第1页电子测量电子测量技术技术第2页课程简介课程简介 测感技术：电量和非电量的测量测感技术：电量和非电量的测量测感技术：电量和非电量的测量测感技术：电量和非电量的测量 三部分内容：三部分内容：三部分内容：三部分内容：电子测量基础知识电子测量基础知识电子测量基础知识电子测量基础知识电量测量电量测量电量测量电量测量 基本电参量测量基本电参量测量基本电参量测量基本电参量测量 电子测量显示技术电子测量显示技术电子测量显示技术电子测量显示技术 线性系统测量线性系统测量线性系统测量线性系统测量 测量技术新进展（简介）测量技术新进展（简介）测量技术新进展（简介）测量技术新进展（简介）非电量测量非电量测量非电量测量非电量测量 传感器的基础知识传感器的基础知识传感器的基础知识传感器的基础知识 结构型传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器 物性型传感器物性型传感器物性型传感器物性型传感器 其它传感器（超声波、微波、核辐射与红外传感器、热电式）其它传感器（超声波、微波、核辐射与红外传感器、热电式）其它传感器（超声波、微波、核辐射与红外传感器、热电式）其它传感器（超声波、微波、核辐射与红外传感器、热电式） 传感器应用技术传感器应用技术传感器应用技术传感器应用技术考核考核考核考核期末成绩参考平时成绩（考勤、作业、实验、平时的小论文）期末成绩参考平时成绩（考勤、作业、实验、平时的小论文）期末成绩参考平时成绩（考勤、作业、实验、平时的小论文）期末成绩参考平时成绩（考勤、作业、实验、平时的小论文）第3页第第1章章 电子测量基础知识电子测量基础知识教学内容：教学内容： 测量的基本概念，计量的基本概念； 测量的误差的定义； 电子测量的基本方法和测量系统； 电子测量的实现技术和测量误差与数据处理。教学要求：教学要求： 了解测量与计量的内容、特点和意义； 掌握测量误差的基本概念； 了解电子测量的方法、特点和内容，了解电子测量的基本实现技术； 掌握测量误差的种类，系统误差、随机误差和粗大误差性质、产生的原因、判别与消除方法； 掌握测量结果的数据处理方法。第4页1.1 1.1 测量的基本原理测量的基本原理测量的基本原理测量的基本原理1.1.1 1.1.1 测量的基本概念测量的基本概念1 1 1 1 测量的意义测量的意义测量的意义测量的意义 日常生活、生产中处处离不开测量日常生活、生产中处处离不开测量日常生活、生产中处处离不开测量日常生活、生产中处处离不开测量 信息处理、传递的源头信息处理、传递的源头信息处理、传递的源头信息处理、传递的源头 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 离开测量就不会有真正的科学。离开测量就不会有真正的科学。离开测量就不会有真正的科学。离开测量就不会有真正的科学。 我国近代科学落后与不重视我国近代科学落后与不重视我国近代科学落后与不重视我国近代科学落后与不重视“ “定量定量定量定量” ”有关有关有关有关 没有望远镜就没有没有望远镜就没有天文学，没有显微天文学，没有显微镜就没有细胞学，镜就没有细胞学，没有指南针就没有没有指南针就没有航海事业航海事业 第6页1.1.1 测量的基本概念2. 2. 测量的定义测量的定义测量的定义测量的定义狭狭狭狭义测义测量的定量的定量的定量的定义义 测量是为了测量是为了测量是为了测量是为了确定被测对象的量值确定被测对象的量值确定被测对象的量值确定被测对象的量值而进行的实验过程。而进行的实验过程。而进行的实验过程。而进行的实验过程。 在在在在测测测测量量量量过过过过程程程程中中中中，人人人人们们们们借借借借助助助助专专专专门门门门的的的的设设设设备备备备，把把把把被被被被测测测测对对对对象象象象直直直直接接接接或或或或间间间间接接接接地地地地与与与与同同同同类类类类已已已已知知知知单单单单位位位位进进进进行行行行比比比比较较较较，取取取取得得得得用用用用数数数数值值值值和和和和单单单单位位位位共共共共同同同同表表表表示示示示的的的的测测测测量量量量结结结结果果果果。测量结果测量数值测量结果测量数值. .测量单位，测量单位，即：即：第7页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。1.1.1 测量的基本概念2. 2. 测量的定义测量的定义测量的定义测量的定义广广广广义测义测量的定量的定量的定量的定义义：信息的感知和信息识别信息的感知和信息识别信息的感知和信息识别信息的感知和信息识别广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，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、定位的测量。而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。 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。源测定、卫星定位等。源测定、卫星定位等。 而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，而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、图像来显示被测对象的属还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属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。性特征、空间分布、拓朴结构等。性特征、空间分布、拓朴结构等。性特征、空间分布、拓朴结构等。 第9页1.1.1 测量的基本概念3. 3. 测量的基本构成测量的基本构成测量的基本构成测量的基本构成 被测对象被测对象 、测量的主体 、测量技术、测量设备 、测量过程 、测量环境 第10页uu环境对测量的影响环境对测量的影响环境对测量的影响环境对测量的影响 uuA. A. A. A. 环环境境境境对对被被被被测测对对象象象象的的的的影影影影响响响响：某某某某些些些些被被被被测测测测对对对对象象象象客客客客体体体体（如如如如器器器器件件件件、电电电电路路路路或或或或系系系系统统统统）的的的的性性性性能能能能特特特特性性性性对对对对环环环环境境境境变变变变化化化化较较较较为为为为敏敏敏敏感感感感或或或或非非非非常常常常敏敏敏敏感感感感，因因因因此此此此，原原原原则则则则上上上上测测测测量量量量应应应应在在在在被被被被测测测测对对对对象象象象的的的的正正正正常常常常或或或或额额额额定定定定工工工工作条件下进行。作条件下进行。作条件下进行。作条件下进行。 uuB. B. B. B. 环环境境境境对对仪仪器器器器系系系系统统的的的的影影影影响响响响：环环环环境境境境可可可可能能能能直直直直接接接接或或或或间间间间接接接接地地地地影影影影响响响响到到到到仪仪仪仪器器器器系系系系统统统统本本本本身身身身的的的的某某某某个个个个工工工工作作作作特特特特性性性性，进进进进而而而而影影影影响响响响测测测测量量量量结结结结果果果果，造造造造成成成成测测测测量量量量误误误误差差差差。特特特特别别别别是是是是某某某某些些些些测测测测量量量量器器器器具具具具的的的的量量量量程程程程广广广广、频频频频段段段段宽宽宽宽，而而而而内内内内部部部部的的的的元元元元器器器器件件件件数数数数目目目目甚甚甚甚多多多多，且且且且对对对对外外外外界界界界影影影影响响响响相相相相当当当当敏敏敏敏感感感感，错错错错综综综综复复复复杂杂杂杂的的的的影影影影响响响响量量量量所所所所产产产产生生生生的的的的不不不不良效应有时会成为测量的严重问题。良效应有时会成为测量的严重问题。良效应有时会成为测量的严重问题。良效应有时会成为测量的严重问题。 uuC. C. C. C. 环环境境境境对对测测量量量量人人人人员员的的的的影影影影响响响响：高高高高温温温温、严严严严寒寒寒寒、潮潮潮潮湿湿湿湿、闷闷闷闷气气气气、嘈嘈嘈嘈杂杂杂杂、照照照照明明明明不不不不适适适适当当当当等等等等不不不不良良良良工工工工作作作作环环环环境境境境，会会会会对对对对测测测测量量量量人人人人员员员员的的的的身身身身心心心心产产产产生生生生不不不不良良良良影影影影响响响响，从从从从而而而而引引引引起起起起不不不不同同同同程程程程度度度度的的的的人人人人身身身身误误误误差差差差乃乃乃乃至至至至差差差差错。错。错。错。应对措施：应对措施：应对措施：应对措施：uu应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。 uu恒温、恒湿、稳压和防震。恒温、恒湿、稳压和防震。恒温、恒湿、稳压和防震。恒温、恒湿、稳压和防震。 uu抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。 uu仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。第11页仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：仪器以工作环境条件的不同要求分为三组： I I I I组组：良良良良好好好好的的的的环环环环境境境境条条条条件件件件，温温温温度度度度+10+10+10+10+35+35+35+35o o o oC C C C，相相相相对对湿湿湿湿度度度度80%80%80%80%（在（在（在（在35353535o o o oC C C C上），只允上），只允上），只允上），只允许许有有有有轻轻微的振微的振微的振微的振动动。 IIIIIIII组组：一一一一般般般般的的的的环环环环境境境境条条条条件件件件，温温温温度度度度10101010+40+40+40+40o o o oC C C C，相相相相对对湿湿湿湿度度度度80%80%80%80%（在（在（在（在40404040o o o oC C C C上），允上），允上），允上），允许许一般的振一般的振一般的振一般的振动动和冲和冲和冲和冲击击。 IIIIIIIIIIII组组：恶恶恶恶劣劣劣劣的的的的环环环环境境境境条条条条件件件件，温温温温度度度度40404040+55+55+55+55o o o oC C C C，相相相相对对湿湿湿湿度度度度90%90%90%90%（在在在在35353535o o o oC C C C上上上上），允允允允许许频频繁繁繁繁的的的的搬搬搬搬动动和和和和运运运运输输中中中中受受受受到到到到较较大大大大的的的的冲冲冲冲击击和振和振和振和振动动。 uI I I I组组组组高精度计量用仪器高精度计量用仪器高精度计量用仪器高精度计量用仪器 uIIIIIIII组组组组通用仪器通用仪器通用仪器通用仪器 uIIIIIIIIIIII组组组组野外、机载等仪器野外、机载等仪器野外、机载等仪器野外、机载等仪器 1.1.1 测量的基本概念4. 4. 测试与检测测试与检测测试与检测测试与检测 测试： 测试是测量与试验的总称，它包括定量的测量和定性的试验。 试验：是为了对被测对象的性能和结果进行观察而从事的某种实践活动。检测： 检测包括检验和测量两方面的含义。检测包括定量内容，即检查被测量的量值是否处于某一范围内，以此来判断是否合格。 在实际生产中，检测不仅包括对产品的检验和测量，同时还包括对生产过程、运动状况和运动对象的检测1.1.2 计量的基本概念1. 1. 1. 1. 计计量的定量的定量的定量的定义义和意和意和意和意义义 计量的意义：计量的意义：计量的意义：计量的意义： 为为为为使使使使在在在在不不不不同同同同的的的的地地地地方方方方，用用用用不不不不同同同同的的的的手手手手段段段段测测测测量量量量同同同同一一一一量量量量时时时时，所所所所得得得得的的的的结果一致结果一致结果一致结果一致 计量的定义：计量的定义：计量的定义：计量的定义： 计计计计量量量量是是是是一一一一种种种种特特特特殊殊殊殊形形形形式式式式的的的的测测测测量量量量，它它它它把把把把被被被被测测测测量量量量与与与与国国国国家家家家计计计计量量量量部部部部门门门门作作作作为为为为基基基基准准准准或或或或标标标标准准准准的的的的同同同同类类类类单单单单位位位位量量量量进进进进行行行行比比比比较较较较，以以以以确确确确定定定定合合合合格格格格与与与与否否否否，并并并并给出具有法律效力的给出具有法律效力的给出具有法律效力的给出具有法律效力的检定证书检定证书检定证书检定证书。 计计计计量量量量是是是是利利利利用用用用技技技技术术术术和和和和法法法法制制制制手手手手段段段段实实实实现现现现单单单单位位位位统统统统一一一一和和和和量量量量值值值值准准准准确确确确可可可可靠靠靠靠的的的的测量。测量。测量。测量。 计量的三个主要特征：计量的三个主要特征：计量的三个主要特征：计量的三个主要特征： 统一性、准确性和法制性统一性、准确性和法制性统一性、准确性和法制性统一性、准确性和法制性。 1.1.2 计量的基本概念2 2单位和单位制单位和单位制单位和单位制单位和单位制uu根据定义而令系数为根据定义而令系数为根据定义而令系数为根据定义而令系数为1 1 1 1的量称为单位。分为基本单位和导出单位的量称为单位。分为基本单位和导出单位的量称为单位。分为基本单位和导出单位的量称为单位。分为基本单位和导出单位 uu单单单单位位位位是是是是表表表表征征征征测测测测量量量量结结结结果果果果的的的的重重重重要要要要组组组组成成成成部部部部分分分分， 又又又又是是是是对对对对两两两两个个个个同同同同类类类类量量量量值值值值进进进进行行行行比比比比较较较较的基础。的基础。的基础。的基础。uu1960196019601960年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制SISISISI。 uu1984198419841984年年年年2 2 2 2月月月月国国国国务务务务院院院院颁颁颁颁布布布布了了了了中中中中华华华华人人人人民民民民共共共共和和和和国国国国法法法法定定定定计计计计量量量量单单单单位位位位，决决决决定定定定我我我我国国国国法定计量单位以国际单位制为基础。法定计量单位以国际单位制为基础。法定计量单位以国际单位制为基础。法定计量单位以国际单位制为基础。 英呎feetfeet第15页国国国国际单际单位制（位制（位制（位制（SISISISI）的的的的组组成成成成 国际单位制基本单位国际单位制基本单位国际单位制基本单位国际单位制基本单位 （ SISISISI有有有有7 7 7 7个基本个基本个基本个基本单单位位位位 ）第16页uu国国国国际际际际单单单单位位位位制制制制是是是是由由由由国国国国际际际际单单单单位位位位制制制制单单单单位位位位、国国国国际际际际单单单单位位位位制制制制词词词词头头头头和和和和国国国国际际际际单位制的十进倍数单位三部分组成。单位制的十进倍数单位三部分组成。单位制的十进倍数单位三部分组成。单位制的十进倍数单位三部分组成。 uu国国国国际际际际单单单单位位位位制制制制词词词词头头头头表表表表示示示示使使使使单单单单位位位位增增增增大大大大或或或或缩缩缩缩小小小小的的的的十十十十进进进进倍倍倍倍数数数数。国国国国际际际际单单单单位位位位制制制制词词词词头头头头采采采采用用用用的的的的是是是是十十十十进进进进制制制制词词词词头头头头，它它它它是是是是用用用用来来来来单单单单位位位位增增增增大大大大或或或或缩缩缩缩小十进倍数，从小十进倍数，从小十进倍数，从小十进倍数，从 共有共有共有共有16161616个个个个 例：例：例：例：5.4X5.4X5.4X5.4X10101010-9-9-9-9s s s s=5.4=5.4=5.4=5.4nsnsnsns 第17页1.1.2 计量的基本概念2 2测量基准（标准）测量基准（标准）测量基准（标准）测量基准（标准）测量标准的定义： 为了定义、实现、保存和复现量的单位或一个及多个量值，用作参考的实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统。几个名词： 比对：比对： 在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。 检定：检定： 是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般要求计要求计量标准的准确度为被检者的量标准的准确度为被检者的1/31/3到到1/101/10。 校准：校准： 校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确定被校计量器具的示值误差（有时也包括确定被校器具的其他计量性能）的定被校计量器具的示值误差（有时也包括确定被校器具的其他计量性能）的全部工作。全部工作。 量值的传递：量值的传递： 指一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手指一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全过程。过程。第18页测量基准的权威性和相对性测量基准的权威性和相对性测量基准的权威性和相对性测量基准的权威性和相对性基准的基准的基准的基准的权权威性威性威性威性 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。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。 原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传。原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传。原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传。原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，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。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。 基准的相基准的相基准的相基准的相对对性性性性 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 例例例例：以以以以太太太太阳阳阳阳为为为为基基基基准准准准，时时时时间间间间测测测测量量量量的的的的精精精精确确确确度度度度1 1 1 1天天天天内内内内可可可可达达达达到到到到1 1 1 1秒秒秒秒钟钟钟钟。而而而而目目目目前前前前铯铯铯铯原原原原子子子子钟钟钟钟的计时精确度在三百万年内也不超过的计时精确度在三百万年内也不超过的计时精确度在三百万年内也不超过的计时精确度在三百万年内也不超过1 1 1 1秒。秒。秒。秒。 第19页测量标准的传递测量标准的传递自上而下逐级传递自上而下逐级传递 第20页1.1.3 测量误差的基本概念1.1.1.1.测量误差的定义测量误差的定义测量误差的定义测量误差的定义 u测量的目的测量的目的测量的目的测量的目的: : : : 获得被测量的真值。获得被测量的真值。获得被测量的真值。获得被测量的真值。 u真值真值真值真值: : : : 在一定的时间和空间环境条件下，被测量本在一定的时间和空间环境条件下，被测量本在一定的时间和空间环境条件下，被测量本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。身所具有的真实数值。身所具有的真实数值。身所具有的真实数值。 u测量误差测量误差测量误差测量误差 : : : : u所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差 。 从广州到北京的距离如何测？第21页1.1.3 测量误差的基本概念2 2 2 2 测量误差的来源测量误差的来源测量误差的来源测量误差的来源 uu（1 1 1 1）仪仪仪仪器器器器误误误误差差差差：由由由由于于于于测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器及及及及其其其其附附附附件件件件的的的的设设设设计计计计、制制制制造造造造、检检检检定定定定等等等等不不不不完完完完善善善善，以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。 uu（2 2 2 2）影影影影响响响响误误误误差差差差：由由由由于于于于各各各各种种种种环环环环境境境境因因因因素素素素（温温温温度度度度、湿湿湿湿度度度度、振振振振动动动动、电电电电源源源源电电电电压压压压、电电电电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。 uu（3 3 3 3）理理理理论论论论误误误误差差差差和和和和方方方方法法法法误误误误差差差差：由由由由于于于于测测测测量量量量原原原原理理理理、近近近近似似似似公公公公式式式式、测测测测量量量量方方方方法法法法不不不不合合合合理理理理而造成的误差。而造成的误差。而造成的误差。而造成的误差。 uu（4 4 4 4）人人人人身身身身误误误误差差差差：由由由由于于于于测测测测量量量量人人人人员员员员感感感感官官官官的的的的分分分分辨辨辨辨能能能能力力力力、反反反反应应应应速速速速度度度度、视视视视觉觉觉觉疲疲疲疲劳劳劳劳、固固固固有有有有习习习习惯惯惯惯、缺缺缺缺乏乏乏乏责责责责任任任任心心心心等等等等原原原原因因因因，而而而而在在在在测测测测量量量量中中中中使使使使用用用用操操操操作作作作不不不不当当当当、现现现现象象象象判判判判断断断断出出出出错错错错或数据读取疏失等而引起的误差。或数据读取疏失等而引起的误差。或数据读取疏失等而引起的误差。或数据读取疏失等而引起的误差。 例例例例如如如如：用用用用滴滴滴滴定定定定法法法法测测测测量量量量粉粉粉粉末末末末中中中中CaOCaOCaOCaO含含含含量量量量，称称称称取取取取定定定定量量量量的的的的粉粉粉粉末末末末，然然然然后后后后慢慢慢慢慢慢慢慢滴滴滴滴入入入入酸酸酸酸溶溶溶溶液液液液一一一一直直直直到到到到变变变变色色色色（完完完完全全全全中中中中和和和和）为为为为止止止止，根根根根据据据据滴滴滴滴入入入入溶溶溶溶液液液液的的的的数数数数量量量量确确确确定定定定CaOCaOCaOCaO含含含含量。这中间就会引入人为误差。量。这中间就会引入人为误差。量。这中间就会引入人为误差。量。这中间就会引入人为误差。 随随随随着着着着科科科科技技技技的的的的发发发发展展展展，现现现现在在在在出出出出现现现现了了了了X X X X荧荧荧荧光光光光分分分分析析析析仪仪仪仪，可可可可以以以以进进进进行行行行自自自自动动动动测测测测试试试试，就解决了人为误差。（讲述荧光分析仪的原理）就解决了人为误差。（讲述荧光分析仪的原理）就解决了人为误差。（讲述荧光分析仪的原理）就解决了人为误差。（讲述荧光分析仪的原理）荧光分析仪的原理及常见故障处理荧光分析仪的原理及常见故障处理处于基态的被测物质的分子在吸收适当能量，如光、化学、物理能后，其共价电子从成键分子轨道或非键分子轨道跃迁到反键分子轨道上去，形成分子激发态。分子激发态不稳定，将很快衰变到基态。在分子激发态返回到基态的同时常伴随着光子的辐射。这种现象就是发光现象。荧光则属于分子的光致发光现象。二、荧光分光光度计的特点二、荧光分光光度计的特点用荧光分析法分析的仪器，称荧光分光光度计。荧光分析法具有灵敏度高（比紫外、可见分光光度法高23个数量级），能提供激发光谱、发射光谱、发射强度、特征峰值等信息，在生物、环保、医学、药物、石油勘探等诸多领域都有广泛的应用。本仪器不仅能直接、间接地分析众多的有机化合物；另外，还可利用有机试剂间的反应，进行近70种无机元素的荧光分析。荧光的光谱特征是荧光光谱总是滞后于激发光谱即斯托克斯位移.三、荧光强度与物质浓度的关系三、荧光强度与物质浓度的关系1对于某种荧光物质的稀溶液，在一定强度的激发光照射下，荧光物质的发射强度与入射光的强度以及检测器的放大倍数成正比，可以用以下公式表示：F=KIFCK-与仪器系统有关的常数I-入射光的强度F-荧光物质的荧光效率C-荧光物质的浓度2当样品浓度增大到一定值时，荧光强度与浓度就不成线性关系。原因一：样品浓度较高时，液池前部的溶液强吸收则发生强的荧光，液池后半部的溶液不易受到入射光照，不发生荧光，所以荧光强度反而降低。原因二：在浓度较高的溶液中，可能发生溶液溶质与溶质间的相互作用，形成一种不致荧光的复合物，从而造成荧光强度反而降低的现象。比如，硫酸奎宁的荧光分析曲线如下： 四、石油荧光分析仪的基本工作原理及结构四、石油荧光分析仪的基本工作原理及结构由光源发出的光经滤光片后成为单色光，样品在此单色光的照射下，产生荧光，荧光由大孔径非球面镜的聚光及光栅的分光后，照射于光电倍增管上，光电倍增由光源发出的光经滤光片后成为单色光，样品在此单色光的照射下，产生荧光，荧光由大孔径非球面镜的聚光及光栅的分光后，照射于光电倍增管上，光电倍增管把光信号转换为电信号，经放大处理，最后由计算机输出显示或进行图谱打印。管把光信号转换为电信号，经放大处理，最后由计算机输出显示或进行图谱打印。 仪器主机主要由以下几部分组成：仪器主机主要由以下几部分组成： 五、仪器使用注意事项五、仪器使用注意事项1 1） 仪器使用交流仪器使用交流220V10%,220V10%,频率为频率为50Hz50Hz电源电源2 2） 务必使用接地良好的三芯电源插座务必使用接地良好的三芯电源插座3 3） 仪器应放置在平稳牢固的工作台面上仪器应放置在平稳牢固的工作台面上4 4） 应避开阳光直射应避开阳光直射5 5） 仪器周围无强磁场、电场干扰仪器周围无强磁场、电场干扰6 6） 各连接线需连接可靠各连接线需连接可靠7 7） 打开仪器罩盖后，避免在负高压工作状态下有强光照射到接收器上打开仪器罩盖后，避免在负高压工作状态下有强光照射到接收器上8 8） 注意开机顺序，一定待汞灯点亮后，才可开主机电源开关以免击坏电路板注意开机顺序，一定待汞灯点亮后，才可开主机电源开关以免击坏电路板第23页1.1.4 1.1.4 测量量误差的表示方法差的表示方法 测测量量量量误误差有差有差有差有绝对误绝对误差和相差和相差和相差和相对误对误差两种表示方法。差两种表示方法。差两种表示方法。差两种表示方法。 uu1.1.1.1.绝对误绝对误差差差差 uu（1 1 1 1）定义）定义）定义）定义：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差 uu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或计量器具测量所得高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得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。之值）来代替真值。之值）来代替真值。之值）来代替真值。 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，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uu（2 2 2 2）修正值）修正值）修正值）修正值 uu与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值 uu测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器的的的的修修修修正正正正值值值值可可可可以以以以通通通通过过过过上上上上一一一一级级级级标标标标准准准准的的的的检检检检定定定定给给给给出出出出，修修修修正正正正值值值值可可可可以以以以是是是是数数数数值值值值表表表表格、曲线或函数表达式等形式。格、曲线或函数表达式等形式。格、曲线或函数表达式等形式。格、曲线或函数表达式等形式。 uu被测量的实际值被测量的实际值被测量的实际值被测量的实际值 第24页1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 测测量量量量误误差的表示方法差的表示方法差的表示方法差的表示方法2.2.2.2.相相相相对误对误差差差差uu（1 1 1 1）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差 相对真误差：相对真误差：相对真误差：相对真误差： 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实际相对误差：实际相对误差：实际相对误差：实际相对误差： 用实际值用实际值用实际值用实际值A A A A代替真值代替真值代替真值代替真值A A A A0 0 0 0 示值相对误差：示值相对误差：示值相对误差：示值相对误差： 用测量值用测量值用测量值用测量值X X X X 代替实际值代替实际值代替实际值代替实际值A A A A uu 第25页1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 测测量量量量误误差的表示方法差的表示方法差的表示方法差的表示方法uu（2 2 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）满度相对误差（引用相对误差）满度相对误差（引用相对误差） 用用用用测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器在在在在一一一一个个个个量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内出出出出现现现现的的的的最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差与与与与该该该该量量量量程程程程值值值值（上上上上限限限限值值值值下下下下限限限限值值值值）之之之之比比比比来来来来表表表表示示示示的的的的相相相相对对对对误误误误差差差差，称称称称为为为为满满满满度度度度相相相相对对对对误误误误差差差差（或或或或称称称称引引引引用用用用相相相相对对对对误差）误差）误差）误差） 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 我国电工仪表共分七级我国电工仪表共分七级我国电工仪表共分七级我国电工仪表共分七级 ：0.10.10.10.1，0.20.20.20.2，0.50.50.50.5，1.01.01.01.0，1.51.51.51.5，2.52.52.52.5及及及及5.05.05.05.0。如果。如果。如果。如果仪仪表表表表为为S S S S级级，则说则说明明明明该仪该仪表的最大引用表的最大引用表的最大引用表的最大引用误误差不超过差不超过差不超过差不超过S% S% S% S% uu测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差 uu在在在在使使使使用用用用这这这这类类类类仪仪仪仪表表表表测测测测量量量量时时时时，应应应应选选选选择择择择适适适适当当当当的的的的量量量量程程程程，使使使使示示示示值值值值尽尽尽尽可可可可能能能能接接接接近近近近于于于于满满满满度值，指针最好能偏转在度值，指针最好能偏转在度值，指针最好能偏转在度值，指针最好能偏转在不小于满度值不小于满度值不小于满度值不小于满度值2/32/32/32/3以上的区域。以上的区域。以上的区域。以上的区域。 第26页1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 测测量量量量误误差的表示方法差的表示方法差的表示方法差的表示方法 例例例例 某某某某待待待待测测测测电电电电流流流流约约约约为为为为100mA100mA100mA100mA，现现现现有有有有0.50.50.50.5级级级级量量量量程程程程为为为为0 0 0 0400mA400mA400mA400mA和和和和1.51.51.51.5级级级级量量量量程程程程为为为为0 0 0 0100mA100mA100mA100mA的的的的两两两两个个个个电电电电流流流流表表表表，问问问问用用用用哪哪哪哪一一一一个个个个电电电电流流流流表表表表测测测测量量量量较好？较好？较好？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时的最大相时的最大相时的最大相时的最大相对误差为对误差为对误差为对误差为 解：用解：用解：用解：用0.50.50.50.5级量程为级量程为级量程为级量程为0 0 0 0400mA400mA400mA400mA电流表测电流表测电流表测电流表测100mA100mA100mA100mA时，最大相时，最大相时，最大相时，最大相对误差为对误差为对误差为对误差为 第27页1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 测测量量量量误误差的表示方法差的表示方法差的表示方法差的表示方法uu（3 3 3 3）分贝误差）分贝误差）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相对误差的对数表示相对误差的对数表示 uu分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，单位为分贝（单位为分贝（单位为分贝（单位为分贝（dBdBdBdB）。）。）。）。 电压增益的测得值为电压增益的测得值为电压增益的测得值为电压增益的测得值为 误差为误差为误差为误差为 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 分贝误差分贝误差分贝误差分贝误差 第28页1.1.51.1.5减少误差的若干方法减少误差的若干方法减少误差的若干方法减少误差的若干方法 微差法进行测量时，测量误差公式：微差法进行测量时，测量误差公式： X = s + X = s + x = x = s + s + , ,相对误差为（作分母时，相对误差为（作分母时， X X 与与s s视为相等）视为相等）： 前一项为标准量的相对误差，一般很小，测量仪器前一项为标准量的相对误差，一般很小，测量仪器的误差对测量的影响被大大地削弱，的误差对测量的影响被大大地削弱， 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，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，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，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、交换法。如微差法、替代法、交换法。如微差法、替代法、交换法。如微差法、替代法、交换法。 1. 1. 微差法微差法微差法微差法第29页第30页1.1.51.1.5减少误差的若干方法减少误差的若干方法减少误差的若干方法减少误差的若干方法2.2.2.2.替代法替代法替代法替代法 （1 1 1 1）替代偏转法（）替代偏转法（）替代偏转法（）替代偏转法（2 2 2 2）替代零示法）替代零示法）替代零示法）替代零示法 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仪器的示值不变，于是测量，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，于是标准标准标准标准量的值等于被测量值。量的值等于被测量值。量的值等于被测量值。量的值等于被测量值。 第31页1.1.51.1.5减少误差的若干方法减少误差的若干方法减少误差的若干方法减少误差的若干方法3.3.3.3.交换法交换法交换法交换法 通过交换被测量和标准量的位置，从前后两次换位测量通过交换被测量和标准量的位置，从前后两次换位测量通过交换被测量和标准量的位置，从前后两次换位测量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。结果的处理中，削弱或消除系统误差。结果的处理中，削弱或消除系统误差。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，并通过交换法特别适用于平衡对称结构的测量装置中，并通过交换法特别适用于平衡对称结构的测量装置中，并通过交换法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。可检查其对称性是否良好。可检查其对称性是否良好。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： 第32页1.2电子测量方法与测量系统电子测量方法与测量系统1.2.1 1.2.1 电子测量的基本概念电子测量的基本概念1.1.1.1.电子测量及意义电子测量及意义电子测量及意义电子测量及意义 电子测量是人们借助于电子技术的手段对电量和非电量的测量。电子测量是人们借助于电子技术的手段对电量和非电量的测量。即：以电子科学技术理论为依据，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。其意义： 具有极快的速度具有极快的速度具有极快的速度具有极快的速度 具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。 极有利于信息传递极有利于信息传递极有利于信息传递极有利于信息传递 极为灵活的变换技术。极为灵活的变换技术。极为灵活的变换技术。极为灵活的变换技术。 巨大的信息处理能力巨大的信息处理能力巨大的信息处理能力巨大的信息处理能力 第33页1.2.1 1.2.1 电子测量的基本概念电子测量的基本概念 2.2.电子测量的特点电子测量的特点电子测量的特点电子测量的特点（1 1 1 1）测量频率范围宽）测量频率范围宽）测量频率范围宽）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低至低至低至10101010-6-6-6-6HzHzHzHz以下，高至以下，高至以下，高至以下，高至THzTHzTHzTHz（1THz=101THz=101THz=101THz=1012121212HzHzHzHz） （2 2 2 2）量程范围宽量程范围宽量程范围宽量程范围宽。 如数字万用表对电压测量由纳伏（如数字万用表对电压测量由纳伏（如数字万用表对电压测量由纳伏（如数字万用表对电压测量由纳伏（nVnVnVnV）级至千伏（级至千伏（级至千伏（级至千伏（kVkVkVkV）级电压，级电压，级电压，级电压，量程达量程达量程达量程达12121212个数量级个数量级个数量级个数量级 （3 3 3 3）测量准确度高）测量准确度高）测量准确度高）测量准确度高。 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和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到10101010-13-13-13-1310101010-14-14-14-14的数量级。的数量级。的数量级。的数量级。 （4 4 4 4）测量速度快）测量速度快）测量速度快）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因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作 （5 5 5 5）易于实现遥测）易于实现遥测）易于实现遥测）易于实现遥测 （6 6 6 6）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化 第34页1.2.1 1.2.1 电子测量的基本概念电子测量的基本概念 3.3.电子测量的内容电子测量的内容电子测量的内容电子测量的内容 （1 1 1 1）按具体的测量对象来分类按具体的测量对象来分类按具体的测量对象来分类按具体的测量对象来分类电信号的测量电信号的测量电信号的测量电信号的测量 包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度；包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度；包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度；包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度； 信信信信号号号号的的的的频频频频率率率率、周周周周期期期期、时时时时间间间间、相相相相位位位位、调调调调幅幅幅幅度度度度、调调调调频频频频指指指指数数数数、失失失失真真真真度度度度、噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。 电路参数的测量电路参数的测量电路参数的测量电路参数的测量 包包包包括括括括电电电电阻阻阻阻、电电电电感感感感、电电电电容容容容、阻阻阻阻抗抗抗抗、品品品品质质质质因因因因数数数数、电电电电子子子子器器器器件件件件参参参参数数数数等等等等的的的的测测测测量。量。量。量。 电子设备性能的测量电子设备性能的测量电子设备性能的测量电子设备性能的测量 包包包包括括括括放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数、衰衰衰衰减减减减、灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度、频频频频率率率率特特特特性性性性、通通通通频频频频带带带带、噪噪噪噪声声声声系系系系数数数数的测量。的测量。的测量。的测量。 特性曲线的测量特性曲线的测量特性曲线的测量特性曲线的测量 包括幅频特性曲线、晶体管特性曲线等的测量和显示。包括幅频特性曲线、晶体管特性曲线等的测量和显示。包括幅频特性曲线、晶体管特性曲线等的测量和显示。包括幅频特性曲线、晶体管特性曲线等的测量和显示。 第35页1.2.1 1.2.1 电子测量的基本概念电子测量的基本概念 3.3.电子测量的内容电子测量的内容电子测量的内容电子测量的内容（2 2 2 2）按基本的测量对象来看：）按基本的测量对象来看：）按基本的测量对象来看：）按基本的测量对象来看： 信号和系统信号和系统信号和系统信号和系统 基本对象是未知基本对象是未知基本对象是未知基本对象是未知的信号与系统的信号与系统的信号与系统的信号与系统 基本工具是已知基本工具是已知基本工具是已知基本工具是已知的信号与系统的信号与系统的信号与系统的信号与系统 基本工作机理基本工作机理基本工作机理基本工作机理是信号与系统的相互作用是信号与系统的相互作用是信号与系统的相互作用是信号与系统的相互作用 4.4.电子测量系统的组成电子测量系统的组成电子测量系统的组成电子测量系统的组成第36页1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法1. 1. 1. 1. 直接测量、间接测量与组合测量直接测量、间接测量与组合测量直接测量、间接测量与组合测量直接测量、间接测量与组合测量 （1 1 1 1）直直直直接接接接测测测测量量量量用用用用已已已已标标标标定定定定的的的的仪仪仪仪器器器器，直直直直接接接接地地地地测测测测量量量量出出出出某某某某一一一一待待待待测测测测未未未未知量的量值。知量的量值。知量的量值。知量的量值。 （2 2 2 2）间间间间接接接接测测测测量量量量对对对对与与与与未未未未知知知知待待待待测测测测量量量量y y y y有有有有确确确确切切切切函函函函数数数数关关关关系系系系的的的的其其其其他他他他变变变变量量量量x x x x（或或或或n n n n个个个个变变变变量量量量）进进进进行行行行直直直直接接接接测测测测量量量量，然然然然后后后后再再再再通通通通过过过过函函函函数数数数 ，计算出待测量，计算出待测量，计算出待测量，计算出待测量y y y y。 （3 3 3 3）组合测量组合测量组合测量组合测量 uu 第37页1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法2. 2. 2. 2. 被动测量（有源参量）与主动测量（无源参量）被动测量（有源参量）与主动测量（无源参量）被动测量（有源参量）与主动测量（无源参量）被动测量（有源参量）与主动测量（无源参量）被测对象可按有源量或无源量划分为两大类被测对象可按有源量或无源量划分为两大类被测对象可按有源量或无源量划分为两大类被测对象可按有源量或无源量划分为两大类 有源量的有源量的有源量的有源量的测测量量量量 无源量的无源量的无源量的无源量的测测量量量量 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法3. 3. 3. 3. 开环式测量和闭环式测量开环式测量和闭环式测量开环式测量和闭环式测量开环式测量和闭环式测量 第39页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法4. 4. 4. 4. 集中式与分布式的多路测量集中式与分布式的多路测量集中式与分布式的多路测量集中式与分布式的多路测量 （1 1 1 1）集中式多路测试系统）集中式多路测试系统）集中式多路测试系统）集中式多路测试系统 第40页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法4. 4. 4. 4. 集中式与分布式的多路测量集中式与分布式的多路测量集中式与分布式的多路测量集中式与分布式的多路测量（2 2 2 2）分布式多路）分布式多路）分布式多路）分布式多路测测量系量系量系量系统统( ( ( (以雨量网为例以雨量网为例以雨量网为例以雨量网为例: : : :简述无线简述无线简述无线简述无线GPRSGPRSGPRSGPRS通讯网络通讯网络通讯网络通讯网络) ) ) ) （a a a a）网网网网络络化化化化测测量系量系量系量系统统 （b b b b）无无无无线电线电遥遥遥遥测测系系系系统统 第41页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法5. 5. 5. 5. 频域、时域、数域测量频域、时域、数域测量频域、时域、数域测量频域、时域、数域测量（1 1 1 1）频频域域域域测测量技量技量技量技术术：幅值和相位随频率的变化：幅值和相位随频率的变化：幅值和相位随频率的变化：幅值和相位随频率的变化 正弦波点频法正弦波点频法正弦波点频法正弦波点频法 正弦波扫频法正弦波扫频法正弦波扫频法正弦波扫频法 （2 2 2 2）时时域域域域测测量技量技量技量技术术： 幅值随时间的变化幅值随时间的变化幅值随时间的变化幅值随时间的变化 测试信号是脉冲、方波及阶跃信号测试信号是脉冲、方波及阶跃信号测试信号是脉冲、方波及阶跃信号测试信号是脉冲、方波及阶跃信号 注：注：注：注：频频域域域域测测量和量和量和量和时时域域域域测测量比量比量比量比较较 频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是从两频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是从两频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是从两频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是从两个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应该是一致的。个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应该是一致的。个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应该是一致的。个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应该是一致的。 从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频域函从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频域函从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频域函从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。数的付里叶逆变换也就是时域函数。数的付里叶逆变换也就是时域函数。数的付里叶逆变换也就是时域函数。 第42页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法5. 5. 5. 5. 频域、时域、数域测量频域、时域、数域测量频域、时域、数域测量频域、时域、数域测量（3 3 3 3）数字测量技术）数字测量技术）数字测量技术）数字测量技术：测量数字系统的功能和故障诊断：测量数字系统的功能和故障诊断：测量数字系统的功能和故障诊断：测量数字系统的功能和故障诊断 对数字系统进行测量的基本方法是：对数字系统进行测量的基本方法是：对数字系统进行测量的基本方法是：对数字系统进行测量的基本方法是： 在输入端加激励信号，观察由此产生的输出响应，并与预期的正确在输入端加激励信号，观察由此产生的输出响应，并与预期的正确在输入端加激励信号，观察由此产生的输出响应，并与预期的正确在输入端加激励信号，观察由此产生的输出响应，并与预期的正确结果进行比较，一致则表示系统正常；不一致则表示系统有故障。结果进行比较，一致则表示系统正常；不一致则表示系统有故障。结果进行比较，一致则表示系统正常；不一致则表示系统有故障。结果进行比较，一致则表示系统正常；不一致则表示系统有故障。 LSILSI测试系统的简化框图测试系统的简化框图第43页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法6. 6. 6. 6. 静态、稳态和动态测量静态、稳态和动态测量静态、稳态和动态测量静态、稳态和动态测量（1 1 1 1）静态（直流）测量：）静态（直流）测量：）静态（直流）测量：）静态（直流）测量： 对不随时间变化的物理量进行的测量对不随时间变化的物理量进行的测量对不随时间变化的物理量进行的测量对不随时间变化的物理量进行的测量 测测测测量量量量原原原原理理理理、方方方方法法法法、手手手手段段段段最最最最简简简简单单单单，测测测测量量量量过过过过程程程程不不不不受受受受时时时时间间间间限限限限制制制制，测测测测量量量量系系系系统统统统的的的的输输输输出出出出与与与与输输输输入入入入二二二二者者者者之之之之间间间间有有有有着着着着简简简简单单单单的的的的一一一一一一一一对对对对应应应应的的的的关关关关系系系系和和和和理理理理想想想想的的的的特特特特性性性性，而而而而测量精度也最高。测量精度也最高。测量精度也最高。测量精度也最高。（2 2 2 2）稳态（交流）测试技术：）稳态（交流）测试技术：）稳态（交流）测试技术：）稳态（交流）测试技术： 正弦测试技术正弦测试技术正弦测试技术正弦测试技术 用幅值随时间按正弦规律变化的电信号（最简单的周期性信号）作用幅值随时间按正弦规律变化的电信号（最简单的周期性信号）作用幅值随时间按正弦规律变化的电信号（最简单的周期性信号）作用幅值随时间按正弦规律变化的电信号（最简单的周期性信号）作被测系统的激励，然后观测在此激励下的输出响应，以频率为变量对被测系统的激励，然后观测在此激励下的输出响应，以频率为变量对被测系统的激励，然后观测在此激励下的输出响应，以频率为变量对被测系统的激励，然后观测在此激励下的输出响应，以频率为变量对被测线性系统进行测量。被测线性系统进行测量。被测线性系统进行测量。被测线性系统进行测量。 （3 3 3 3）动态（脉冲）测试技术，）动态（脉冲）测试技术，）动态（脉冲）测试技术，）动态（脉冲）测试技术， 自自自自然然然然界界界界存存存存在在在在大大大大量量量量瞬瞬瞬瞬变变变变冲冲冲冲激激激激的的的的物物物物理理理理现现现现象象象象，如如如如力力力力学学学学中中中中的的的的爆爆爆爆炸炸炸炸、冲冲冲冲击击击击、碰碰碰碰撞撞撞撞等等等等，电电电电学学学学中中中中的的的的放放放放电电电电、闪闪闪闪电电电电、雷雷雷雷击击击击等等等等，对对对对这这这这类类类类随随随随时时时时间间间间瞬瞬瞬瞬变变变变对对对对象象象象进进进进行行行行测测测测量，称为动态测量和瞬态测量。量，称为动态测量和瞬态测量。量，称为动态测量和瞬态测量。量，称为动态测量和瞬态测量。 第44页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（1 1 1 1）静态特性的数学模型）静态特性的数学模型）静态特性的数学模型）静态特性的数学模型 不线性时：不线性时：不线性时：不线性时：获得静态特性的方法：获得静态特性的方法： 对一个测量系统进行标定或定期进行校准。对一个测量系统进行标定或定期进行校准。 即在规定的标准工作条件下（规定的温度范围、大气压力、湿度等）即在规定的标准工作条件下（规定的温度范围、大气压力、湿度等），由高精度的标准发生器给出一系列数值已知的、准确的、不随时间变化，由高精度的标准发生器给出一系列数值已知的、准确的、不随时间变化的输入量的输入量x xj j，用高精度测量仪器测定被校测量系统对应输出量用高精度测量仪器测定被校测量系统对应输出量y yj j, ,得到由得到由( (x xj j,y,yj j) )数值列出的数表、绘制曲线或求得数学表达式，即为被校准的测数值列出的数表、绘制曲线或求得数学表达式，即为被校准的测量系统的输出与输入的关系，亦称之为静态特性。量系统的输出与输入的关系，亦称之为静态特性。 非线性非线性第45页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（2 2 2 2）静）静）静）静态态特性的基本参数特性的基本参数特性的基本参数特性的基本参数 零位（零点）零位（零点）零位（零点）零位（零点） uu当输入量为零当输入量为零当输入量为零当输入量为零x=0x=0x=0x=0时，测量时，测量时，测量时，测量 系系系系统统的的的的输输出量不出量不出量不出量不为为零的数零的数零的数零的数值值 uu零位值为零位值为零位值为零位值为 uu零零零零位位位位值值值值应应应应设设设设法法法法从从从从测测测测量量量量结结结结果果果果中中中中消消消消除除除除。例例例例如如如如可可可可以以以以通通通通过过过过测测测测量量量量系系系系统统统统的的的的调调调调零零零零机机机机构构构构或者由软件扣除。或者由软件扣除。或者由软件扣除。或者由软件扣除。 第46页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（2 2 2 2）静）静）静）静态态特性的基本参数特性的基本参数特性的基本参数特性的基本参数 灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度 是描述测量系统对输入量变化反应的能力。是描述测量系统对输入量变化反应的能力。是描述测量系统对输入量变化反应的能力。是描述测量系统对输入量变化反应的能力。 灵敏度：灵敏度：灵敏度：灵敏度： 当静态特性为一直线时，直线的斜率即为灵敏度，且为一常数当静态特性为一直线时，直线的斜率即为灵敏度，且为一常数当静态特性为一直线时，直线的斜率即为灵敏度，且为一常数当静态特性为一直线时，直线的斜率即为灵敏度，且为一常数 1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（2 2 2 2）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数 测量范围、量程测量范围、量程测量范围、量程测量范围、量程 测测测测量量量量范范范范围围围围测测测测量量量量系系系系统统统统所所所所能能能能测测测测量量量量到到到到的的的的最最最最小小小小被被被被测测测测量量量量（输输输输入入入入量量量量）与最大被测量（输入量）之间的范围。与最大被测量（输入量）之间的范围。与最大被测量（输入量）之间的范围。与最大被测量（输入量）之间的范围。 量量量量程程程程测测测测量量量量系系系系统统统统测测测测量量量量范范范范围围围围的的的的上上上上限限限限值值值值与与与与下下下下限限限限值值值值之之之之差差差差的的的的模模模模即即即即称称称称为为为为量量量量程程程程。量量量量程程程程又又又又称称称称满满满满度度度度值值值值，表表表表征征征征测测测测量量量量系系系系统统统统能能能能够够够够承承承承受受受受最最最最大输入量的能力。大输入量的能力。大输入量的能力。大输入量的能力。 例如一温度测量系统的测量范围是例如一温度测量系统的测量范围是例如一温度测量系统的测量范围是例如一温度测量系统的测量范围是60606060+120+120+120+1200 0 0 0C C C C，那么它那么它那么它那么它的量程为的量程为的量程为的量程为1801801801800 0 0 0C C C C 第48页 分辨力与分辨率分辨力与分辨率分辨力与分辨率分辨力与分辨率 分辨力，又称灵敏度阈，它表征分辨力，又称灵敏度阈，它表征分辨力，又称灵敏度阈，它表征分辨力，又称灵敏度阈，它表征测量系统有效辨别输入量测量系统有效辨别输入量测量系统有效辨别输入量测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力。标定过程中当第最小变化量的能力。标定过程中当第最小变化量的能力。标定过程中当第最小变化量的能力。标定过程中当第i i i i个测点个测点个测点个测点x x x xi i i i, , , ,当有当有当有当有x x x xi,mini,mini,mini,min变化时才看到输出变化，该点分辨力为变化时才看到输出变化，该点分辨力为变化时才看到输出变化，该点分辨力为变化时才看到输出变化，该点分辨力为x x x xi,mini,mini,mini,min，该该点分辨率为点分辨率为: : r r r ri i= = = =x x x xi,mini,mini,mini,min/R, /R, /R, /R, 测量系统的分辨率为测量系统的分辨率为测量系统的分辨率为测量系统的分辨率为:r=:r=:r=:r=maxmaxmaxmaxrrrri i i i 对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的1/21/21/21/21/51/51/51/5。 对具有数字显示器的测量系统，其分辨力是当最小有效数对具有数字显示器的测量系统，其分辨力是当最小有效数对具有数字显示器的测量系统，其分辨力是当最小有效数对具有数字显示器的测量系统，其分辨力是当最小有效数字增加一个字时相应示值的改变量，也即相当于一个分度字增加一个字时相应示值的改变量，也即相当于一个分度字增加一个字时相应示值的改变量，也即相当于一个分度字增加一个字时相应示值的改变量，也即相当于一个分度值。值。值。值。 对于一般测量仪表的要求是：灵敏度应该大而分辨力应该对于一般测量仪表的要求是：灵敏度应该大而分辨力应该对于一般测量仪表的要求是：灵敏度应该大而分辨力应该对于一般测量仪表的要求是：灵敏度应该大而分辨力应该小小小小( ( ( (从数值上讲从数值上讲从数值上讲从数值上讲). ). ). ). 1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（2 2 2 2）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数第49页 漂移漂移漂移漂移 时时时时漂漂漂漂: : : :当当当当测测测测量量量量系系系系统统统统的的的的输输输输入入入入和和和和环环环环境境境境温温温温度度度度不不不不变变变变时时时时输输输输出出出出量量量量随随随随时时时时间的变化而变化的现象称时漂间的变化而变化的现象称时漂间的变化而变化的现象称时漂间的变化而变化的现象称时漂温温温温漂漂漂漂: : : :由由由由于于于于环环环环境境境境温温温温度度度度变变变变化化化化而而而而引引引引起起起起的的的的输输输输出出出出量量量量的的的的变变变变化化化化。它它它它包包包包括零点温漂和灵敏度温漂括零点温漂和灵敏度温漂括零点温漂和灵敏度温漂括零点温漂和灵敏度温漂。 零点漂移零点漂移 =y0(t2)-y0(t1)/yFS(t1)(t2-t1)*100% 灵敏度漂移灵敏度漂移 =yFS(t2)-yFS(t1)/yFS(t1)(t2-t1)*100% 上上述述公公式式右右边边y值值为为平平均均值值，t1为为室室温温，t2为为规规定定高高温温或低温，稳定或低温，稳定1小时小时1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（2 2 2 2）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数）静态特性的基本参数第50页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（3 3 3 3）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标 迟滞迟滞迟滞迟滞 亦亦亦亦称称称称“ “滞滞滞滞环环环环” ”或或或或“ “回回回回差差差差” ”，表表表表征征征征测测测测量量量量系系系系统统统统在在在在全全全全量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内，输输输输入入入入量量量量由由由由小小小小到到到到大大大大（正正正正行行行行程程程程）或或或或由由由由大大大大小小小小到到到到（反反反反行行行行程程程程）两两两两者者者者静静静静态态态态特特特特性性性性不不不不一一一一致致致致的的的的程程程程度度度度。由由由由机机机机械械械械摩摩摩摩擦擦擦擦间间间间隙隙隙隙、敏敏敏敏感感感感材材材材料料料料缺陷、磁性材料磁滞等因素引起缺陷、磁性材料磁滞等因素引起缺陷、磁性材料磁滞等因素引起缺陷、磁性材料磁滞等因素引起 测量时，各点的值取平均值，测量时，各点的值取平均值，测量时，各点的值取平均值，测量时，各点的值取平均值， 下式为迟滞的引用误差，式中下式为迟滞的引用误差，式中HmHm 为最大回差为最大回差第51页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（3 3 3 3）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标 重复性重复性重复性重复性 uu表表表表征征征征测测测测量量量量系系系系统统统统输输输输入入入入量量量量按按按按同同同同一一一一方方方方向向向向作作作作全全全全量量量量程程程程连连连连续续续续多多多多次次次次变变变变动动动动时时时时，静态特性不一致的程度静态特性不一致的程度静态特性不一致的程度静态特性不一致的程度 重复性指标是一种随机误重复性指标是一种随机误重复性指标是一种随机误重复性指标是一种随机误 差，可以根据标准偏差来计算差，可以根据标准偏差来计算差，可以根据标准偏差来计算差，可以根据标准偏差来计算重复性引用误差为：重复性引用误差为：重复性引用误差为：重复性引用误差为： 按照按照按照按照BesselBesselBesselBessel算法，算法，算法，算法，R=3sR=3sR=3sR=3s为最大重复误差，为最大重复误差，为最大重复误差，为最大重复误差，s s s s为最大标为最大标为最大标为最大标 准偏差准偏差准偏差准偏差第52页 线性度线性度线性度线性度 测量系统的输出测量系统的输出测量系统的输出测量系统的输出输入关系应当具有直线特性，输入关系应当具有直线特性，输入关系应当具有直线特性，输入关系应当具有直线特性， 线线线线性性性性度度度度（又又又又称称称称非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差）说说说说明明明明输输输输出出出出量量量量与与与与输输输输入入入入量量量量的的的的实实实实际际际际关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线偏偏偏偏离其拟合直线的程度离其拟合直线的程度离其拟合直线的程度离其拟合直线的程度 上式中上式中上式中上式中y y y ymaxmax应为：应为：应为：应为：y y y yFSFS 选定的拟合直线不同，计算选定的拟合直线不同，计算选定的拟合直线不同，计算选定的拟合直线不同，计算 所得的线所得的线所得的线所得的线性度数值也就不同。有绝对线性度（与性度数值也就不同。有绝对线性度（与性度数值也就不同。有绝对线性度（与性度数值也就不同。有绝对线性度（与理想曲线比较）、端基线性度（与由始理想曲线比较）、端基线性度（与由始理想曲线比较）、端基线性度（与由始理想曲线比较）、端基线性度（与由始末两端定的直线比较）、最小二乘法线性末两端定的直线比较）、最小二乘法线性末两端定的直线比较）、最小二乘法线性末两端定的直线比较）、最小二乘法线性度度度度1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（3 3 3 3）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标 第53页 准确度准确度准确度准确度 测量系统的准确度，俗称精度测量系统的准确度，俗称精度测量系统的准确度，俗称精度测量系统的准确度，俗称精度 用用用用准准准准确确确确度度度度等等等等级级级级指指指指数数数数来来来来表表表表征征征征： 准准准准确确确确度度度度等等等等级级级级指指指指数数数数a a a a的的的的百百百百分分分分数数数数a a a a% % % %所表示的相所表示的相所表示的相所表示的相对值对值是代表允是代表允是代表允是代表允许误许误差的大小差的大小差的大小差的大小 用用用用不不不不确确确确定定定定度度度度来来来来表表表表征征征征：在在在在规规规规定定定定条条条条件件件件下下下下系系系系统统统统或或或或装装装装置置置置用用用用于于于于测测测测量时所得测量结果的不确定度。量时所得测量结果的不确定度。量时所得测量结果的不确定度。量时所得测量结果的不确定度。 简简简简化化化化表表表表示示示示： 一一一一些些些些国国国国家家家家标标标标准准准准未未未未规规规规定定定定准准准准确确确确度度度度等等等等级级级级指指指指数数数数的的的的产产产产品品品品说说说说明明明明书书书书中中中中，常常常常用用用用“精精精精度度度度”作作作作为为为为一一一一项项项项技技技技术术术术指指指指标标标标来来来来表表表表征征征征该该该该产产产产品品品品的的的的准准准准确确确确程程程程度度度度。通通通通常常常常精精精精度度度度A A A A由由由由线线线线性性性性度度度度、滞滞滞滞环环环环和和和和重重重重复复复复性之和得出性之和得出性之和得出性之和得出1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法7. 7. 7. 7. 测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性测试系统的静态特性（3 3 3 3）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标）静态特性的质量指标 第54页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法8. 8. 8. 8. 测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性（1 1）测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述数学模型数学模型数学模型数学模型uu测量系统的特性用数学模型来描述，主要有三种形式：测量系统的特性用数学模型来描述，主要有三种形式：测量系统的特性用数学模型来描述，主要有三种形式：测量系统的特性用数学模型来描述，主要有三种形式： 时域中的微分方程；时域中的微分方程；时域中的微分方程；时域中的微分方程； 复频域中的传递函数；复频域中的传递函数；复频域中的传递函数；复频域中的传递函数； 频域中的频率特性。频域中的频率特性。频域中的频率特性。频域中的频率特性。 微分方程微分方程微分方程微分方程 第55页 传递传递函数函数函数函数 为简化运算，通常采用拉普拉斯变换来研究线性微分方程。为简化运算，通常采用拉普拉斯变换来研究线性微分方程。为简化运算，通常采用拉普拉斯变换来研究线性微分方程。为简化运算，通常采用拉普拉斯变换来研究线性微分方程。 传传传传递递递递函函函函数数数数其其其其表表表表达达达达式式式式为为为为在在在在初初初初始始始始条条条条件件件件为为为为零零零零时时时时，系系系系统统统统输输输输出出出出量量量量的的的的拉拉拉拉氏氏氏氏变变变变换换换换与输入量的拉氏变换之比。与输入量的拉氏变换之比。与输入量的拉氏变换之比。与输入量的拉氏变换之比。1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法8. 8. 8. 8. 测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性（1 1）测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述数学模型数学模型数学模型数学模型第56页 频频率响率响率响率响应应函数函数函数函数 uu对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变换对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变换对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变换对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变换 1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法8. 8. 8. 8. 测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性（1 1）测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述数学模型数学模型数学模型数学模型幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性相频特性相频特性相频特性相频特性第57页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法8. 8. 8. 8. 测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性（2 2 2 2）常见系统的数学模型、特性参数、阶跃响应）常见系统的数学模型、特性参数、阶跃响应）常见系统的数学模型、特性参数、阶跃响应）常见系统的数学模型、特性参数、阶跃响应 一阶系统一阶系统一阶系统一阶系统 一阶一阶一阶一阶RCRC电路电路电路电路 幅频特性：幅频特性： 相频特性：相频特性：时间常数时间常数第58页 当系统输入阶跃信号当系统输入阶跃信号当系统输入阶跃信号当系统输入阶跃信号x(t)x(t)x(t)x(t)时时时时, , , ,响应为响应为响应为响应为y(t)y(t)y(t)y(t) 一阶系统频域的主一阶系统频域的主一阶系统频域的主一阶系统频域的主要指标要指标要指标要指标: : : :0 0, , = =0 0=1/=1/时为转折点时为转折点时为转折点时为转折点. . . . 时域主要指标时域主要指标时域主要指标时域主要指标: : : :,当当当当t=t=t=t=时时时时, , , ,上升到上升到上升到上升到0.6320.6320.6320.632 0.95A第59页二阶系统二阶系统二阶系统二阶系统 （例例例例LCRLCRLCRLCR串联电路）串联电路）串联电路）串联电路）微分方程微分方程微分方程微分方程 为为系系系系统统固有角固有角固有角固有角频频率，率，率，率， 为为阻尼比阻尼比阻尼比阻尼比 传递函数传递函数传递函数传递函数 频率特性频率特性频率特性频率特性 1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法电子测量的基本方法8. 8. 8. 8. 测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性（2 2 2 2）常见系统的数学模型、特性参数、阶跃响应）常见系统的数学模型、特性参数、阶跃响应）常见系统的数学模型、特性参数、阶跃响应）常见系统的数学模型、特性参数、阶跃响应第60页二阶系统的频率特性二阶系统的频率特性二阶系统的频率特性二阶系统的频率特性 u u 幅频特性幅频特性相频特性相频特性第61页二阶系统的阶跃响应二阶系统的阶跃响应二阶系统的阶跃响应二阶系统的阶跃响应频域指标：频域指标：频域指标：频域指标： 、 n n, , 时域指标：有阻尼自然振荡角频率、有阻尼自然振荡时域指标：有阻尼自然振荡角频率、有阻尼自然振荡时域指标：有阻尼自然振荡角频率、有阻尼自然振荡时域指标：有阻尼自然振荡角频率、有阻尼自然振荡周期、峰值时间、绝对及相对超调量。周期、峰值时间、绝对及相对超调量。周期、峰值时间、绝对及相对超调量。周期、峰值时间、绝对及相对超调量。第62页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术1. 1. 1. 1. 电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术1) 1) 1) 1) 量值变换量值变换量值变换量值变换 uu量值是指电压、电流、功率、阻抗、时间等电参量的幅值大小。量值是指电压、电流、功率、阻抗、时间等电参量的幅值大小。量值是指电压、电流、功率、阻抗、时间等电参量的幅值大小。量值是指电压、电流、功率、阻抗、时间等电参量的幅值大小。 uu量值变换即指把它们的幅值按比例地增大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值变换即指把它们的幅值按比例地增大或缩小量值变换即指把它们的幅值按比例地增大或缩小。 uu把把把把量量量量值值值值处处处处于于于于难难难难以以以以测测测测量量量量的的的的边边边边缘缘缘缘状状状状态态态态（太太太太小小小小或或或或太太太太大大大大）的的的的被被被被测测测测量量量量，按按按按某某某某一一一一已已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。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。 uu 通过量值变换，可增加测量范围，提高测量分辨力和精度。通过量值变换，可增加测量范围，提高测量分辨力和精度。通过量值变换，可增加测量范围，提高测量分辨力和精度。通过量值变换，可增加测量范围，提高测量分辨力和精度。 （1 1 1 1）信号放大与衰减）信号放大与衰减）信号放大与衰减）信号放大与衰减 测测测测量量量量放放放放大大大大器器器器是是是是指指指指在在在在测测测测量量量量系系系系统统统统中中中中用用用用来来来来放放放放大大大大微微微微弱弱弱弱电电电电压压压压、电电电电流流流流或或或或电电电电荷荷荷荷信信信信号的放大器。要求低漂移号的放大器。要求低漂移号的放大器。要求低漂移号的放大器。要求低漂移 衰减器衰减器衰减器衰减器用来降低测量系统中的信号电平用来降低测量系统中的信号电平用来降低测量系统中的信号电平用来降低测量系统中的信号电平 第63页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术1. 1. 1. 1. 电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术 1) 1) 1) 1) 量值变换量值变换量值变换量值变换 （2 2 2 2）阻抗变换）阻抗变换）阻抗变换）阻抗变换 电电电电子子子子测测测测量量量量中中中中，特特特特别别别别是是是是在在在在微微微微波波波波测测测测量量量量中中中中，当当当当将将将将不不不不匹匹匹匹配配配配的的的的负负负负载载载载与与与与传传传传输输输输线线线线连连连连接接接接时时时时，或或或或将将将将特特特特征征征征阻阻阻阻抗抗抗抗不不不不同同同同的的的的传传传传输输输输线线线线进进进进行行行行连连连连接接接接时时时时，信信信信号号号号传传传传输输输输中中中中将将将将产产产产生生生生强烈反射。强烈反射。强烈反射。强烈反射。 为为为为了了了了保保保保证证证证良良良良好好好好的的的的传传传传输输输输，必必必必须须须须在在在在传传传传输输输输线线线线与与与与负负负负载载载载之之之之间间间间或或或或不不不不同同同同特特特特征征征征阻阻阻阻抗抗抗抗的的的的传传传传输输输输线线线线之之之之间间间间接接接接入入入入一一一一种种种种阻阻阻阻抗抗抗抗变变变变换换换换的的的的双双双双口口口口网网网网络络络络，改改改改变变变变阻阻阻阻抗抗抗抗的的的的大大大大小小小小，实实实实现现现现阻抗的匹配。阻抗的匹配。阻抗的匹配。阻抗的匹配。 在信号源的功率放大器输出电路中，也要求负载阻抗匹配，常用变在信号源的功率放大器输出电路中，也要求负载阻抗匹配，常用变在信号源的功率放大器输出电路中，也要求负载阻抗匹配，常用变在信号源的功率放大器输出电路中，也要求负载阻抗匹配，常用变压器等进行阻抗变换，以保证最佳功率传输。压器等进行阻抗变换，以保证最佳功率传输。压器等进行阻抗变换，以保证最佳功率传输。压器等进行阻抗变换，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，输入跟随器则是实现了输，输入跟随器则是实现了输，输入跟随器则是实现了输，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。入通道从高阻到低阻的阻抗变换。入通道从高阻到低阻的阻抗变换。入通道从高阻到低阻的阻抗变换。 第64页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术1. 1. 1. 1. 电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术 2) 2) 2) 2) 频率变换频率变换频率变换频率变换（1 1 1 1）检波）检波）检波）检波：交流电压变成直流电压：交流电压变成直流电压：交流电压变成直流电压：交流电压变成直流电压 常常常常用用用用磁磁磁磁电电电电式式式式电电电电表表表表，它它它它只只只只能能能能测测测测量量量量直直直直流流流流，交交交交流流流流信信信信号号号号必必必必须须须须检检检检波波波波成成成成直直直直流流流流信信信信号来测量号来测量号来测量号来测量 （2 2 2 2）斩斩斩斩波波波波：把把把把一一一一个个个个直直直直流流流流电电电电压压压压调调调调制制制制成成成成交交交交流流流流电电电电压压压压，经经经经过过过过交交交交流流流流放放放放大大大大，然然然然后后后后再再再再把交流电压通过反调制（解调）还原为直流电压的过程。把交流电压通过反调制（解调）还原为直流电压的过程。把交流电压通过反调制（解调）还原为直流电压的过程。把交流电压通过反调制（解调）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 3 3）变频（分频、倍频、混频、频率合成等）变频（分频、倍频、混频、频率合成等）变频（分频、倍频、混频、频率合成等）变频（分频、倍频、混频、频率合成等） 进进进进行行行行频频频频率率率率的的的的加加加加减减减减运运运运算算算算；获获获获得得得得很很很很宽宽宽宽的的的的频频频频率率率率覆覆覆覆盖盖盖盖范范范范围围围围；实实实实现现现现中中中中频频频频或或或或低低低低频替代，以提高测量精度，实现频率的精密测量。频替代，以提高测量精度，实现频率的精密测量。频替代，以提高测量精度，实现频率的精密测量。频替代，以提高测量精度，实现频率的精密测量。 例：例：f=200.020kHzf=200.020kHz220kHz 220kHz f f0 0=200kHz =200kHz 则则 F=f-fF=f-f0 0=20Hz=20Hz20kHz20kHz第65页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术1. 1. 1. 1. 电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术 3) 3) 3) 3) 波形变换波形变换波形变换波形变换（1 1 1 1）整形）整形）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，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， 例如，用于电子计数器的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。 （2 2 2 2）限幅）限幅）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 3 3）微分）微分）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。由矩形脉冲形成一个窄脉冲。由矩形脉冲形成一个窄脉冲。 在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。 （4 4 4 4）合成）合成）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。多种波形叠加成复杂波形。多种波形叠加成复杂波形。 例如合成例如合成例如合成例如合成CRTCRTCRTCRT显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。 （5 5 5 5）变变变变换换换换 方方方方波波波波变变变变成成成成三三三三角角角角波波波波或或或或正正正正弦弦弦弦波波波波，三三三三角角角角波波波波变变变变成成成成正正正正弦弦弦弦波波波波或或或或方波，正弦波变成方波或三角波等。方波，正弦波变成方波或三角波等。方波，正弦波变成方波或三角波等。方波，正弦波变成方波或三角波等。 波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。 第66页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术1. 1. 1. 1. 电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术 4) 4) 4) 4) 参量变换参量变换参量变换参量变换（1 1 1 1）AVAVAVAV变换变换变换变换电流、电压、电阻之间的变换电流、电压、电阻之间的变换电流、电压、电阻之间的变换电流、电压、电阻之间的变换 多多多多用用用用表表表表中中中中采采采采用用用用的的的的AVAVAVAV变变变变换换换换，包包包包括括括括交交交交流流流流/ / / /直直直直流流流流（AC/DCAC/DCAC/DCAC/DC）、电电电电流流流流/ / / /电电电电压压压压（I/VI/VI/VI/V）和和和和电电电电阻阻阻阻/ / / /电电电电压压压压（/V/V/V/V）的的的的转转转转换换换换，实实实实现现现现了了了了交交交交、直流电压、电流、电阻等多种测量功能。直流电压、电流、电阻等多种测量功能。直流电压、电流、电阻等多种测量功能。直流电压、电流、电阻等多种测量功能。 （2 2 2 2）V/FV/FV/FV/F变换变换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模拟直流电压转换为频率模拟直流电压转换为频率 讲述该种转换在信号采集中的抗干扰作用讲述该种转换在信号采集中的抗干扰作用讲述该种转换在信号采集中的抗干扰作用讲述该种转换在信号采集中的抗干扰作用 （3 3 3 3）V/TV/TV/TV/T变换变换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模拟直流电压转换成时间模拟直流电压转换成时间 （4 4 4 4）网络参数的变换，可通过易测量求出难测量）网络参数的变换，可通过易测量求出难测量）网络参数的变换，可通过易测量求出难测量）网络参数的变换，可通过易测量求出难测量 第67页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术1. 1. 1. 1. 电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术例：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；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；光信号变换成电信号；光信号变换成电信号；电电电电信号被放大，进行了幅度变换；信号被放大，进行了幅度变换；信号被放大，进行了幅度变换；信号被放大，进行了幅度变换；对电信号比较、校正对电信号比较、校正对电信号比较、校正对电信号比较、校正的处理后抽取出了有关伤痕的有用信息；的处理后抽取出了有关伤痕的有用信息；的处理后抽取出了有关伤痕的有用信息；的处理后抽取出了有关伤痕的有用信息；电信号到光电信号到光电信号到光电信号到光信号的变换进行显示。信号的变换进行显示。信号的变换进行显示。信号的变换进行显示。 第68页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术2. 2. 2. 2. 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术1 1 1 1）比）比）比）比较较的基本概念的基本概念的基本概念的基本概念 被测量为被测量为被测量为被测量为x x x x、标准量为标准量为标准量为标准量为s s s s、比较电路输出为比较电路输出为比较电路输出为比较电路输出为y y y y。 当当当当xs xs xs xsxsxsxs时，时，时，时，y=YH y=YH y=YH y=YH 当当当当x=s x=s x=s x=s 时，时，时，时，y y y y出现一个跃变信号出现一个跃变信号出现一个跃变信号出现一个跃变信号第69页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术2. 2. 2. 2. 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术2 2 2 2）电压电压比比比比较较 （1 1 1 1）电平比较）电平比较）电平比较）电平比较 两个模拟电压的大小的比较是用电压比较器来实现的两个模拟电压的大小的比较是用电压比较器来实现的两个模拟电压的大小的比较是用电压比较器来实现的两个模拟电压的大小的比较是用电压比较器来实现的 第70页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术2. 2. 2. 2. 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术2 2 2 2）电压电压比比比比较较（2 2 2 2）差值型比较）差值型比较）差值型比较）差值型比较 采采采采用用用用能能能能输输输输出出出出模模模模拟拟拟拟差差差差值值值值电电电电压压压压的的的的减减减减法法法法运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器。实实实实现现现现减减减减法法法法运运运运算算算算功功功功能能能能的的的的方方方方法也有差动型比较和求和型比较两种。法也有差动型比较和求和型比较两种。法也有差动型比较和求和型比较两种。法也有差动型比较和求和型比较两种。 （3 3 3 3）比例型比较）比例型比较）比例型比较）比例型比较 具具具具有有有有除除除除法法法法或或或或比比比比例例例例运运运运算算算算功功功功能能能能的的的的电电电电路路路路或或或或部部部部件件件件，也也也也可可可可完完完完成成成成被被被被测测测测量量量量与与与与标标标标准准准准量量量量的的的的比比比比较较较较。例例例例如如如如，双双双双积积积积分分分分式式式式A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换器器器器中中中中，被被被被测测测测电电电电压压压压与与与与标标标标准准准准电电电电压压压压之之之之间间间间具具具具有如下关系（讲双积分式有如下关系（讲双积分式有如下关系（讲双积分式有如下关系（讲双积分式A/DA/DA/DA/D转换器的原理）：转换器的原理）：转换器的原理）：转换器的原理）： 第71页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术2. 2. 2. 2. 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术3 3 3 3）阻抗比阻抗比阻抗比阻抗比较较 电电电电桥桥桥桥电电电电路路路路具具具具有有有有对对对对称称称称差差差差动动动动的的的的电电电电路路路路结结结结构构构构，是是是是一一一一种种种种电电电电量量量量天天天天平平平平，可可可可以以以以十十十十分分分分方方方方便地实现差值检测和比例比较的功能。便地实现差值检测和比例比较的功能。便地实现差值检测和比例比较的功能。便地实现差值检测和比例比较的功能。 （a a）比例臂电桥比例臂电桥 （b b）有源电桥有源电桥 （c c）电压电桥电压电桥 （d d）电流电桥电流电桥1 12 2sxZU NU N Z=第72页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术2. 2. 2. 2. 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术3 3 3 3）阻抗比阻抗比阻抗比阻抗比较较例例例例. . . . 比例运算比较（半桥）电路比例运算比较（半桥）电路比例运算比较（半桥）电路比例运算比较（半桥）电路 第73页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术2. 2. 2. 2. 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术4 4 4 4）频频率（率（率（率（时间时间）阻抗比）阻抗比）阻抗比）阻抗比较较时间差值比较：用时间差值比较：用时间差值比较：用时间差值比较：用R-SR-SR-SR-S触发器可实现时差的比较触发器可实现时差的比较触发器可实现时差的比较触发器可实现时差的比较 差频比较：差频比较：差频比较：差频比较： 混频器可以实现两个频率的减法运算，混频器可以实现两个频率的减法运算，混频器可以实现两个频率的减法运算，混频器可以实现两个频率的减法运算， 还可利用差还可利用差还可利用差还可利用差频比较法测量频率频比较法测量频率频比较法测量频率频比较法测量频率第74页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术2. 2. 2. 2. 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术5 5 5 5）相位比相位比相位比相位比较较 （1 1 1 1）用乘法器或相敏检波器鉴相）用乘法器或相敏检波器鉴相）用乘法器或相敏检波器鉴相）用乘法器或相敏检波器鉴相 （2 2 2 2）脉冲与数字式鉴相器）脉冲与数字式鉴相器）脉冲与数字式鉴相器）脉冲与数字式鉴相器 触发器构成的脉冲鉴相器触发器构成的脉冲鉴相器触发器构成的脉冲鉴相器触发器构成的脉冲鉴相器:RS:RS:RS:RS触发器或触发器或触发器或触发器或D D D D触发器触发器触发器触发器 数字式鉴相器数字式鉴相器数字式鉴相器数字式鉴相器: : : :由相位比较器（由相位比较器（由相位比较器（由相位比较器（9 9 9 9个与非门）和电荷泵组个与非门）和电荷泵组个与非门）和电荷泵组个与非门）和电荷泵组成成成成 第75页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术2. 2. 2. 2. 电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术6 6 6 6）数字比数字比数字比数字比较较 二进制的数二进制的数二进制的数二进制的数N N N N1 1 1 1和和和和N N N N2 2 2 2加于异或门的输入端，即可进行比较加于异或门的输入端，即可进行比较加于异或门的输入端，即可进行比较加于异或门的输入端，即可进行比较 第76页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术3. 3. 3. 3. 电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术1)1)基本模拟运算基本模拟运算基本模拟运算基本模拟运算 运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸如比例、加减、微分、运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸如比例、加减、微分、运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸如比例、加减、微分、运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸如比例、加减、微分、积分、对数、指数和乘除等电路积分、对数、指数和乘除等电路积分、对数、指数和乘除等电路积分、对数、指数和乘除等电路 （1 1 1 1）四则运算电路）四则运算电路）四则运算电路）四则运算电路 第77页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电电子子子子测测量中的基本量中的基本量中的基本量中的基本实现实现技技技技术术3. 3. 3. 3. 电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术1)1)基本模拟运算基本模拟运算基本模拟运算基本模拟运算（2 2 2 2）积分和微分电路）积分和微分电路）积分和微分电路）积分和微分电路 第78页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术3. 3. 3. 3. 电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术2)2)模拟滤波器模拟滤波器模拟滤波器模拟滤波器 按照频谱分析的观点，任何信号都是一些不同幅度和不同频率的正按照频谱分析的观点，任何信号都是一些不同幅度和不同频率的正按照频谱分析的观点，任何信号都是一些不同幅度和不同频率的正按照频谱分析的观点，任何信号都是一些不同幅度和不同频率的正弦信号的组合。弦信号的组合。弦信号的组合。弦信号的组合。 在在在在被被被被测测测测信信信信号号号号中中中中，除除除除了了了了有有有有用用用用的的的的频频频频率率率率成成成成分分分分之之之之外外外外，往往往往往往往往不不不不可可可可避避避避免免免免地地地地含含含含有有有有一一一一些无用噪声的频率成分。些无用噪声的频率成分。些无用噪声的频率成分。些无用噪声的频率成分。 滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的功功功功能能能能就就就就是是是是利利利利用用用用其其其其频频频频率率率率特特特特性性性性来来来来保保保保留留留留有有有有用用用用的的的的频频频频率率率率成成成成分分分分，削削削削弱弱弱弱或或或或消除无用的频率成分，即具有信号分离的功能。消除无用的频率成分，即具有信号分离的功能。消除无用的频率成分，即具有信号分离的功能。消除无用的频率成分，即具有信号分离的功能。 分为低通、高通、带通和带阻等不同滤波器。分为低通、高通、带通和带阻等不同滤波器。分为低通、高通、带通和带阻等不同滤波器。分为低通、高通、带通和带阻等不同滤波器。 模拟滤波器可以通过有源滤波或无源滤波来完成，如书本上的各种模拟滤波器可以通过有源滤波或无源滤波来完成，如书本上的各种模拟滤波器可以通过有源滤波或无源滤波来完成，如书本上的各种模拟滤波器可以通过有源滤波或无源滤波来完成，如书本上的各种滤波器（参考书本）滤波器（参考书本）滤波器（参考书本）滤波器（参考书本）第79页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术3. 3. 3. 3. 电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术3)3)数字信号处理（数字信号处理（数字信号处理（数字信号处理（DSPDSP）（1 1 1 1）数字信号）数字信号）数字信号）数字信号处处理的理的理的理的实现实现方式方式方式方式 基于数字逻辑电路的硬件方式：基于数字逻辑电路的硬件方式：基于数字逻辑电路的硬件方式：基于数字逻辑电路的硬件方式： 利用现有的各种数字逻辑门、译码器、触发器、寄存器、计数器、利用现有的各种数字逻辑门、译码器、触发器、寄存器、计数器、利用现有的各种数字逻辑门、译码器、触发器、寄存器、计数器、利用现有的各种数字逻辑门、译码器、触发器、寄存器、计数器、全加器等，以及各种全加器等，以及各种全加器等，以及各种全加器等，以及各种CPLDCPLDCPLDCPLD、FPGAFPGAFPGAFPGA等可编程逻辑，组成各种数字逻辑的等可编程逻辑，组成各种数字逻辑的等可编程逻辑，组成各种数字逻辑的等可编程逻辑，组成各种数字逻辑的运算与控制单元。运算与控制单元。运算与控制单元。运算与控制单元。 基于微处理器和微型计算机的嵌入式系统的软件方式：基于微处理器和微型计算机的嵌入式系统的软件方式：基于微处理器和微型计算机的嵌入式系统的软件方式：基于微处理器和微型计算机的嵌入式系统的软件方式： 通过软件编程，可完成各种数字与逻辑的运算。通过软件编程，可完成各种数字与逻辑的运算。通过软件编程，可完成各种数字与逻辑的运算。通过软件编程，可完成各种数字与逻辑的运算。 基于基于基于基于DSPDSPDSPDSP芯片的实现方式芯片的实现方式芯片的实现方式芯片的实现方式第80页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术3. 3. 3. 3. 电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术3)3)数字信号处理（数字信号处理（数字信号处理（数字信号处理（DSPDSP）（2 2 2 2）数字信号处理（）数字信号处理（）数字信号处理（）数字信号处理（DSPDSPDSPDSP）的基本内容的基本内容的基本内容的基本内容 广广广广义义义义来来来来说说说说，数数数数字字字字信信信信号号号号处处处处理理理理是是是是研研研研究究究究用用用用数数数数字字字字方方方方法法法法对对对对信信信信号号号号进进进进行行行行分分分分析析析析、变变变变换换换换、运运运运算算算算、滤滤滤滤波波波波、检检检检测测测测、估估估估计计计计、增增增增强强强强、压压压压缩缩缩缩、调制、解调以及快速算法的一门技术学科。调制、解调以及快速算法的一门技术学科。调制、解调以及快速算法的一门技术学科。调制、解调以及快速算法的一门技术学科。 狭义来说也有人认为：数字信号处理主要是研究有关狭义来说也有人认为：数字信号处理主要是研究有关狭义来说也有人认为：数字信号处理主要是研究有关狭义来说也有人认为：数字信号处理主要是研究有关 数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波技技技技术术术术：把把把把信信信信号号号号的的的的有有有有效效效效信信信信号号号号提提提提取取取取出出出出来来来来，抑抑抑抑制制制制（削弱或滤除）干扰或噪声的一种处理。（削弱或滤除）干扰或噪声的一种处理。（削弱或滤除）干扰或噪声的一种处理。（削弱或滤除）干扰或噪声的一种处理。 离散变换快速算法：离散变换快速算法：离散变换快速算法：离散变换快速算法：FFT FFT FFT FFT 频谱分析方法频谱分析方法频谱分析方法频谱分析方法: : : : 主要使用主要使用主要使用主要使用频谱频谱分析分析分析分析仪仪和信号分析和信号分析和信号分析和信号分析仪仪 信信信信号号号号处处处处理理理理包包包包括括括括时时时时域域域域和和和和频频频频域域域域处处处处理理理理。时时时时域域域域处处处处理理理理中中中中最最最最典典典典型型型型的的的的是是是是波波波波形形形形分分分分析析析析，示示示示波波波波器器器器就就就就是是是是最最最最常常常常用用用用的的的的仪仪仪仪器器器器。信信信信号号号号频频频频域域域域处处处处理理理理主主主主要指滤波，主要使用频谱分析仪和信号分析仪要指滤波，主要使用频谱分析仪和信号分析仪要指滤波，主要使用频谱分析仪和信号分析仪要指滤波，主要使用频谱分析仪和信号分析仪第81页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术3. 3. 3. 3. 电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术电子测量中的处理技术3)3)数字信号处理（数字信号处理（数字信号处理（数字信号处理（DSPDSP）（3 3 3 3）数字信号处理的应用）数字信号处理的应用）数字信号处理的应用）数字信号处理的应用 uu 测试信号处理测试信号处理测试信号处理测试信号处理 uu 语语音信号音信号音信号音信号处处理理理理 语音的识别、理解、合成、增强、数据压缩语音的识别、理解、合成、增强、数据压缩语音的识别、理解、合成、增强、数据压缩语音的识别、理解、合成、增强、数据压缩 uu 图像信号处理图像信号处理图像信号处理图像信号处理 图像压缩、解压、增强、恢复、分割、识别、编码和重建图像压缩、解压、增强、恢复、分割、识别、编码和重建图像压缩、解压、增强、恢复、分割、识别、编码和重建图像压缩、解压、增强、恢复、分割、识别、编码和重建 uu振动信号处理振动信号处理振动信号处理振动信号处理 uu地球物理信号处理地球物理信号处理地球物理信号处理地球物理信号处理 为为为为了了了了探探探探测测测测地地地地下下下下深深深深处处处处所所所所储储储储藏藏藏藏的的的的石石石石油油油油和和和和天天天天然然然然气气气气以以以以及及及及其其其其他他他他矿矿矿矿藏藏藏藏，通通通通常常常常采采采采用用用用地地地地震震震震勘勘勘勘探探探探方方方方法法法法来来来来探探探探测测测测地地地地层层层层结结结结构构构构和和和和岩岩岩岩性性性性。即即即即在在在在一一一一选选选选定定定定的的的的地地地地点点点点施施施施加加加加人人人人为为为为的的的的激激激激震震震震，如如如如用用用用爆爆爆爆炸炸炸炸方方方方法法法法产产产产生生生生一一一一振振振振动动动动波波波波向向向向地地地地下下下下传传传传播播播播，遇遇遇遇到到到到地地地地层层层层分分分分界界界界面面面面即即即即产产产产生生生生反反反反射射射射波波波波，在在在在距距距距离离离离振振振振源源源源一一一一定定定定远远远远的的的的地地地地方方方方放放放放置置置置一一一一列列列列传传传传感感感感器器器器，接接接接收收收收到到到到达达达达地地地地面面面面的的的的反反反反射射射射波波波波。从从从从反反反反射射射射波波波波的的的的延延延延迟迟迟迟时时时时间间间间和和和和强强强强度度度度来来来来判判判判断断断断地地地地层层层层的的的的深深深深度和结构。度和结构。度和结构。度和结构。 uu生物医学信号处理生物医学信号处理生物医学信号处理生物医学信号处理 第82页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术4. 4. 4. 4. 电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术 1 1）指示式仪表指示式仪表指示式仪表指示式仪表 被测电流被测电流被测电流被测电流I I I I在可动线圈中流过时产生电磁力在可动线圈中流过时产生电磁力在可动线圈中流过时产生电磁力在可动线圈中流过时产生电磁力F F F F，使可动线圈以轴为中使可动线圈以轴为中使可动线圈以轴为中使可动线圈以轴为中心转动，由此产生心转动，由此产生心转动，由此产生心转动，由此产生与电流与电流与电流与电流I I I I成比例的驱动力矩成比例的驱动力矩成比例的驱动力矩成比例的驱动力矩T T T Td d d d，带动指针偏转，从仪带动指针偏转，从仪带动指针偏转，从仪带动指针偏转，从仪表的标尺分度读数测得电流。表的标尺分度读数测得电流。表的标尺分度读数测得电流。表的标尺分度读数测得电流。 测量结果必须通过显示器件把各种电信号转换成人们五官可直接感测量结果必须通过显示器件把各种电信号转换成人们五官可直接感测量结果必须通过显示器件把各种电信号转换成人们五官可直接感测量结果必须通过显示器件把各种电信号转换成人们五官可直接感知的机械运动、数字、文字、图形、图像等形式的信号显示出来知的机械运动、数字、文字、图形、图像等形式的信号显示出来知的机械运动、数字、文字、图形、图像等形式的信号显示出来知的机械运动、数字、文字、图形、图像等形式的信号显示出来 第83页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术4. 4. 4. 4. 电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术2 2 2 2）发光二极管（）发光二极管（）发光二极管（）发光二极管（LEDLEDLEDLED） LEDLEDLEDLED的的的的发发发发光光光光颜颜颜颜色色色色多多多多、辉辉辉辉度度度度高高高高，LEDLEDLEDLED的的的的单单单单元元元元体体体体积积积积小小小小，电电电电压压压压低低低低、驱驱驱驱动动动动电电电电流流流流小，寿命长。小，寿命长。小，寿命长。小，寿命长。 第84页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术4. 4. 4. 4. 电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术3 3 3 3）液晶显示器（）液晶显示器（）液晶显示器（）液晶显示器（LCDLCDLCDLCD） 液晶是一种具有光学双射性的液体状的晶体液晶是一种具有光学双射性的液体状的晶体液晶是一种具有光学双射性的液体状的晶体液晶是一种具有光学双射性的液体状的晶体 ，液晶显示器件在电信，液晶显示器件在电信，液晶显示器件在电信，液晶显示器件在电信号驱动下，控制其对入射偏光的反射或透射，实现号驱动下，控制其对入射偏光的反射或透射，实现号驱动下，控制其对入射偏光的反射或透射，实现号驱动下，控制其对入射偏光的反射或透射，实现LCDLCDLCDLCD的显示的显示的显示的显示 LCDLCDLCDLCD具有薄型、轻量、低功耗、低工作电压等特点具有薄型、轻量、低功耗、低工作电压等特点具有薄型、轻量、低功耗、低工作电压等特点具有薄型、轻量、低功耗、低工作电压等特点 第85页1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术4. 4. 4. 4. 电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术电子测量中的显示技术4 4 4 4）阴极射线管（）阴极射线管（）阴极射线管（）阴极射线管（CRTCRTCRTCRT） CRTCRTCRTCRT可分为电视用、显示终端用及仪器仪表用几种类型可分为电视用、显示终端用及仪器仪表用几种类型可分为电视用、显示终端用及仪器仪表用几种类型可分为电视用、显示终端用及仪器仪表用几种类型5 5 5 5）其它显示：等离子体显示、场致发光（薄膜、平面）其它显示：等离子体显示、场致发光（薄膜、平面）其它显示：等离子体显示、场致发光（薄膜、平面）其它显示：等离子体显示、场致发光（薄膜、平面） 第86页1.3 1.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理1.3.1 1.3.1 1.3.1 1.3.1 测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理 本节主要讨论采用不同的方法去发现误差、判断误差的种类和研究选择削弱或减小测量误差 1. 1. 测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类 根据测量误差的性质，测量误差可分为随机误差、系统误差、根据测量误差的性质，测量误差可分为随机误差、系统误差、根据测量误差的性质，测量误差可分为随机误差、系统误差、根据测量误差的性质，测量误差可分为随机误差、系统误差、粗大误差三类。粗大误差三类。粗大误差三类。粗大误差三类。 1. 1. 测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类1 1）随机误差）随机误差）随机误差）随机误差 定义定义定义定义: : 在同一测量条件下（指在测量环境、测量人员、测量技术和测在同一测量条件下（指在测量环境、测量人员、测量技术和测在同一测量条件下（指在测量环境、测量人员、测量技术和测在同一测量条件下（指在测量环境、测量人员、测量技术和测量仪器都相同的条件下），多次重复测量同一量值时（等精度测量），每量仪器都相同的条件下），多次重复测量同一量值时（等精度测量），每量仪器都相同的条件下），多次重复测量同一量值时（等精度测量），每量仪器都相同的条件下），多次重复测量同一量值时（等精度测量），每次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差或偶然误差，简称随差。差或偶然误差，简称随差。差或偶然误差，简称随差。差或偶然误差，简称随差。 来源：来源：来源：来源：随机误差主要由对随机误差主要由对随机误差主要由对随机误差主要由对测量值影响微小但却互不相关的大量因素共测量值影响微小但却互不相关的大量因素共测量值影响微小但却互不相关的大量因素共测量值影响微小但却互不相关的大量因素共同造成同造成同造成同造成。这些因素主要是噪声干扰、电磁场微变、零件的摩擦和配合间。这些因素主要是噪声干扰、电磁场微变、零件的摩擦和配合间。这些因素主要是噪声干扰、电磁场微变、零件的摩擦和配合间。这些因素主要是噪声干扰、电磁场微变、零件的摩擦和配合间隙、热起伏、空气扰动、大地微震、测量人员感官的隙、热起伏、空气扰动、大地微震、测量人员感官的隙、热起伏、空气扰动、大地微震、测量人员感官的隙、热起伏、空气扰动、大地微震、测量人员感官的无规律变化无规律变化无规律变化无规律变化等。等。等。等。 随机误差的特点：随机误差的特点：随机误差的特点：随机误差的特点： 有界性：有界性：随机误差的绝对值虽然是变化的，但不会超过一定的界限。随机误差的绝对值虽然是变化的，但不会超过一定的界限。 对称性：对称性：随机误差的绝对值相等且正负误差出现的机会相同。随机误差的绝对值相等且正负误差出现的机会相同。 抵偿性：抵偿性：在多次测量中，随机误差的正负误差相互抵偿。在多次测量中，随机误差的正负误差相互抵偿。 抵偿性是随机误差的重要性质，正是应用这一性质，才可以采用多次测抵偿性是随机误差的重要性质，正是应用这一性质，才可以采用多次测量并取平均值的方法来减小随机误差。量并取平均值的方法来减小随机误差。第88页 （2 2）产生系统误差的原因）产生系统误差的原因）产生系统误差的原因）产生系统误差的原因 ：主要有以下几个方面：主要有以下几个方面：主要有以下几个方面：主要有以下几个方面：a a）测量仪器方面的因素：仪器设计原理、设计、制造安装等原因。）测量仪器方面的因素：仪器设计原理、设计、制造安装等原因。）测量仪器方面的因素：仪器设计原理、设计、制造安装等原因。）测量仪器方面的因素：仪器设计原理、设计、制造安装等原因。b b）测量方法方面的因素：采用的测量方法不够理想）测量方法方面的因素：采用的测量方法不够理想）测量方法方面的因素：采用的测量方法不够理想）测量方法方面的因素：采用的测量方法不够理想c c）测量环境方面的因素：在测量过程中，实际的测量环境条件（温度、）测量环境方面的因素：在测量过程中，实际的测量环境条件（温度、）测量环境方面的因素：在测量过程中，实际的测量环境条件（温度、）测量环境方面的因素：在测量过程中，实际的测量环境条件（温度、湿度、压力等）与理想的环境不一致，造成元器件参数的漂移，进而湿度、压力等）与理想的环境不一致，造成元器件参数的漂移，进而湿度、压力等）与理想的环境不一致，造成元器件参数的漂移，进而湿度、压力等）与理想的环境不一致，造成元器件参数的漂移，进而造成误差。造成误差。造成误差。造成误差。d d）测量人员方面的因素：）测量人员方面的因素：）测量人员方面的因素：）测量人员方面的因素： 由于测量人员本身的因素，如观测时所处的位由于测量人员本身的因素，如观测时所处的位由于测量人员本身的因素，如观测时所处的位由于测量人员本身的因素，如观测时所处的位置等因素，造成读数的不准确而产生的误差。置等因素，造成读数的不准确而产生的误差。置等因素，造成读数的不准确而产生的误差。置等因素，造成读数的不准确而产生的误差。 1. 1. 测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类2 2）系统误差）系统误差）系统误差）系统误差 （1 1）定义：定义：定义：定义：在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，测量误差测量误差测量误差测量误差的绝对值和符号都保持不变的绝对值和符号都保持不变的绝对值和符号都保持不变的绝对值和符号都保持不变，或，或，或，或在测量条件改变时按一定规律变化在测量条件改变时按一定规律变化在测量条件改变时按一定规律变化在测量条件改变时按一定规律变化的误的误的误的误差，称为系统误差。差，称为系统误差。差，称为系统误差。差，称为系统误差。 例如仪器的刻度误差和零位误差，或值随温度变化的误差。例如仪器的刻度误差和零位误差，或值随温度变化的误差。例如仪器的刻度误差和零位误差，或值随温度变化的误差。例如仪器的刻度误差和零位误差，或值随温度变化的误差。第89页 3 3 3 3）粗大）粗大）粗大）粗大误误差：差：差：差： 粗大误差是一种显然与实际值不符的误差。产生粗差的原因有：粗大误差是一种显然与实际值不符的误差。产生粗差的原因有：粗大误差是一种显然与实际值不符的误差。产生粗差的原因有：粗大误差是一种显然与实际值不符的误差。产生粗差的原因有： 测测测测量量量量操操操操作作作作疏疏疏疏忽忽忽忽和和和和失失失失误误误误 如如如如测测错错、读读错错、记记错错以以以以及及及及实实验验条条条条件件件件未未未未达达达达到到到到预预定的要求而匆忙定的要求而匆忙定的要求而匆忙定的要求而匆忙实验实验等。等。等。等。 测测测测量量量量方方方方法法法法不不不不当当当当或或或或错错错错误误误误 如如如如用用用用普普普普通通通通万万万万用用用用表表表表电电压压档档档档直直直直接接接接测测高高高高内内内内阻阻阻阻电电源源源源的开路的开路的开路的开路电压电压 测测测测量量量量环环环环境境境境条条条条件件件件的的的的突突突突然然然然变变变变化化化化 如如如如电电源源源源电电压压突突突突然然然然增增增增高高高高或或或或降降降降低低低低，雷雷雷雷电电干干干干扰扰、机械冲、机械冲、机械冲、机械冲击击等引起等引起等引起等引起测测量量量量仪仪器示器示器示器示值值的的的的剧剧烈烈烈烈变变化等。化等。化等。化等。 1. 1. 测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类 含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应剔除掉。剔除掉。剔除掉。剔除掉。第90页uu准准准准确确确确度度度度表表表表示示示示系系系系统统统统误误误误差差差差的的的的大大大大小小小小。系系系系统统统统误误误误差差差差越越越越小小小小，则则则则准准准准确确确确度度度度越越越越高，即测量值与实际值符合的程度越高。高，即测量值与实际值符合的程度越高。高，即测量值与实际值符合的程度越高。高，即测量值与实际值符合的程度越高。 uu精精精精密密密密度度度度表表表表示示示示随随随随机机机机误误误误差差差差的的的的影影影影响响响响。精精精精密密密密度度度度越越越越高高高高，表表表表示示示示随随随随机机机机误误误误差差差差越越越越小小小小。随随随随机机机机因因因因素素素素使使使使测测测测量量量量值值值值呈呈呈呈现现现现分分分分散散散散而而而而不不不不确确确确定定定定，但但但但总总总总是是是是分分分分布布布布在平均值附近。在平均值附近。在平均值附近。在平均值附近。 uu精精精精确确确确度度度度用用用用来来来来反反反反映映映映系系系系统统统统误误误误差差差差和和和和随随随随机机机机误误误误差差差差的的的的综综综综合合合合影影影影响响响响。精精精精确确确确度度度度越越越越高高高高，表表表表示示示示正正正正确确确确度度度度和和和和精精精精密密密密度度度度都都都都高高高高，意意意意味味味味着着着着系系系系统统统统误误误误差差差差和和和和随随随随机机机机误差都小。误差都小。误差都小。误差都小。射击误差射击误差示意图示意图 1. 1. 测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类测量误差的分类第91页在测量中，在测量中，在测量中，在测量中，随机误差是不可避免的随机误差是不可避免的随机误差是不可避免的随机误差是不可避免的。 多次测量，测量值和随机误差多次测量，测量值和随机误差多次测量，测量值和随机误差多次测量，测量值和随机误差服从概率统计规律服从概率统计规律服从概率统计规律服从概率统计规律。 可用可用可用可用数理统计数理统计数理统计数理统计的方法，处理测量数据，的方法，处理测量数据，的方法，处理测量数据，的方法，处理测量数据，减少随机误差减少随机误差减少随机误差减少随机误差对测量结果的影响。对测量结果的影响。对测量结果的影响。对测量结果的影响。 1.3.1 1.3.1 测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理 2. 2. 随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法 1 1）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律 （1 1 1 1）数学期望数学期望数学期望数学期望: : : :反映其平均特性反映其平均特性反映其平均特性反映其平均特性。其定义如下：。其定义如下：。其定义如下：。其定义如下： X X X X为为离散离散离散离散型随机变量：型随机变量：型随机变量：型随机变量： X X X X为为连续连续连续连续型随机变量：型随机变量：型随机变量：型随机变量： （2 2）方差和标准偏差）方差和标准偏差）方差和标准偏差）方差和标准偏差 方差和标准偏差方差和标准偏差方差和标准偏差方差和标准偏差是用来描述随机变量与其数学期望的分散程度。是用来描述随机变量与其数学期望的分散程度。是用来描述随机变量与其数学期望的分散程度。是用来描述随机变量与其数学期望的分散程度。 设随机变量设随机变量设随机变量设随机变量X X X X的数学期望为的数学期望为的数学期望为的数学期望为E(X)E(X)E(X)E(X)，则，则，则，则X X X X的方差定义为：的方差定义为：的方差定义为：的方差定义为： D(X)=E(XD(X)=E(XE(X)E(X)2 2 标准偏差标准偏差标准偏差标准偏差定义为：定义为：定义为：定义为： 第92页随机误差的概率密度函数为：随机误差的概率密度函数为：随机误差的概率密度函数为：随机误差的概率密度函数为： 测量数据测量数据测量数据测量数据X X X X的概率密度函数为：的概率密度函数为：的概率密度函数为：的概率密度函数为： 随机误差的数学期望和方差为：随机误差的数学期望和方差为：随机误差的数学期望和方差为：随机误差的数学期望和方差为： 同样测量数据的数学期望同样测量数据的数学期望同样测量数据的数学期望同样测量数据的数学期望E(X)E(X)E(X)E(X) ，方差方差方差方差D(X)D(X)D(X)D(X)2. 2. 随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法 1 1）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律（3 3）测量误差的正态分布）测量误差的正态分布）测量误差的正态分布）测量误差的正态分布第93页 随机误差和测量数据的分布形状相同，因为它们的标准偏差相同，随机误差和测量数据的分布形状相同，因为它们的标准偏差相同，只是横坐标相差只是横坐标相差 随机误差具有：随机误差具有：对称性对称性 单峰性单峰性 有界性有界性 抵偿性抵偿性 2. 2. 随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法 1 1）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律）随机误差的分布规律（3 3）测量误差的正态分布）测量误差的正态分布）测量误差的正态分布）测量误差的正态分布标准偏差是代表测量数据和测量误差分布离散程度的特征数。标准偏差是代表测量数据和测量误差分布离散程度的特征数。标准偏差是代表测量数据和测量误差分布离散程度的特征数。标准偏差是代表测量数据和测量误差分布离散程度的特征数。 标标标标准准准准偏偏偏偏差差差差越越越越小小小小，则则则则曲曲曲曲线线线线形形形形状状状状越越越越尖尖尖尖锐锐锐锐，说说说说明明明明数数数数据据据据越越越越集集集集中中中中；标标标标准准准准偏偏偏偏差差差差越越越越大，则曲线形状越平坦，说明数据越分散。大，则曲线形状越平坦，说明数据越分散。大，则曲线形状越平坦，说明数据越分散。大，则曲线形状越平坦，说明数据越分散。 第94页2. 2. 随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法 2 2）有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值 求被测量的数字特征，理论上需求被测量的数字特征，理论上需求被测量的数字特征，理论上需求被测量的数字特征，理论上需无穷多次无穷多次无穷多次无穷多次测量，但在实际测量测量，但在实际测量测量，但在实际测量测量，但在实际测量中只能进行中只能进行中只能进行中只能进行有限次有限次有限次有限次测量，怎么办？测量，怎么办？测量，怎么办？测量，怎么办？ （1 1）有限次测量的数学期望的估计值）有限次测量的数学期望的估计值算术平均值算术平均值规定使用算术平均值为数学期望的估计值，并作为最后的测量结果。即：规定使用算术平均值为数学期望的估计值，并作为最后的测量结果。即：规定使用算术平均值为数学期望的估计值，并作为最后的测量结果。即：规定使用算术平均值为数学期望的估计值，并作为最后的测量结果。即： （2 2 2 2）算术平均值的标准偏差）算术平均值的标准偏差）算术平均值的标准偏差）算术平均值的标准偏差 算术平均值的标准偏差比总体或单次测量值的标准偏差小算术平均值的标准偏差比总体或单次测量值的标准偏差小算术平均值的标准偏差比总体或单次测量值的标准偏差小算术平均值的标准偏差比总体或单次测量值的标准偏差小 倍。原倍。原倍。原倍。原因是随机误差的抵偿性因是随机误差的抵偿性因是随机误差的抵偿性因是随机误差的抵偿性 。 第95页小结：有限小结：有限小结：有限小结：有限n n次等精度测量：次等精度测量：次等精度测量：次等精度测量：残差：残差： 实验标准偏差（标准偏差的估计值），贝塞尔公式：实验标准偏差（标准偏差的估计值），贝塞尔公式： 算术平均值标准偏差的估计值算术平均值标准偏差的估计值 ： 算术平均值算术平均值算术平均值算术平均值：2. 2. 随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法 2 2）有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值第96页 【例例】 用温度计重复测量某个不变的温度，得用温度计重复测量某个不变的温度，得1111个测量值的序列（见个测量值的序列（见下表）。求测量值的平均值及其标准偏差。下表）。求测量值的平均值及其标准偏差。解：解：平均值平均值 用公式用公式 计算各测量值残差列于上表中计算各测量值残差列于上表中 实验偏差实验偏差 标准偏差标准偏差 2. 2. 随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法 2 2）有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值第97页1 1）系统误差的发现方法系统误差的发现方法系统误差的发现方法系统误差的发现方法（1 1 1 1）不变的系统误差）不变的系统误差）不变的系统误差）不变的系统误差： 校准、修正和实验比对。校准、修正和实验比对。校准、修正和实验比对。校准、修正和实验比对。 （2 2 2 2）变化的系统误差）变化的系统误差）变化的系统误差）变化的系统误差 残差观察法，适用于系统误差比随机误差大的情况残差观察法，适用于系统误差比随机误差大的情况残差观察法，适用于系统误差比随机误差大的情况残差观察法，适用于系统误差比随机误差大的情况 将将将将所所所所测测测测数数数数据据据据及及及及其其其其残残残残差差差差按按按按先先先先后后后后次次次次序序序序列列列列表表表表或或或或作作作作图图图图，观观观观察察察察各各各各数数数数据据据据的的的的残残残残差值的大小和符号的变化。差值的大小和符号的变化。差值的大小和符号的变化。差值的大小和符号的变化。 存在线性变化的系统误差存在线性变化的系统误差无明显系统误差无明显系统误差1.3.1 测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理 3. 3. 系系系系统误统误差的判断及消除方法差的判断及消除方法差的判断及消除方法差的判断及消除方法第98页 3. 3. 系系系系统误统误差的判断及消除方法差的判断及消除方法差的判断及消除方法差的判断及消除方法 1 1）系统误差的发现方法系统误差的发现方法系统误差的发现方法系统误差的发现方法（2 2 2 2）变化的系统误差）变化的系统误差）变化的系统误差）变化的系统误差 马利科夫判据：马利科夫判据：马利科夫判据：马利科夫判据： 若有累进性系统误差，若有累进性系统误差，若有累进性系统误差，若有累进性系统误差，D D D D 值应明显异于零。值应明显异于零。值应明显异于零。值应明显异于零。 当当当当n n n n为偶数时，为偶数时，为偶数时，为偶数时， 当当当当n n n n为奇数时，为奇数时，为奇数时，为奇数时， 阿贝赫梅特判据：检验周期性系差的存在。阿贝赫梅特判据：检验周期性系差的存在。阿贝赫梅特判据：检验周期性系差的存在。阿贝赫梅特判据：检验周期性系差的存在。 第99页3. 3. 系系系系统误统误差的判断及消除方法差的判断及消除方法差的判断及消除方法差的判断及消除方法 2 2 2 2）系统误差的削弱或消除方法系统误差的削弱或消除方法系统误差的削弱或消除方法系统误差的削弱或消除方法（1 1 1 1）从产生系统误差根源上采取措施减小系统误差）从产生系统误差根源上采取措施减小系统误差）从产生系统误差根源上采取措施减小系统误差）从产生系统误差根源上采取措施减小系统误差 要从测量原理和测量方法尽力做到正确、严格。要从测量原理和测量方法尽力做到正确、严格。要从测量原理和测量方法尽力做到正确、严格。要从测量原理和测量方法尽力做到正确、严格。 测量仪器定期检定和校准，正确使用仪器。测量仪器定期检定和校准，正确使用仪器。测量仪器定期检定和校准，正确使用仪器。测量仪器定期检定和校准，正确使用仪器。 注意周围环境对测量的影响，特别是温度对电子测量的影响较大。注意周围环境对测量的影响，特别是温度对电子测量的影响较大。注意周围环境对测量的影响，特别是温度对电子测量的影响较大。注意周围环境对测量的影响，特别是温度对电子测量的影响较大。 尽尽尽尽量量量量减减减减少少少少或或或或消消消消除除除除测测测测量量量量人人人人员员员员主主主主观观观观原原原原因因因因造造造造成成成成的的的的系系系系统统统统误误误误差差差差。应应应应提提提提高高高高测测测测量人员业务技术水平和工作责任心，改进设备。量人员业务技术水平和工作责任心，改进设备。量人员业务技术水平和工作责任心，改进设备。量人员业务技术水平和工作责任心，改进设备。 （2 2 2 2）用修正方法减少系统误）用修正方法减少系统误）用修正方法减少系统误）用修正方法减少系统误：实际值测量值修正值：实际值测量值修正值：实际值测量值修正值：实际值测量值修正值（3 3 3 3）采用一些专门的测量方法）采用一些专门的测量方法）采用一些专门的测量方法）采用一些专门的测量方法 替代法替代法替代法替代法 交换法交换法交换法交换法 对称测量法对称测量法对称测量法对称测量法 微差法微差法微差法微差法 第100页 粗大误差出现的概率很小，列出可疑数据，分析是否是粗大误差，粗大误差出现的概率很小，列出可疑数据，分析是否是粗大误差，粗大误差出现的概率很小，列出可疑数据，分析是否是粗大误差，粗大误差出现的概率很小，列出可疑数据，分析是否是粗大误差，若是，则应将对应的测量值若是，则应将对应的测量值若是，则应将对应的测量值若是，则应将对应的测量值剔除剔除剔除剔除。 1.3.1 测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理 4. 4. 粗大粗大粗大粗大误误差及其判断准差及其判断准差及其判断准差及其判断准则则 第101页 统计学的方法的基本思想是：给定一置信概率，确定相应的置信区间，统计学的方法的基本思想是：给定一置信概率，确定相应的置信区间，凡超过置信区间的误差就认为是粗大误差，并予以剔除。凡超过置信区间的误差就认为是粗大误差，并予以剔除。 (1)(1)莱特检验法莱特检验法 (2)(2)格拉布斯检验法格拉布斯检验法 式中，式中，G G值按重复测量次数值按重复测量次数n n及置信概率及置信概率PcPc确定确定 1.3.1 测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理 4. 4. 粗大粗大粗大粗大误误差及其判断准差及其判断准差及其判断准差及其判断准则则 第102页 注意：注意：注意：注意：u 所所所所有有有有的的的的检检检检验验验验法法法法都都都都是是是是人人人人为为为为主主主主观观观观拟拟拟拟定定定定的的的的，至至至至今今今今无无无无统统统统一一一一的的的的规规规规定定定定。当当当当偏偏偏偏离离离离正正正正态态态态分分分分布布布布和和和和测测测测量量量量次次次次数数数数少少少少时时时时检检检检验验验验不不不不一定可靠。一定可靠。一定可靠。一定可靠。 u 若若若若有有有有多多多多个个个个可可可可疑疑疑疑数数数数据据据据同同同同时时时时超超超超过过过过检检检检验验验验所所所所定定定定置置置置信信信信区区区区间间间间，应应应应逐逐逐逐个个个个剔剔剔剔除除除除，重重重重新新新新计计计计算算算算，再再再再行行行行判判判判别别别别。若若若若有有有有两两两两个个个个相相相相同同同同数据超出范围时，应逐个剔除。数据超出范围时，应逐个剔除。数据超出范围时，应逐个剔除。数据超出范围时，应逐个剔除。 u在一组测量数据中，在一组测量数据中，在一组测量数据中，在一组测量数据中，可疑数据应很少可疑数据应很少可疑数据应很少可疑数据应很少。反之，说。反之，说。反之，说。反之，说明系统工作不正常。明系统工作不正常。明系统工作不正常。明系统工作不正常。1.3.1 测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理 4. 4. 粗大粗大粗大粗大误误差及其判断准差及其判断准差及其判断准差及其判断准则则 1.3.1 测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理 5. 5. 测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理 1）有效数据的舍入原则）有效数据的舍入原则 通常采用如下的舍入原则：“四舍六入，当等于五时采用偶数的法则，”即当在测量结果中需要保留n位有效数字时，若第n+1位恰好为5时，则要看第n位，若第n位为偶数时，则第n+1位舍去，若第n位为奇数时，则第n位加1。【例例】 将下列数字保留三位有效数字 需要注意的是：需要注意的是：测量数据中末位的零代表的是测量结果的精度（误差），因此，末位的零不能去掉。第104页5. 5. 测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理 2 2 2 2）等精度测量等精度测量等精度测量等精度测量结结果的果的果的果的处处理步理步理步理步骤骤对测量值进行系统误差修正，将数据依次列成表格；对测量值进行系统误差修正，将数据依次列成表格；对测量值进行系统误差修正，将数据依次列成表格；对测量值进行系统误差修正，将数据依次列成表格； uu求出算术平均值求出算术平均值求出算术平均值求出算术平均值 uu列出残差列出残差列出残差列出残差 ，并验证，并验证，并验证，并验证 uu按贝塞尔公式计算标准偏差的估计值按贝塞尔公式计算标准偏差的估计值按贝塞尔公式计算标准偏差的估计值按贝塞尔公式计算标准偏差的估计值 uu按莱特准则按莱特准则按莱特准则按莱特准则 ，或格拉布斯准则，或格拉布斯准则，或格拉布斯准则，或格拉布斯准则 检查和剔除粗大误差；检查和剔除粗大误差；检查和剔除粗大误差；检查和剔除粗大误差； uu判判判判断断断断有有有有无无无无系系系系统统统统误误误误差差差差。如如如如有有有有系系系系统统统统误误误误差差差差，应应应应查查查查明明明明原原原原因因因因，修修修修正正正正或或或或消除系统误差后重新测量；消除系统误差后重新测量；消除系统误差后重新测量；消除系统误差后重新测量； uu计算算术平均值的标准偏差计算算术平均值的标准偏差计算算术平均值的标准偏差计算算术平均值的标准偏差 ； uu写出最后结果的表达式，即写出最后结果的表达式，即写出最后结果的表达式，即写出最后结果的表达式，即 （单位）（单位）（单位）（单位）。 第105页 【例例例例】 对对对对某某某某电电电电压压压压进进进进行行行行了了了了16161616次次次次等等等等精精精精度度度度测测测测量量量量，测测测测量量量量数数数数据据据据中中中中已已已已记记记记入入入入修修修修正正正正值值值值，列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。 5. 5. 测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理 2 2 2 2）等精度测量等精度测量等精度测量等精度测量结结果的果的果的果的处处理步理步理步理步骤骤第106页u 5. 5. 测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理 2 2 2 2）等精度测量等精度测量等精度测量等精度测量结结果的果的果的果的处处理步理步理步理步骤骤第107页u 5. 5. 测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理测量结果的数据处理 2 2 2 2）等精度测量等精度测量等精度测量等精度测量结结果的果的果的果的处处理步理步理步理步骤骤第108页 问问问问题题题题：用用用用间间间间接接接接法法法法测测测测量量量量电电电电阻阻阻阻消消消消耗耗耗耗的的的的功功功功率率率率时时时时，需需需需测测测测量量量量电电电电阻阻阻阻R R R R、端端端端电电电电压压压压V V V V和和和和电电电电流流流流I I I I三三三三个个个个量量量量中中中中的的的的两两两两个个个个量量量量，如如如如何何何何根根根根据据据据电电电电阻阻阻阻、电电电电压压压压或或或或电电电电流流流流的的的的误误误误差差差差来来来来推算功率的误差呢？推算功率的误差呢？推算功率的误差呢？推算功率的误差呢？ 1.3.1 测量误差的分类、估计和处理测量误差的分类、估计和处理 6. 6. 误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成 1）误差传递公式）误差传递公式第109页 6. 6. 误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成 1）误差传递公式）误差传递公式6. 6. 误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成 2）和、差函数的合成误差）和、差函数的合成误差 设函数 则 两式相减 取最大误差的绝对值 6. 6. 误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成 3）积函数的合成误差）积函数的合成误差 设函数 ，则 相对误差 6. 6. 误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成 4）商函数的合成误差）商函数的合成误差 设函数 则 取最大误差的绝对值6. 6. 误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成 5）按系统误差相同的原则分配）按系统误差相同的原则分配 若系统的总误差为且分配给各分项的系统误差相同，即 由于 因此 这种误差的分配多用于各分项系统的性质相同，误差大小相近的情况。 6. 6. 误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成 6）按对总误差影响相同的原则分配误差）按对总误差影响相同的原则分配误差 被测量各分项的误差的值虽然是各不相同的，但在总误差的分配时，将它们看成各分项误差对总误差的影响是相同的。 由于 故 6. 6. 误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成误差的分配与合成 6）按对总误差影响相同的原则分配误差）按对总误差影响相同的原则分配误差 【例例】 一电池充电电路，要求其输出的消耗功率的总误差不大于，初始测量时，输出端的电压为， 电流， 且电流和电压对总误差影响相同，问分配给 和 的误差各是多少？解： 1）、求总误差 2）输出电压的误差3）输出电流的误差小结小结小结小结 本章主要介绍了测量的内容和特点，计量的基本概念，测量误差的来源，误差的表示方法，尤其需要掌握绝对误差、相对误差、以及分贝误差的概念。 电子测量的方法内容和特点，电子测量系统，电子测量的实现技术，包括变换技术、比较技术、处理技术和显示技术。 着重介绍了测量误差的种类和测量结果的数据处理，尤其是需要掌握系统误差、随机误差和差错的性质、特点和来源，掌握系统误差、随机误差和差错的判断方法以及减小或消除的方法。掌握测量结果的数据处理方法。 习题习题习题习题 2，3，5，6，11，12，15，16；其他题目作为思考题