是是为为了了确确定定被被测测对对象象的的量量值值而而进进行行的的实实验验过过程程。在在测测量量过过程程中中，人人们们借借助助专专门门的的设设备备，把把被被测测对对象象直直接接或或间间接接地地与与已已知知单单位位进进行行比比较较，取取得得用用数值和单位共同表示的测量结果。数值和单位共同表示的测量结果。测量结果测量数值测量结果测量数值.测量单位，

4、测量单位，即：即：测量的内涵测量的内涵 测量对象测量对象：被测客体中的相应的量值信息；：被测客体中的相应的量值信息；测量目的：从被测对象取得一个定量的认识测量目的：从被测对象取得一个定量的认识测量过程测量过程:通过实验去认识对象通过实验去认识对象 测量方法测量方法：比较；：比较；A.A.直接比较直接比较 B.B.间接比较；间接比较；C.C.需要测量仪器；需要测量仪器；测量标准测量标准：同类已知单位。：同类已知单位。测量结果测量结果：最终能表示给测量主体（人）：最终能表示给测量主体（人）被测物体的重量等于标被测物体的重量等于标准砝码的重量准砝码的重量被被测测物物体体的的重重量量从从度度盘盘上上读

5、读数数，因因为为，弹弹簧簧秤秤度度盘盘上上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。的刻度是事先与标准量进行比较的结果。2.2.广义测量的定义广义测量的定义 广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。定位的测量。例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。源测定、卫星定位等。测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图

6、像来显示维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。括信息的感知和信息识别两个环节。1.1.3 1.1.3 测量的组成测量的组成1.1.测量的测量的 5 5 要素要素 被测对象被测对象 测量仪器测量仪器 测量技术测量技术 测量人员测量人员 测量环境。测量环境。2.2.测量过程测量过程基本要素之间的互动关系基本要素之间的互动关系论证阶段：论证阶段：测量的主体（测量人员）根据测试任务的测量的主体（测量人员

7、）根据测试任务的要求、被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况，要求、被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况，拟定合理的测试方案。拟定合理的测试方案。设计阶段：设计阶段：选择测试仪器，组建测试系统。制定出测选择测试仪器，组建测试系统。制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序）试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序）实施阶段：实施阶段：对仪器和系统实施测试操作（发控制命令）对仪器和系统实施测试操作（发控制命令），按照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据；分，按照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据；分析测量误差并显示测量出结果。析测量误差并显示测量出结果。3.3.被测对象被测对象信息信息

8、 广广义义的的测测量量是是信信息息的的获获取取，它它反反映映了了事事物物的的运运动动的的状状态态及其变化方式。它又分为自然信息和社会信息两大类。及其变化方式。它又分为自然信息和社会信息两大类。4.4.测量仪器系统测量仪器系统量具和仪器量具和仪器 测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等5.5.测量的主体测量的主体测量人员测量人员 手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成 自自动动：测测量量主主体体交交给给智智能能设设备备（计计算算机机等等）完完成成，但但测测量策略、软件算法、程序编写由测量人员事先设

9、计好。量策略、软件算法、程序编写由测量人员事先设计好。6.6.测试技术测试技术 测测量量中中所所采采用用的的原原理理、方方法法和和技技术术措措施施，总总称称为测试技术。为测试技术。7.7.测量环境测量环境 测量环境是指测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。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（工作射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数电压、源阻抗、负载阻抗、地

10、磁场、雷电等）的数值、范围及其变化，它会对被测对象产生影响。值、范围及其变化，它会对被测对象产生影响。1 12 2 计量的基本概念计量的基本概念 为为使使在在不不同同的的地地方方，用用不不同同的的手手段段测测量量同同一一量量时时，所所得得的的结结果果一一致致，就就要要求求统统一一的的单单位位、基准、标准和测量器具基准、标准和测量器具。1.2.1 1.2.1 计量的定义和意义计量的定义和意义1.计量的定义计量的定义 计量是把被测量与国家计量部门作为基准计量是把被测量与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与或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否，并

11、给出具有法律效力的检定证书检定证书。计量是利用技术和法制手段实现单位统一计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。和量值准确可靠的测量。计量的三个主要特征是计量的三个主要特征是统一性、准确性和法统一性、准确性和法制性制性。1 12 22 2 单位和单位制单位和单位制根据定义而令系数为根据定义而令系数为1 1的量称为单位。的量称为单位。单位是表征测量结果的重要组成部分，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。又是对两个同类量值进行比较的基础。19601960年年第第十十一一届届国国际际计计量量大大会会上上正正式式通通过过国国际际单单位制位制SISI。1

12、9841984年年2 2月月国国务务院院颁颁布布了了中中华华人人民民共共和和国国法法定定计计量量单单位位，决决定定我我国国法法定定计计量量单单位位以以国国际际单单位位制为基础。制为基础。SISI有有7 7个基本单位个基本单位1.1.国际单位制（国际单位制（SISI）的组成的组成国国际际单单位位制制词词头头表表示示使使单单位位增增大大或缩小的十进倍数。或缩小的十进倍数。1 12 23 3 基准和标准基准和标准 基基准准用用来来复复现现某某一一基基本本测测量量单单位位的的量量值值，只只用用于于鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。(1)(1)一一级级基基准准，又又

13、称称主主基基准准和和国国家家基基准准。具具有有最最高高水平的基准。一个国家只有一个。水平的基准。一个国家只有一个。(2)(2)二二级级基基准准，又又称称副副基基准准。量量值值精精度度由由主主基基准准确确定定，用用以以代代替替主主基基准准向向下下传传递递或或代代替替主主基基准准参参加加国国际际比对比对 (3)(3)三三级级基基准准，又又称称工工作作基基准准。用用来来直直接接向向下下属属标标准准量量具具进进行行量量值值传传递递，用用以以检检定定下下属属计计量量标标准准量量具具的的精确度。精确度。标标准准根根据据工工作作基基准准复复现现出出不不同同等等级级的的便便于于经经常常使使用的计量标准量具或仪

14、器。用的计量标准量具或仪器。计计量量标标准准的的准准确确度度等等级级在在工工作作基基准准之之下下，工工作作计计量量器具之上。器具之上。按精度高低又分为一级标准、二级标准和三级标准。按精度高低又分为一级标准、二级标准和三级标准。通通过过这这些些标标准准经经常常性性地地对对日日常常工工作作仪仪器器进进行行检检定定，确定其量值的精确度大小。确定其量值的精确度大小。除标准器具外，还有标准物质。除标准器具外，还有标准物质。（1 1）计计量量器器具具：能能用用以以直直接接或或间间接接测测出出被被测测对对象象量量值值的的量量具具、计计量量仪仪器器和和计计量量装装置置都都统统称称为为计计量量器器具具。计计量量

15、器器具具按按作作用用可可分分为为计计量量基基准准、计计量量标标准准和工作计量器具三类。和工作计量器具三类。（2 2）计计量量标标准准器器具具：准准确确度度低低于于计计量量基基准准，用用于于检检定计量标准或工作计量器具的计量器具。定计量标准或工作计量器具的计量器具。（3 3）工工作作计计量量器器具具：工工作作岗岗位位上上使使用用，不不用用于于进进行行量量值值传传递递，而而是是直直接接用用来来测测量量被被测测对对象象量量值值的的计计量器具。量器具。几个术语几个术语（4 4）比比对对：在在规规定定条条件件下下，对对相相同同准准确确度度等等级级的的同同类类基基准准、标标准准或或工工作作计计量量器器之之

16、间间的的量量值值进进行行比比较较，其其目目的的是是考核量值的一致性。考核量值的一致性。（5 5）检检定定：用用高高一一级级的的计计量量器器具具对对低低一一级级的的计计量量器器具具进进行行比比较较，评评定定被被检检计计量量器器具具的的计计量量性性能能是是否否合合格格。要要求求计量标准的准确度为被检者的计量标准的准确度为被检者的1/31/3到到1/101/10。（6 6）校校准准：被被校校的的计计量量器器具具与与高高一一级级的的计计量量标标准准相相比比较较，确定被校计量器具的示值误差。确定被校计量器具的示值误差。（7 7）量量值值的的传传递递：指指一一个个物物理理量量单单位位通通过过各各级级基基准

17、准、标标准准及及相相应应的的辅辅助助手手段段准准确确地地传传递递到到日日常常工工作作中中所所使使用用的的测量仪器、量具，保证量值统一的全过程。测量仪器、量具，保证量值统一的全过程。1.2.4 1.2.4 测量基准的权威性和相对性测量基准的权威性和相对性1.1.基准的权威性基准的权威性基准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进。基准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进。原原器器基基准准自自身身也也会会随随时时间间、地地点点、环环境境条条件件而而变变化，甚至会损坏，会失传。化，甚至会损坏，会失传。从现代科学的观点来看，最好的基准是原子基准。从现代科学的观点来看，最好的基准是原子基准。2.2.基准

18、的相对性基准的相对性 一个时期的测量基准反映当时的人类认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识水平和科学水平 例：以太阳为基准，时间测量的精确度例：以太阳为基准，时间测量的精确度1 1天内可达到天内可达到1 1秒钟。而目前铯原子钟的计时精秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内也不超过确度在三百万年内也不超过1 1秒。秒。“米原器米原器”是是 1795年，曾经为法国王室工作的年，曾经为法国王室工作的珠宝商制作的铂棒。长度为珠宝商制作的铂棒。长度为1米、厚米、厚4毫米、宽毫米、宽25.3毫毫米，两端面平行。于米，两端面平行。于1799年年6月月22日被放置在国家档日被放置在国家

19、档案馆，便是众所周知的。案馆，便是众所周知的。1983年第年第17届届CGPM又又以真空中的光速重新定以真空中的光速重新定义了米，即义了米，即1米等于光在米等于光在真空中于真空中于1/299792458秒秒时间间隔内所经路径的时间间隔内所经路径的长度。长度。1.2.5 1.2.5 测量标准的传递测量标准的传递中国计量院中国测试院国家标物中心授权基准实验室大区国家计量中心省级计量所市（地）计量所分站县（区）计量所工矿企业、商店、研究院所、医院、学校等国防计量中心行业计量中心国家专业计量站国家标准 级 级 级工作标准1 13 3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念测量的目的测量的目的:获得被测量

20、的真值。获得被测量的真值。真值真值:在一定的时间和空间环境条件下，被测在一定的时间和空间环境条件下，被测量本身所具有的真实数值。量本身所具有的真实数值。测量误差测量误差 :所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差 。1.3.1 1.3.1 测量误差的定义测量误差的定义1.3.2 1.3.2 测量误差的来源测量误差的来源 （1 1）仪器误差：）仪器误差：（2 2）影响误差：）影响误差：（3 3）理论误差和方法误差：）理论误差和方法误差：（4 4）人身误差：）人身误差：（5 5）测量对象变化误差：）测量对象变化误差：1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法 测量误差：绝对误

21、差和相对误差两种表示方法。测量误差：绝对误差和相对误差两种表示方法。1.1.绝对误差绝对误差（1 1）定定义义：由由测测量量所所得得到到的的被被测测量量值值与与其其真真值值之之差差，称为绝对误差称为绝对误差 u实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值A A A A（高一级以上的测量仪器高一级以上的测量仪器高一级以上的测量仪器高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值。或计量器具测量所得之值）来代替真值。或计量器具测量所得之值）来代替真值。或计量器具测量所得之值）来代替真值。u绝对误差：绝对误差：绝对误差：绝对误差：有大小，又有符号和量纲有大小

22、，又有符号和量纲有大小，又有符号和量纲有大小，又有符号和量纲（2 2）修正值）修正值与与绝绝对对误误差差的的绝绝对对值值大大小小相相等等，但但符符号号相相反反的的量值，称为修正值量值，称为修正值测测量量仪仪器器的的修修正正值值可可以以通通过过上上一一级级标标准准的的检检定定给给出出，修修正正值值可可以以是是数数值值表表格格、曲曲线线或或函函数数表表达式等形式。达式等形式。被测量的实际值被测量的实际值 一一个个量量的的准准确确程程度度，不不仅仅与与它它的的绝绝对对误误差差的的大大小小，而且与这个量本身的大小有关。而且与这个量本身的大小有关。例例：测测量量足足球球场场的的长长度度和和成成都都市市到

23、到绵绵阳阳市市的的距距离离，若若绝绝对对误差都为误差都为1 1米，测量的准确程度是不相同？米，测量的准确程度是不相同？相对误差：相对误差：绝对误差与被测量的真值之比绝对误差与被测量的真值之比 相相对对误误差差是是两两个个有有相相同同量量纲纲的的量量的的比比值值，只只有有大小和符号，没有单位。大小和符号，没有单位。2.相对误差相对误差实际相对误差：实际相对误差：实际值实际值A A代替真值代替真值A A0 0 示值相对误差：示值相对误差：测量值测量值X X 代替实际值代替实际值A A（2 2）满度相对误差（引用相对误差）满度相对误差（引用相对误差）测测量量仪仪器器在在一一个个量量程程范范围围内内出

24、出现现的的最最大大绝绝对对误误差差与与该该量量程程值值（上上限限值值下下限限值值）之之比比来来表表示示的的相相对误差，称为满度相对误差（或称引用相对误差）对误差，称为满度相对误差（或称引用相对误差）u仪表各量程内绝对误差的仪表各量程内绝对误差的仪表各量程内绝对误差的仪表各量程内绝对误差的 最大值最大值最大值最大值 电工仪表就是按引用误差电工仪表就是按引用误差 之值进行分级的。是仪之值进行分级的。是仪表在工作条件下不应超过的最大引用相对误差表在工作条件下不应超过的最大引用相对误差我国电工仪表共分七级：我国电工仪表共分七级：0.10.1，0.20.2，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.

25、52.5及及5.05.0。如果仪表为。如果仪表为S S级，则说明该仪表的最大级，则说明该仪表的最大引用误差不超过引用误差不超过S%S%测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差在在使使用用这这类类仪仪表表测测量量时时，应应选选择择适适当当的的量量程程，使使示示值值尽尽可可能能接接近近于于满满度度值值，指指针针最最好好能能偏偏转转在在不不小小于于满度值满度值2/32/3以上的区域。以上的区域。例例：某某待待测测电电流流约约为为100mA100mA，现现有有0.50.5级级量量程程为为0 0400mA400mA和和1.51.5级级量量程程为为0 0100mA100mA的的两两个个电电流流表表，问用哪

26、一个电流表测量较好？问用哪一个电流表测量较好？用用用用1.51.51.51.5级量程为级量程为级量程为级量程为0 0 0 0100mA100mA100mA100mA电流表测量电流表测量电流表测量电流表测量100mA100mA100mA100mA时的最大相对时的最大相对时的最大相对时的最大相对误差为误差为误差为误差为解：解：用用0.50.5级量程为级量程为0 0400mA400mA电流表测电流表测100mA100mA时，最大相对误时，最大相对误差为差为（3 3）分贝误差）分贝误差相对误差的对数表示相对误差的对数表示 分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种

27、相对误差，单位为分贝（相对误差，单位为分贝（dBdB）。）。电压增益的测得值为电压增益的测得值为 误差为误差为用对数表示为增益测得值的分贝值用对数表示为增益测得值的分贝值分贝误差分贝误差1.4.1 1.4.1 信息的概念信息的概念1 1客体的实有的信息客体的实有的信息客观信息客观信息 客客体体论论的的信信息息是是一一种种客客观观的的存存在在，不不以以主主体体的的存存在在与与否否为为转转移移，或或者者无无论论是是否否被被其其主主体体感感受受到到，都都丝丝毫不影响它的毫不影响它的“自我表述自我表述”或或“自我显示自我显示”。有有时时人人们们很很难难了了解解事事物物的的内内部部结结构构状状况况，就就

28、只只能能把把它它看看作作一一个个“黑黑箱箱”，并并通通过过它它的的外外部部联联系系的的状状态态及其变化方式来获得信息。及其变化方式来获得信息。1.4 1.4 测量信息的获取原理测量信息的获取原理2 2主体认识论的信息主体认识论的信息主观信息主观信息指主体所感知或表述的关于该事物的运动状态及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。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：丰富得多。这是因为作为认识的主体：（1 1）具有感觉的能力，能感觉到信息的

29、外在形式。）具有感觉的能力，能感觉到信息的外在形式。（2 2）具有理解能力，能够理解信息的内在含义。）具有理解能力，能够理解信息的内在含义。（3 3）具有目的性，能够判断信息对其目的价值。）具有目的性，能够判断信息对其目的价值。1.4.2 1.4.2 信息的感知信息的感知1 1感知的基本原理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够灵敏地感受到被测对象运动的状态及其变化的方式方式 。信息感知，是感知事物运动的状态及其变化方式，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

30、转换为主体认识论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层次的语法信息 2 2感知的基本技术感知的基本技术传感器与敏感器传感器与敏感器测量的第一个环节是信息的感知。测量的第一个环节是信息的感知。传传感感器器是是感感知知各各种种非非电电信信息息并并把把非非电电量量转转换换为为电电量量输输出出的的器器件件或或装装置置，它它是是非非电电系系统统与与电电系系统统之之间的接口，本质上是完成信息载体的转换。间的接口，本质上是完成信息载体的转换。传传感感器器根根据据转转换换的的效效应应可可分分为为物物理理型型、化化学学型型和和生物型三大类。生物型三大类。例：例：热敏电阻把被测温度的变化转换为

31、电阻的变化。热敏电阻把被测温度的变化转换为电阻的变化。1.4.3 1.4.3 信息的识别信息的识别1 1识别的基本原理识别的基本原理 （1 1）把感知的信息转换成人们能够理解的语义信息。）把感知的信息转换成人们能够理解的语义信息。（2 2）理论上信息总是可以分辨（识别）的。）理论上信息总是可以分辨（识别）的。（3 3）识别的原则是：相似而认同，相异而拒斥。）识别的原则是：相似而认同，相异而拒斥。（4 4）由由于于识识别别环环境境存存在在固固有有干干扰扰，待待识识别别的的信信息息天天然然不不理理想想，理理论论方方法法不不完完备备和和信信息息类类别别相相似似性性的的表表达达不不完完善善，因因此此，

32、无无论论怎怎样样精精巧巧地地设设计计信信息息识识别别系系统统，完完全无差错的识别是不现实的（误差存在的绝对性）。全无差错的识别是不现实的（误差存在的绝对性）。2 2识别的基本技术识别的基本技术比较比较用已知量和未知量比较。用已知量和未知量比较。变换变换某些被测量不便于直接比较，无法直接观测某些被测量不便于直接比较，无法直接观测而采用了变换。而采用了变换。例如，雷达测量飞机的距离，采用了把距离变换成时间，例如，雷达测量飞机的距离，采用了把距离变换成时间，通过直接测量电脉冲来回传输的时间来测得距离。通过直接测量电脉冲来回传输的时间来测得距离。信息处理信息处理为了各种目的而对信息所进行的变换和为了各

33、种目的而对信息所进行的变换和加工。加工。显示原理显示原理把人眼不可见的信息转为可见的信息把人眼不可见的信息转为可见的信息 3.3.测量的原理测量的原理测量的信息过程测量的信息过程测量客体测量客体信息感知信息感知信息识别信息识别测量主体测量主体 语法信息语法信息语义信息语义信息语用信息语用信息智能化处理智能化处理机器智能机器智能人所赋予机器的一种智能。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、由知识和目的有获取有用信息、由信息生成知识、由知识和目的生成策略以及实施策略取得效果四个方面的能力。生成策略

34、以及实施策略取得效果四个方面的能力。1.5 1.5 测量的间接比较与直接比较原理测量的间接比较与直接比较原理测量是通过比较来取得一个定量的认识测量是通过比较来取得一个定量的认识 1.5.1 1.5.1 基于比例变换的间接比较法（偏转法）基于比例变换的间接比较法（偏转法）1.1.比例变换的原理比例变换的原理（1 1）三种类型的子变换：）三种类型的子变换：A例例：弹弹簧簧秤秤是是偏偏转转法法直直读读式式仪仪器器的的一一个个简简单单例例子子。被被测测重重物物放放在在弹弹簧簧秤秤上上，把把物物体体的的重重量量变变成成弹弹簧簧的的弹弹性性形形变变。然然后后，形形变变带带动动机机械械式式仪仪表表的的指指针

35、针成成比比例的偏转，指示出被测物体的重量。例的偏转，指示出被测物体的重量。直读式直读式电压表电压表 （2 2）实现结构）实现结构 由于由于故：故：式中式中 1.5.2 1.5.2 基于差值示零的直接比较法基于差值示零的直接比较法1.1.差值检测原理差值检测原理:被测量与标准量直接进行比较被测量与标准量直接进行比较需需要要一一个个具具有有比比较较功功能能的的电电路路，要要求求比比较较的的范范围围宽宽、灵敏度和分辨力高；灵敏度和分辨力高；需需要要一一个个与与被被测测量量同同类类的的可可变变标标准准量量参参与与比比较较，要要求标准量准确且可细微调节。求标准量准确且可细微调节。比较功能可由运算功能来实

36、现比较功能可由运算功能来实现有两种方式：有两种方式：差值差值运算比较运算比较 比例比例运算比较运算比较 2.2.差值示零的平衡调节差值示零的平衡调节（1 1）零示法原理）零示法原理:（2 2）实现平衡调节的结构）实现平衡调节的结构 当当 则则对称差动的桥式结构对称差动的桥式结构 当当 时，时，1.5.3 1.5.3 减少误差的复合式比较减少误差的复合式比较 为了提高测量准确度，在比较中可采用各种减为了提高测量准确度，在比较中可采用各种减小测量误差的方法，如微差法、替代法、对照法。小测量误差的方法，如微差法、替代法、对照法。1 1 微差法微差法 在零示法中，要仔细调节标准量在零示法中，要仔细调节

37、标准量S S 使之与未知使之与未知量量x x相等，这通常很费时间，有时甚至不可能做到。相等，这通常很费时间，有时甚至不可能做到。微差法：标准量微差法：标准量S S与被测量与被测量x x相差了一微小量相差了一微小量 ，再，再用仪器测出用仪器测出 ，即求得待测量，即求得待测量x x2.2.替代法替代法在测量条件不变的情况下，用一已知的标准量去替在测量条件不变的情况下，用一已知的标准量去替代未知的被测量，通过调整标准量而保持替代前后代未知的被测量，通过调整标准量而保持替代前后仪器的示值不变，于是仪器的示值不变，于是标准量的值等于被测量值标准量的值等于被测量值。3.3.交换法交换法通过交换被测量和标准

38、量的位置，从前后两次换通过交换被测量和标准量的位置，从前后两次换位测量结果的处理中，削弱或消除系统误差。位测量结果的处理中，削弱或消除系统误差。特别适用于平衡对称结构的测量装置中，并通过特别适用于平衡对称结构的测量装置中，并通过交换法可检查其对称性是否良好。交换法可检查其对称性是否良好。第一次平衡第一次平衡 第二次平衡第二次平衡 上两式相乘、开方得：上两式相乘、开方得：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1.1.量值变换量值变换量量值值是是指指电电压压、电电流流、功功率率、阻阻抗抗、时时间间等等电电参参量量的幅值大小。的幅值大小。量值变换即指把它们的幅值按比例地增大

39、或缩小。量值变换即指把它们的幅值按比例地增大或缩小。量量值值处处于于难难以以测测量量状状态态（太太小小或或太太大大），按按某某一一已已知比值变换为量值适中的同样参量进行测量。知比值变换为量值适中的同样参量进行测量。通通过过量量值值变变换换，可可增增加加测测量量范范围围，提提高高测测量量分分辨辨力和精度。力和精度。1.6.1 电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术（1 1）信号放大与衰减）信号放大与衰减 信号放大是为了将微弱的被测信号，放大到足信号放大是为了将微弱的被测信号，放大到足以进行各种转换处理，或能驱动指示器、记录器。以进行各种转换处理，或能驱动指示器、记录器。测测量量放放大大器器是是

40、指指在在测测量量系系统统中中用用来来放放大大微微弱弱电电压、电流或电荷信号的放大器。要求低漂移压、电流或电荷信号的放大器。要求低漂移衰衰减减器器用用来来降降低低测测量量系系统统中中的的信信号号电电平平，使使大大的信号进入仪器的测量范围。的信号进入仪器的测量范围。（2 2）阻抗变换）阻抗变换电电子子测测量量中中，不不匹匹配配的的负负载载与与传传输输线线连连接接时时，信信号传输中将产生强烈反射。号传输中将产生强烈反射。为为了了保保证证良良好好的的传传输输，必必须须在在传传输输线线与与负负载载之之接接入一种阻抗变换的双口网络，实现阻抗的匹配。入一种阻抗变换的双口网络，实现阻抗的匹配。在信号源的功率放

41、大器输出电路中，常用变压器在信号源的功率放大器输出电路中，常用变压器等进行阻抗变换，以保证最佳功率传输。等进行阻抗变换，以保证最佳功率传输。电子测量仪器输入端具有很高输入阻抗电子测量仪器输入端具有很高输入阻抗，输入跟，输入跟随器则是实现了输入通道从高阻到低阻的阻抗变换。随器则是实现了输入通道从高阻到低阻的阻抗变换。2.2.频率变换频率变换（1 1）检波：）检波：交流电压变成直流电压交流电压变成直流电压 常常用用磁磁电电式式电电表表，它它只只能能测测量量直直流流，交交流流信信号号必须检波成直流信号来测量必须检波成直流信号来测量 （2 2）斩斩波波：把把一一个个直直流流电电压压调调制制成成交交流流

42、电电压压，经经过过交交流流放放大大，然然后后再再把把交交流流电电压压通通过过反反调调制制（解解调调）还原为直流电压的过程。还原为直流电压的过程。斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大 （3 3）变频（混频）变频（混频）进行频率的加减运算。进行频率的加减运算。获得很宽的频率覆盖范围。获得很宽的频率覆盖范围。获得高增益，提高测量仪器的灵敏度。获得高增益，提高测量仪器的灵敏度。实现中频或低频替代，以提高测量精度。实现中频或低频替代，以提高测量精度。实现频率的精密测量。实现频率的精密测量。例：例：f=200.020kHzf=200.020kHz220kHz220kHz

43、 f f0 0=200kHz=200kHz则则 F=f-fF=f-f0 0=20Hz=20Hz20kHz20kHz覆盖系数从覆盖系数从1.11.1扩展到扩展到10001000（4 4）倍频）倍频倍频器是频率综合技术中的乘法器。倍频器是频率综合技术中的乘法器。差频倍增法差频倍增法 用倍频法减小测量误差。用倍频法减小测量误差。利利用用电电子子计计数数进进行行频频率率测测量量时时，11误误差差将将决决定定测测量量误误差差。若若KHzKHz，11的的相相对对误误差差为为1010-3-3，如如果果先先对对进进行行10103 3倍的锁相倍频后测量，则该项误差可降为倍的锁相倍频后测量，则该项误差可降为101

44、0-6-6。（5 5）分频）分频分频是于对信号频率进行除法运算分频是于对信号频率进行除法运算（6 6）频率合成）频率合成频频率率合合成成是是把把一一个个（或或少少量量几几个个）高高稳稳晶晶振振频频率率源源经经过过一一系系列列综综合合的的加加、减减、乘乘、除除四四则则运运算算，可作为随意调节频率的高精度信号源。可作为随意调节频率的高精度信号源。（7 7）取样技术）取样技术取取样样门门电电路路将将高高频频信信号号进进行行取取样样变变换换，使使之之以以低低频形式复现出来。频形式复现出来。它可以把频率上限扩展到几它可以把频率上限扩展到几GHzGHz甚至几十甚至几十GHzGHz。3.3.波形变换波形变换

45、（1 1）整形）整形将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，（2 2）限幅）限幅把信号波形幅度限制在一定范围内把信号波形幅度限制在一定范围内（3 3）微分）微分由矩形脉冲形成一个窄脉冲。由矩形脉冲形成一个窄脉冲。（4 4）合成）合成多种波形叠加成复杂波形。多种波形叠加成复杂波形。（5 5）变换）变换方波变成三角波或正弦波，三角波变成正方波变成三角波或正弦波，三角波变成正 弦波或方波，正弦波变成方波或三角波等。弦波或方波，正弦波变成方波或三角波等。4 4 参量变换参量变换（1 1）AVAV变换变换电流电流、电压、电阻之间的变换电压、电阻之间的变换多多用用表表中中采

46、采用用的的AVAV变变换换，包包括括交交流流/直直流流（AC/DCAC/DC）、电电流流/电电压压（I/VI/V）和和电电阻阻/电电压压（/V/V）的的转转换换，实实现现了了交交、直直流流电电压压、电电流流、电电阻等多种测量功能。阻等多种测量功能。（2 2）V/FV/F变换变换模拟直流电压转换为频率模拟直流电压转换为频率（3 3）V/TV/T变换变换模拟直流电压转换成时间模拟直流电压转换成时间 （4 4）网络参数的变换）网络参数的变换5.5.能量变换能量变换指其他多种形式的物理量与电学量之间的变换指其他多种形式的物理量与电学量之间的变换一般分为参量变换器及电势变换器两大类：一般分为参量变换器及

47、电势变换器两大类：参参量量变变换换器器是是将将各各种种物物理理量量变变换换成成电电阻阻、电电感感、电电容容或磁导率等。如电阻丝应变片、电感式变换器等。或磁导率等。如电阻丝应变片、电感式变换器等。电电势势变变换换器器是是将将各各种种物物理理量量变变换换成成电电势势、电电流流等等电电量量，如光电变换器、压电变换器、热电偶等。如光电变换器、压电变换器、热电偶等。6.6.模模/数和数数和数/模变换模变换例：例：（1 1）弹弹簧簧称称把把物物体体的的重重量量变变成成了了弹弹簧簧长长度度的的形形变，进行了机械量到机械量的变换；变，进行了机械量到机械量的变换；（2 2）指指针针式式直直流流电电压压表表电电压

48、压的的量量值值变变成成了了电电表表指指针针偏偏转转角角的的大大小小，进进行行了了电电量量到到机机械械量量的的变变换换；（3 3）示示波波器器把把电电信信号号的的波波形形变变换换成成了了在在荧荧光光屏屏上上光光信号的波形，进行了电到光的变换。信号的波形，进行了电到光的变换。例：一个工件伤痕检测系统使用的变换技术例：一个工件伤痕检测系统使用的变换技术 机械量信息到光信号；机械量信息到光信号；光信号变换成电信号；光信号变换成电信号；电信号被放大，进行了幅度变换；电信号被放大，进行了幅度变换；对电信号比较、对电信号比较、校正的处理后抽取出了有关伤痕的有用信息；校正的处理后抽取出了有关伤痕的有用信息；电

49、信电信号到光信号的变换。号到光信号的变换。1.6.2 1.6.2 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术1.1.比较的基本概念比较的基本概念被测量为被测量为x x、标准量为标准量为s s、比较电路输出为比较电路输出为y y。当当xs xsxs时，时，y=YHy=YH当当x=s x=s 时，时，y y出现一个跃变信号出现一个跃变信号标量比较标量比较只识别两个同类的未知量是否相等。只识别两个同类的未知量是否相等。矢矢量量比比较较识识别别一一组组同同类类的的未未知知量量的的相相对对大大小小，并并按按照由大到小（或由小到大）的顺序排列起来。照由大到小（或由小到大）的顺序排列起来。差差值值比比较较利利

50、用用减减法法比比较较电电路路，取取出出两两个个未未知知量量之之间间的间隔大小（差值），并对差值进行比较。的间隔大小（差值），并对差值进行比较。比比值值比比较较选选择择某某个个点点作作为为参参考考点点，将将每每次次测测量量值值除除以参考值，确定它们的相对大小。以参考值，确定它们的相对大小。量量化化比比较较被被测测未未知知量量与与标标准准单单位位量量比比较较，确确定定它它是是该该单单位位的的若若干干倍倍或或是是若若干干分分之之一一。A/DA/D转转换换器器是是基基于量化比较的典型部件。于量化比较的典型部件。差值运算比较差值运算比较 A A零零示示法法：若若测测量量过过程程中中调调节节标标准准量量s