現(xiàn)代電子測量及實驗技術(第一部分)

1、現(xiàn)代電子測量與實驗技術現(xiàn)代電子測量與實驗技術北京理工大學信息技術學院電子工程系北京理工大學信息技術學院電子工程系教學教學目的目的 學習和了解電子測量的基本知識及其技術發(fā)展方向；學習和了解電子測量的基本知識及其技術發(fā)展方向；掌握主要電子測量儀器的基本原理、功能與操作使用；掌握主要電子測量儀器的基本原理、功能與操作使用；熟悉一些基本電參量的測量方法。熟悉一些基本電參量的測量方法。 參考資料參考資料電子測量電子測量 劉國林、殷貫西等編著，機械工業(yè)出版社劉國林、殷貫西等編著，機械工業(yè)出版社現(xiàn)代電子測試技術現(xiàn)代電子測試技術 陳光禹主編，國防工業(yè)出版社陳光禹主編，國防工業(yè)出版社電子測量儀器實用大全電子測量

2、儀器實用大全管致中主編，東南大學出版社管致中主編，東南大學出版社 TEKTEK、AgilentAgilent等儀器廠商的儀器使用說明書和發(fā)布的資料等儀器廠商的儀器使用說明書和發(fā)布的資料基本知識與電子測量技術的發(fā)展基本知識與電子測量技術的發(fā)展 現(xiàn)代電子測量與實驗技術（第一部分）現(xiàn)代電子測量與實驗技術（第一部分）一一. . 電子測量所涉及的范圍電子測量所涉及的范圍 電能量的測量，如電壓、電流和功率等電能量的測量，如電壓、電流和功率等元器件和電路參數(shù)的測量，如電阻、電感、品質(zhì)因數(shù)等元器件和電路參數(shù)的測量，如電阻、電感、品質(zhì)因數(shù)等電信號特性的測量，如信號的波形、失真度等電信號特性的測量，如信號的波形、

3、失真度等電子電路性能的測量，如增益、靈敏度和噪聲系數(shù)等電子電路性能的測量，如增益、靈敏度和噪聲系數(shù)等特性曲線的測試，如幅頻特性曲線、相頻特性曲線等特性曲線的測試，如幅頻特性曲線、相頻特性曲線等 二二. . 電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類 基本分類基本分類 ：專用儀器專用儀器 為某一個和幾個專門目的而設計的儀器，如電視彩為某一個和幾個專門目的而設計的儀器，如電視彩色信號發(fā)生器、光纖測試儀器等；色信號發(fā)生器、光纖測試儀器等；通用儀器通用儀器 為某一個或幾個電參數(shù)測量而設計的測量儀器，如為某一個或幾個電參數(shù)測量而設計的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀等；示波器、邏輯分析儀等； 二二. . 電子測

4、量儀器的分類電子測量儀器的分類 按工作頻段分：按工作頻段分： 超低頻、音頻、視頻、高頻和微波儀器超低頻、音頻、視頻、高頻和微波儀器按電路原理分：按電路原理分： 模擬式和數(shù)字式模擬式和數(shù)字式按使用條件分：按使用條件分： I I、IIII、IIIIII組儀器組儀器 二二. . 電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類 I I組儀器為高精度儀器組儀器為高精度儀器 工作溫度為工作溫度為10 10 3030，濕度為，濕度為20207575RHRH（3030時），使用時只允許有輕微振動；時），使用時只允許有輕微振動；二二. . 電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類 IIII組儀器組儀器 工作環(huán)境為工作環(huán)境為0

5、 04040，濕度為，濕度為202090%90%RHRH（4040時），時），使用中允許有一般的振動和沖擊使用中允許有一般的振動和沖擊 通用儀器應符合該組要求；通用儀器應符合該組要求；二二. . 電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類 IIIIII組儀器組儀器 可工作在室外環(huán)境，要求溫度為可工作在室外環(huán)境，要求溫度為-10-105050，濕度，濕度為為5 590%90%RHRH（5050時），在運輸過程中允許受到振動與時），在運輸過程中允許受到振動與沖擊。沖擊。 二二. . 電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類 按功能分：按功能分：信號發(fā)生器信號發(fā)生器 用來產(chǎn)生測量所需的各種波形的信號，如信號源

6、等用來產(chǎn)生測量所需的各種波形的信號，如信號源等信號分析儀器信號分析儀器 用來觀測、分析和記錄各種電參量的變化，包括時域、頻用來觀測、分析和記錄各種電參量的變化，包括時域、頻域、數(shù)字域及調(diào)制域的分析儀器，如示波器等域、數(shù)字域及調(diào)制域的分析儀器，如示波器等頻率和相位測量儀器頻率和相位測量儀器 用來測量電信號的頻率、時間間隔和相位，如頻率計等；用來測量電信號的頻率、時間間隔和相位，如頻率計等； 二二. . 電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類 按功能分：按功能分：網(wǎng)絡特性測量儀器網(wǎng)絡特性測量儀器 用來測量電氣網(wǎng)絡的各種特性，如網(wǎng)絡分析儀等；用來測量電氣網(wǎng)絡的各種特性，如網(wǎng)絡分析儀等；電子元器件參數(shù)測

7、試儀器電子元器件參數(shù)測試儀器 用來測量各種電子元器件的電參數(shù)或顯示特性曲線，如用來測量各種電子元器件的電參數(shù)或顯示特性曲線，如晶體管參數(shù)測試儀等；晶體管參數(shù)測試儀等；二二. . 電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類按功能分：按功能分： 電波特性測試儀器電波特性測試儀器 用來對電波傳播、電磁場強度、干擾強度等參量用來對電波傳播、電磁場強度、干擾強度等參量進行測量，如場強測試儀和進行測量，如場強測試儀和EMCEMC測試儀等；測試儀等； 輔助儀器輔助儀器 用于配合上述儀器的使用對信號進行放大、檢波、用于配合上述儀器的使用對信號進行放大、檢波、隔離和衰減等，如放大器、衰減器、檢波器、濾波器隔離和衰減等

8、，如放大器、衰減器、檢波器、濾波器和各種交直流電源等。和各種交直流電源等。 三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 校準的定義校準的定義 將一臺精度已知的儀器（標準儀器）與一臺未知將一臺精度已知的儀器（標準儀器）與一臺未知精度的儀器（被校準儀器）進行比較的過程稱為儀器精度的儀器（被校準儀器）進行比較的過程稱為儀器的校準。的校準。校準方法校準方法 直接比較法和間接比較法。直接比較法和間接比較法。 三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 直接比較法直接比較法 儀表和信號發(fā)生器都是測試儀器，它們可以互相比儀表和信號發(fā)生器都是測試儀器，它們可以互相比較，如偏離度超過允許范圍即認為儀

9、器超差。較，如偏離度超過允許范圍即認為儀器超差。 即如校準一臺儀表，則需要一臺標準信號發(fā)生器，即如校準一臺儀表，則需要一臺標準信號發(fā)生器，校準發(fā)生器則需要一臺標準儀表。校準發(fā)生器則需要一臺標準儀表。 三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 儀表儀表信號發(fā)生器信號發(fā)生器測試儀器測試儀器標準儀器標準儀器儀表校準框圖儀表校準框圖三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 信號發(fā)生器信號發(fā)生器儀表儀表測試儀器測試儀器標準儀器標準儀器信號發(fā)生器校準框圖信號發(fā)生器校準框圖三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 信號發(fā)生器信號發(fā)生器儀表儀表標準儀器標準儀器標準儀器標準儀器信號變換器

10、校準信號變換器校準信號變換器信號變換器三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 間接比較法間接比較法 標準儀表與測試儀表進行比較標準儀表與測試儀表進行比較 標準信號發(fā)生器與測試信號發(fā)生器進行比較標準信號發(fā)生器與測試信號發(fā)生器進行比較 標準信號變換器與測試信號變換器進行比較標準信號變換器與測試信號變換器進行比較 三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 測試儀表標準儀表信號發(fā)生器儀表校準框圖儀表校準框圖三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 測試信號發(fā)生器標準信號發(fā)生器標準儀表信號發(fā)生器校準框圖信號發(fā)生器校準框圖三三. . 儀器校準的基礎知識儀器校準的基礎知識 信號發(fā)生

11、器測試信號變換器標準儀表信號變換器校準框圖信號變換器校準框圖標準信號變換器M1M2測 試 值 = 標 準 值M1/M2四四. . 測試技術與儀器的發(fā)展測試技術與儀器的發(fā)展 第一階段：模擬儀器第一階段：模擬儀器 其基本結(jié)構(gòu)是由模擬電路或電磁機械式的，如指針式萬其基本結(jié)構(gòu)是由模擬電路或電磁機械式的，如指針式萬用表，模擬示波器等。用表，模擬示波器等。第二階段：數(shù)字化儀表第二階段：數(shù)字化儀表 將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號測量，并以數(shù)字方式將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號測量，并以數(shù)字方式輸出測量結(jié)果，適用于快速響應和較高精度的測量，如數(shù)字輸出測量結(jié)果，適用于快速響應和較高精度的測量，如數(shù)字電壓表、數(shù)字

12、示波器等。電壓表、數(shù)字示波器等。四四. . 測試技術與儀器的發(fā)展測試技術與儀器的發(fā)展 第三階段：智能儀器第三階段：智能儀器 內(nèi)置微處理器，既能進行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處內(nèi)置微處理器，既能進行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力。理能力。 但它的功能塊全部都是以硬件或固化的軟件形式存在，但它的功能塊全部都是以硬件或固化的軟件形式存在，因此無論開發(fā)還是應用，都缺乏靈活性。因此無論開發(fā)還是應用，都缺乏靈活性。 目前大部數(shù)字化儀器都屬于智能儀器。目前大部數(shù)字化儀器都屬于智能儀器。四四. . 測試技術與儀器的發(fā)展測試技術與儀器的發(fā)展 第四階段：虛擬儀器第四階段：虛擬儀器（VI,Virtual Instr

13、uments） 虛擬儀器的概念（虛擬儀器的概念（VI,Virtual Instruments）是美國國家是美國國家儀器儀器(NI,National Instruments)公司與公司與1986年提出的。年提出的。 虛擬儀器就是指在計算機上添加一層軟件和一些硬件模虛擬儀器就是指在計算機上添加一層軟件和一些硬件模塊，使用戶操作這臺通用計算機就像操作一臺真實的儀器一塊，使用戶操作這臺通用計算機就像操作一臺真實的儀器一樣，它強調(diào)軟件的作用，提出了樣，它強調(diào)軟件的作用，提出了“軟件就是儀器軟件就是儀器”的概念。的概念。五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 定義定義 能自動進行測量、數(shù)據(jù)處理和傳輸，并

14、以適當方能自動進行測量、數(shù)據(jù)處理和傳輸，并以適當方式顯示或輸出測試結(jié)果的系統(tǒng)稱為自動化測試系統(tǒng)式顯示或輸出測試結(jié)果的系統(tǒng)稱為自動化測試系統(tǒng)（ATSATS） 在自動化測試系統(tǒng)中，所有測試工作都是在預先在自動化測試系統(tǒng)中，所有測試工作都是在預先編制好的測試程序統(tǒng)一控制下自動完成的。編制好的測試程序統(tǒng)一控制下自動完成的。 五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 發(fā)展：發(fā)展： 自動化測試系統(tǒng)的發(fā)展階段大致可以按構(gòu)成方自動化測試系統(tǒng)的發(fā)展階段大致可以按構(gòu)成方式分為三代。式分為三代。 五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 第一代自動化測試系統(tǒng)第一代自動化測試系統(tǒng) 第一代自動化測試系統(tǒng)多為第一代自動化

15、測試系統(tǒng)多為專用系統(tǒng)專用系統(tǒng)，通常是針對，通常是針對某項具體的任務而設計的某項具體的任務而設計的。 其結(jié)構(gòu)特點是采用比較簡單的定時器或掃描器作為其結(jié)構(gòu)特點是采用比較簡單的定時器或掃描器作為控制器，其接口也是專用的控制器，其接口也是專用的。 第一代自動化測試系統(tǒng)的第一代自動化測試系統(tǒng)的通用性很差通用性很差。 五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 第一代自動化測試系統(tǒng)第一代自動化測試系統(tǒng) 自動駕駛儀校 準信號轉(zhuǎn)臺電源氣源脈沖源時控部分譯碼器顯示器打印機存儲器運算器A/D變換器舵?zhèn)鞲衅鬓D(zhuǎn)換元件數(shù)字邏輯控制電路程序存儲器某導彈自動駕駛儀自動測試系統(tǒng)方框圖五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 第

16、二代自動化測試系統(tǒng)：第二代自動化測試系統(tǒng)： 第二代自動化測試系統(tǒng)采用第二代自動化測試系統(tǒng)采用了了標準化的通用可程控標準化的通用可程控測量儀器接口總線測量儀器接口總線（GPIBGPIB）、可編程的儀器和測試控制可編程的儀器和測試控制計算機計算機. . 第二代自動化測試系統(tǒng)的設計、使用和組裝都比較第二代自動化測試系統(tǒng)的設計、使用和組裝都比較容易。容易。 五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 第二代自動化測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)第二代自動化測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)： 接口總線（GPIB）測控計算機激勵信號源程控測試儀器顯示與記錄設備被測對象五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 第二代自動化測試系統(tǒng)的集成

17、步驟第二代自動化測試系統(tǒng)的集成步驟 ： 確定問題，即提出測試任務和解決辦法；確定問題，即提出測試任務和解決辦法；進行測試儀器的選擇，選擇系統(tǒng)構(gòu)成所需的程控儀器；進行測試儀器的選擇，選擇系統(tǒng)構(gòu)成所需的程控儀器；選擇控制器，即計算機；選擇控制器，即計算機；設計被測裝置的測試接口；設計被測裝置的測試接口；組建自動測試系統(tǒng)；組建自動測試系統(tǒng)；編寫測試程序和測試系統(tǒng)文件。編寫測試程序和測試系統(tǒng)文件。 五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 第三代自動化測試系統(tǒng)第三代自動化測試系統(tǒng) 第三代自動測試系統(tǒng)的概念是第三代自動測試系統(tǒng)的概念是7070年代末提出的，其年代末提出的，其設計的目標是：設計的目標是： 充分發(fā)揮計算機的能力，取代電子設備的大部分功充分發(fā)揮計算機的能力，取代電子設備的大部分功能，使之成為測量儀器不可分割的組成部分，與整個系能，使之成為測量儀器不可分割的組成部分，與整個系統(tǒng)融為一體統(tǒng)融為一體； 整個自動測試系統(tǒng)簡化到僅由整個自動測試系統(tǒng)簡化到僅由計算機、通用硬件和計算機、通用硬件和應用軟件應用軟件三部分組成。三部分組成。 五五. . 自動化測試系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng) 第三代自動測試系統(tǒng)的特點第三代自動測試系統(tǒng)的特點計算機或測