智能儀器--重點

1、1. 測量誤差的分類、特點及消除。 誤差的分類：系統(tǒng)誤差（簡稱系差）、隨機誤差（又稱偶然誤差）、粗大誤差（也稱為疏失誤差，簡稱粗差）系統(tǒng)誤差的判斷：理論分析法、校準和比對法、改變測量條件法、剩余誤差觀察法、公式判斷法消弱系統(tǒng)誤差的典型測量技術(shù)：零示法、替代法（又稱置換法）、補償法（常用在高頻阻抗、電壓、衰減量等測量中）、對照法（又叫交換法）、微差法(又叫虛零法或差值比較法，實質(zhì)上是一種不徹底的零示法)、交叉讀數(shù)法（對照法的一種特殊形式）2. A/D轉(zhuǎn)換器指標、分類、特點。指標: 分辨率與量化誤差、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速率、滿刻度范圍轉(zhuǎn)換精度指標又由以下幾項誤差組成：偏移誤差、滿刻度誤差、非線性誤差、

2、微分非線性誤差分類: 逐次比較式AD轉(zhuǎn)換器：s級、 積分式AD轉(zhuǎn)換器：ms級或更長、 并行比較式（又稱閃爍式）：達ns級、 改進型積分式A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接式A/D轉(zhuǎn)換器，其工作原理是：先用積分器把輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成中間量（時間T 或頻率f），然后再把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。雙積分式AD轉(zhuǎn)換器又稱雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換過程在邏輯控制電路的控制下按以下三個階段進行。 預(yù)備階段、定時積分階段T1 、定值積分階段T23. A/D采集接口設(shè)計，轉(zhuǎn)換量值關(guān)系。4. DVM分辨力計算，輸入電路組成及作用分辨力指DVM能夠分辨最小電壓變化量的能力，通常以使顯示器末位跳一個字所需輸入的最小電壓值來表示。分辨力

3、與量程及位數(shù)有關(guān)，量程愈小位數(shù)愈多，分辨力就愈高。DVM 通常以儀器最小量程的分辨力來代表儀器的分辨力，例如最小量程為1V的4 位DVM的分辨率為 100V。輸入電路主要由輸入衰減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補償電路等部分組成。輸入電路的主要作用是提高輸入阻抗和實現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。5. DMM(數(shù)字多用表)多功能實現(xiàn)及測量原理。數(shù)字多用表(DMM) 指除能測量直流電壓外，還同時能測量交流電壓、電流和電阻等參數(shù)的數(shù)字測量儀器。其組成框圖如圖DMM采用的交直流轉(zhuǎn)換器主要有平均值轉(zhuǎn)換器和有效值轉(zhuǎn)換器。恒流源法（二端測量）的測量精度主要取決于恒流源電流值的精度和穩(wěn)定性，以及恒流源內(nèi)阻是否足夠大。6.

4、 計數(shù)器法測頻、測周、多周期同步測量原理。頻率測量原理頻率為fx的被測信號經(jīng)A通道放大整形后輸往主門(閘門)。同時，晶體振蕩器輸出信號經(jīng)分頻器可獲得各種時間標準(稱時標)，閘門時間選擇開關(guān)將所選時標信號加到門控雙穩(wěn)，再經(jīng)門控雙穩(wěn)形成控制主門啟閉的作用閘門時間T。則在所選T內(nèi)主門開啟，被測信號通過主門進入計數(shù)器計數(shù)。若計數(shù)器計數(shù)值為N，則被測信號的頻率fx為：fx N/T 周期測量原理 周期為Tx的被測信號經(jīng)B通道處理后再經(jīng)門控雙穩(wěn)輸出作為主門啟閉的控制信號，使主門僅在被測周期Tx時間內(nèi)開啟。同時，晶體振蕩器輸出經(jīng)倍頻和分頻得到了一系列的時標信號，通過時標選擇開關(guān)，所選時標即經(jīng)A通道送往主門。在

5、主門開啟時間內(nèi)，時標進入計數(shù)器計數(shù)。若所選時標為T0，計數(shù)器計數(shù)值為N，則被測信號的周期為：Tx N×T0多周期測量如果被測周期較短，可以采用多周期測量的方法來提高測量精度，即在B通道和門控雙穩(wěn)之間插入十進分頻器，這樣使被測周期得到倍乘即主門的開啟時間得到了倍乘。若周期倍乘開關(guān)選為×10n，則計數(shù)器所計脈沖個數(shù)將擴展10n倍，所以被測信號的周期為TA-B 測量原理圖中， 為啟動信號， 是停止信號，被測時間間隔為 N×T0 多周期同步測量原理 7. 測頻、測周如何降低計算誤差。通用計數(shù)器測量誤差習(xí)慣于用相對誤差的形式來表示. 各功能的誤差表達式主要由三種類型誤差合成

6、。最大計數(shù)誤差（±1誤差）、標準頻率誤差 、觸發(fā)誤差 最大計數(shù)誤差（±1誤差）：對于一次計數(shù)過程，其結(jié)果可能為N，也可能為N1或N1。即最大計數(shù)誤差為N±1。該項誤差將使儀器最后的顯示結(jié)果會有一個字的閃動。最大計數(shù)誤差相對誤差的形式為最大計數(shù)誤差的特點是：不管計數(shù)N是多少，N的最大值都為±1。為了減少最大計數(shù)誤差對測量精度的影響，儀器使用中采取的技術(shù)措施是：盡量使計數(shù)值N大。使N N 誤差相應(yīng)減少。例如在測頻時，應(yīng)盡量選用大的閘門時間；在測周時，應(yīng)盡量選用小的時標信號，必要時使用周期乘率開關(guān)，進行多周期平均測量。標準頻率誤差在測頻時取決于閘門時間的準確度

7、，在測周時取決于時標的準確度。為了使標準頻率誤差對測量結(jié)果產(chǎn)生影響足夠小，應(yīng)認真選擇晶振的準確度。觸發(fā)誤差 的大小為：Um信號的振幅； Un干擾或噪聲的振幅注：被測信號頻率很低時，用測周法；被測信號周期很小時，用測頻法。8. GPIB儀器總線組成，區(qū)分儀器功能和接口功能。GP-IB標準包括接口與總線兩部分：接口部分是由各種邏輯電路組成，與各儀器裝置安裝在一起，用于對傳輸?shù)男畔⑦M行發(fā)送、接收、編碼和譯碼；總線部分是一條無源的多芯電纜，用做傳輸各種消息。儀器功能：把收到的控制信息變成儀器設(shè)備的實際動作，如調(diào)節(jié)頻率、調(diào)節(jié)信號電平、改變儀器的工作方式等。接口功能：完成系統(tǒng)中各儀器設(shè)備之間的通訊，確保系

8、統(tǒng)正常工作。9. GPIB接口特性、三線掛鉤原理?；咎匦? （1） 可以用一條總線互相連接若干臺裝置，以組成一個自動測試系統(tǒng)。 裝置數(shù)目最多15臺，互連總線長度不超過20m。（2） 數(shù)據(jù)傳輸采用并行比特（位）、串行字節(jié)（位組）雙向異步傳輸方式，其最大傳輸速率不超過1兆字節(jié)每秒。（3） 總線上傳輸?shù)南⒉捎秘撨壿嫛５碗娖剑?.8V）為邏輯“1”，高電平（2.0V）為邏輯“0”。（4） 地址容量。單字節(jié)地址：31個講地址，31個聽地址；雙字節(jié)地址：961個講地址，961個聽地址。（5） 一般適用于電氣干擾輕微的實驗室和生產(chǎn)現(xiàn)場。 三線掛鉤：（1） 聽者使NRFD呈高電平，表示已做好接收準備，總線

9、上所有聽者是“線或”連接至NRFD線上，因此只要有一個聽者未做好準備，NRFD就呈低電平。（2） 講者發(fā)現(xiàn)NRFD呈高電平后，就把數(shù)據(jù)放在DIO線上，并令DAV為低電平，表示DIO線上的數(shù)據(jù)已經(jīng)穩(wěn)定且有效。（3） 聽者發(fā)現(xiàn)DAV線呈低電平，就令NRFD呈低電平，表示準備接收數(shù)據(jù)。（4） 在接收數(shù)據(jù)的過程中，NDAC線一直保持低電平，直至每個聽者都接收完數(shù)據(jù)，才上升為高電平。所有聽者也是“線或”接到NDAC線上。（5） 當講者檢出NDAC為高，就令DAV為高，表示總線上的數(shù)據(jù)不再有效。（6） 聽者檢出DAV為高電平，就令NDAC再次變?yōu)榈碗娖剑?以準備進行下一個循環(huán)過程。 10. 硬件故障自檢、

10、自檢算法，自動測量功能實現(xiàn)。自檢就是利用事先編制好的檢測程序?qū)x器的主要部件進行自動檢測，并對故障進行定位。自檢方式：開機自檢、周期性自檢、鍵控自檢自檢算法:ROM故障的測量算法常采用“校驗和”方法，具體作法是：在將程序機器碼寫入ROM的時候，保留一個單元（一般是最后一個單元），此單元不寫程序機器碼而是寫“校驗字”，“校驗字”應(yīng)能滿足ROM中所有單元的每一列都具有奇數(shù)個。自檢程序的內(nèi)容是：對每一列數(shù)進行異或運算，如果ROM無故障，各列的運算結(jié)果應(yīng)都為“”，即校驗和等于FFH.RAM的檢測: 常選特征字55H和AAH，分別對RAM 中的每一個單元進行先寫后讀的操作。判別讀/寫內(nèi)容是否相符的常用方

11、法是，把該單元的內(nèi)容求反并與原碼進行“異或”運算，若結(jié)果為FFH，表明正常?？偩€的自檢: 使被檢測的每根總線依次為1態(tài)， 其余總線為0態(tài)。如果某總線停留在0態(tài)或1態(tài)，說明有故障存在。智能儀器通常含有：自動量程轉(zhuǎn)換、自動零點調(diào)整、自動校準功能，自動觸發(fā)電平調(diào)節(jié)。11. 智能儀器隨機誤差和系統(tǒng)誤差處理方法。隨機誤差的處理方法: 原因：測量過程隨機因素，大多數(shù)按正態(tài)分布。 消除：取多次測量結(jié)果的算術(shù)平均值系統(tǒng)誤差的處理方法: 利用誤差模型修正系統(tǒng)誤差 利用校正數(shù)據(jù)表修正系統(tǒng)誤差 通過曲線擬合來修正系統(tǒng)誤差12. 數(shù)字濾波方法及其特點。中值濾波特點：中值濾波對去掉脈沖性質(zhì)的干擾比較有效，并且采樣次數(shù)N

12、愈大，濾波效果愈強，但采樣次數(shù)N太大會影響速度，所以N一般取3或5。對于變化很慢的參數(shù)，有時也可增加次數(shù)，例如15次。對于變化較為劇烈的參數(shù)，此法不宜采用。平均濾波（又分為 去極值平均濾波、移動平滑濾波、加權(quán)平均濾波）特點：算術(shù)平均濾波對濾除混雜在被測信號上的隨機干擾非常有效。一般說來，采樣次數(shù)N愈大，濾除效果愈好，但系統(tǒng)的靈敏度要下降。為了提高運算速度，程序中常用移位來代替除法，因此 N一般取4，5，16 等。低通數(shù)字濾波13. 智能頻率計等精度測量原理。采用的方法在中界頻率附近仍不能達到較高的測量精度，若采用多周期同步測量方法，便可較容易地在全頻段達到10-4量級，實現(xiàn)等精度的頻率測量。

13、14. 信號發(fā)生器分類、特點和指標。（1）照輸出信號波形特點，信號發(fā)生器可分為：正弦信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。 （2）按照輸出信號的頻率范圍分類，信號發(fā)生器一般分為：低頻信號發(fā)生器，高頻信號發(fā)生器，也可以細分為超低頻、低頻、視頻、甚高頻、超高頻多種信號發(fā)生器， （3）按照產(chǎn)生信號方法及信號發(fā)生器組成的不同，可分為：傳統(tǒng)的通用信號發(fā)生器和智能型的合成信號發(fā)生器兩類。低頻信號發(fā)生器常以RC文氏電橋振蕩器做主振器，高頻信號發(fā)生器常以LC振蕩器做主振器。指標：正弦信號發(fā)生器性能通常用頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性三大指標來評價。15. 信號發(fā)生器原理及實現(xiàn)（包括頻率合

14、成和信號輸出）。DDS的基本組成原理: 可以將把要輸出的正弦波形取樣數(shù)據(jù)預(yù)先順序存放在一段ROM單元中，然后在時鐘的控制下，順序從這些ROM單元中讀出，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，就可以得到一定頻率的正弦波形信號。這就是DDS的基本原理。設(shè)取樣時鐘頻率為 fc ，一個正弦波由 個取樣點構(gòu)成，則輸出正弦波信號的頻率為：名詞解釋曲線擬合：指從n對測定數(shù)據(jù)（xi，yi） 中，求得一個函數(shù)f（x）來作為實際函數(shù)的近似表達式。系統(tǒng)誤差：指在相同條件下多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號保持恒定或在條件改變時按某種確定的規(guī)律而變化的誤差。等精度測量：在保持測量條件不變的情況下對同一被測量進行的多次測量過程稱作等精度

15、測量。（這里所說的測量條件包括所有對測量結(jié)果產(chǎn)生影響的客觀和主觀因素如測量中使用的儀器、方法、測量環(huán)境，操作者的操作步驟和細心程度等。）隨機誤差又稱偶然誤差：指對同一量值進行多次等精度測量時，其絕對值和符號均以不可預(yù)定的方式無規(guī)則變化的誤差。粗大誤差：在一定的測量條件下，測得值明顯地偏離實際值所形成的誤差稱為粗大誤差，也稱為疏失誤差，簡稱粗差。分辨力（分辨率）:指DVM能夠分辨最小電壓變化量的能力，通常以使顯示器末位跳一個字所需輸入的最小電壓值來表示。最大計數(shù)誤差（±1誤差）:對于一次計數(shù)過程，其結(jié)果可能為N，也可能為N1或N1。即最大計數(shù)誤差為N±1。該項誤差將使儀器最后

16、的顯示結(jié)果會有一個字的閃動。尖峰誤差：尖峰誤差是指輸入代碼發(fā)生變化時而使輸出模擬量產(chǎn)生的尖峰所造成的誤差。自檢：利用事先編制好的檢測程序?qū)x器的主要部件進行自動檢測，并對故障進行定位。智能儀器在檢測參數(shù)時，儀器直接采集的數(shù)據(jù)并不等于原來帶有量綱的參數(shù)值，這種轉(zhuǎn)換就是工程量變換，又稱標度變換。（標度變換一般分為線性參數(shù)標度變換和非線性參數(shù)標度變換。智能儀器中的標度變換是由軟件自動完成的。）等精度的頻率測量：采用的方法在中界頻率附近仍不能達到較高的測量精度，若采用多周期同步測量方法，便可較容易地在全頻段達到10-4量級，實現(xiàn)等精度的頻率測量。 等精度頻率計的測量過程：測量準備、測量開始、測量結(jié)束、數(shù)據(jù)處理相位測量功能：用于測量A、B兩個通道信號間的相位差。其測量原理是：先測量時間間隔TAB，再測量輸入信號A的周期PA，然后按公式AB×360PA計算。輸出電平的穩(wěn)定度是指輸出電平隨時間的變化;平坦度是指在有效頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率時,輸出電平的變化,即輸出電平的頻響。虛擬儀器：指通用計算機上添加幾種帶共性的基本