电子测量原理古天祥第2章节.ppt

第2章 测量方法与测量系统 2．1 电子测量的基本原理 2．2 电子测量的对象——信号与系统 2. 3 测量方法的分类概述 2．4 测量系统的静态特性 2. 5 测量系统的动态特性 2.1 电子测量的基本概念 2.1.1 电子测量的意义 20世纪30年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，产生了电子测量技术 处理信息最有效、最成功的是电子科学技术 ①具有极快的速度 ②具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。 ③极有利于信息传递 ④极为灵活的变换技术。 ⑤巨大的信息处理能力 2.1.2 电子测量的特点 （1）测量频率范围宽。被测信号的频率范围除测量直流外，测量交流信号的频率范围低至10-6Hz以下，高至THz（1THz=1012Hz） （2）量程范围宽。如数字万用表对电压测量由纳伏（nV）级至千伏（kV）级电压，量程达12个数量级 （3）测量准确度高。例如，用电子测量方法对频率和时间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到10-13～10-14的数量级。 （4）测量速度快。因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作 （5）易于实现遥测 （6）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化 2.1.3 电子测量的内容 从广义上说，电子测量是泛指以电子科学技术为手段而进行的测量，即以电子科技理论为依据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和非电量进行的测量。 从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电子学中有关的电量所进行的测量。 2.1.3 电子测量的内容（续） 电子测量的内容是： （1）按具体的测量对象来分类，包括下列电参数的测量 ①电能量的测量 包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等的测量。 ②电路参数的测量 包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、电子器件参数等的测量。 ③电信号特征的测量 包括信号、频率、周期、时间、相位、调幅度、调频指数、失真度、噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。 ④电子设备性能的测量 包括放大倍数、衰减、灵敏度、频率特性、通频带、噪声系数的测量。 ⑤特性曲线的测量 包括幅频特性曲线、晶体管特性曲线等的测量和显示。 2.1.3 电子测量的内容（续） （2）按基本的测量对象来看，电子测量是对电信号和电系统的测量： ①电子测量的基本对象是未知的信号与系统 ②电子测量的基本工具是已知的信号与系统 ③电子测量的基本工作机理是信号与系统的相互作用 2.2 电子测量的对象——信号与系统 2.2.1 信号的基本概念 测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述了被测对象的状态及其变化方式。 信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信息的载体，是物质，具备能量。 同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，同一种信号也可以运载不同的信息。 2.2.1 被测对象—信号与系统的特点及分类 信号的特点是： ①信号是用变化着的物理量来表示信息的一种函数； ②信号中包含着信息，它是信息的载体，具有能量（有能源）。被测对象的信息感知阶段的任务，是要把信息变换成信号； ③信号不是信息本身，必须对信号进行测量后，才能从信号中提取出信息，这是电子测量的根本目的。 2.2.2 信号的分类 1.确定性信号和非确定性信号 电子测量中被测信号大多是时间的函数x(t)，按其性质不同可分类如下： ①确定性信号：在相同试验条件下，能够重复实现的信号。确定性信号又分为：恒定（直流）信号；周期信号（简谐周期信号和复杂周期信号）；非周期信号（准周期信号和瞬变冲激信号）； ②非确定性（随机）信号：在相同试验条件下，不能够重复实现的信号。随机信号又分为：平稳随机信号；非平稳随机信号。 2.2.2 信号的分类（续） 2.周期性信号与非周期性信号 3.连续信号与离散信号 2.2.2 信号的分类（续） 4.时限信号和频限信号 时限信号是指信号在时间的有限区间（t1，t2）内有定义、在区间之外信号值恒等于零的信号，称为时域有限信号。 例如，矩形脉冲、正弦脉冲等。而周期信号、指数信号、随机信号等，则为时域无限信号。 频限信号是指在频率域内只占据有限的带宽（f1～f2）、在这一带宽之外信号值恒等于零的信号，称为频域有限信号。 2.2.2 信号的分类（续） （5）信号的时间特性和频率特性 时间特性：反映在信号随时间变化的波形上，包括信号出现时间的先后、持续时间的长短、重复周期的大小、随时间变化速率的快慢、幅度的大小等等。 频率特性：一个复杂信号可以分解成许多不同频率的正弦分量，即具有一定的频率成分。将各个正弦分量的幅度和相位分别按频率高低依次排列就成为频谱。信号的频谱包含了信号的全部信息。 （6）信号的空间分布结构 许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性 例如描述