电子测量原理测量方法与测量系统精选文档.ppt

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1、电子测量原理测量方法与测量系统电子测量原理测量方法与测量系统本讲稿第一页，共六十七页2.1 电子测量的基本概念电子测量的基本概念2.1.1 2.1.1 电子测量的意义电子测量的意义20202020世纪世纪世纪世纪30303030年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，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产生了电子测量技术产生了电子测量技术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处理信息最有效、最成功的是电子科学技术 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

2、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 本讲稿第二页，共六十七页2.1.2 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。被测信号的频率范围除测量直流。被测信号的频率范围除测量

3、直流。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外，测量交流信号的频率范围低至外，测量交流信号的频率范围低至外，测量交流信号的频率范围低至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

4、至千伏（kVkVkVkV）级电压，量程达）级电压，量程达）级电压，量程达）级电压，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。例如，用电子测量方法对频率和时。例如，用电子测量方法对频率和时。例如，用电子测量方法对频率和时。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，间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，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可以使测量准确度达到可以使测量准确度达到可以使测量

5、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。因为电子测量是通过电子运动和电磁。因为电子测量是通过电子运动和电磁。因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作波传播进行工作波传播进行工作波传播进行工作 （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

6、能化）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化本讲稿第三页，共六十七页2.1.3 2.1.3 电子测量的内容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，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。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从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电子学从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电子学从狭义上讲，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。

7、中有关的电量所进行的测量。中有关的电量所进行的测量。中有关的电量所进行的测量。本讲稿第四页，共六十七页2.1.3 2.1.3 电子测量的内容电子测量的内容（续）（续）（续）（续）u电子测量的内容是：电子测量的内容是：（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，包括下列电参数的测量，包括下列电参数的测量，包括下列电参数的测量，包括下列电参数的测量电电电电能能能能量量量量的的的的测测测测量量量量 包包包包括括括括各各各各种种种种频频频频率率率率及及及及波波波波形形形形下下下下的的的的电电电电压压压压、电电电电流流流流、功率、电场强度等

8、的测量。功率、电场强度等的测量。功率、电场强度等的测量。功率、电场强度等的测量。电电电电路路路路参参参参数数数数的的的的测测测测量量量量 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、品品品品质因数、电子器件参数等的测量。质因数、电子器件参数等的测量。质因数、电子器件参数等的测量。质因数、电子器件参数等的测量。电电电电信信信信号号号号特特特特征征征征的的的的测测测测量量量量 包包包包括括括括信信信信号号号号、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

9、真度度度度、噪噪噪噪音音音音以以以以及及及及数数数数字字字字信信信信号号号号的逻辑状态等的测量。的逻辑状态等的测量。的逻辑状态等的测量。的逻辑状态等的测量。电电电电子子子子设设设设备备备备性性性性能能能能的的的的测测测测量量量量 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、频率特性、通频带、噪声系数的测量。频率特性、通频带、噪声系数的测量。频率特性、通频带、噪声系数的测量。频率特性、通频带、噪声系数的测量。特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线的的的的测测测测量量量量 包包包包括括括括幅幅幅幅频频频频特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线、晶晶晶晶体体体体

10、管管管管特特特特性性性性曲曲曲曲线等的测量和显示。线等的测量和显示。线等的测量和显示。线等的测量和显示。本讲稿第五页，共六十七页2.1.3 2.1.3 电子测量的内容电子测量的内容（续）（续）（续）（续）u（2 2）按按基基本本的的测测量量对对象象来来看看，电电子子测测量量是是对对电信号和电系统的测量：电信号和电系统的测量：u电子测量的电子测量的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 u电子测量的电子测量的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 u电子测量的电子测量的基本工作机理基本工作机理是信号与系统的相是信号与系统的相互作用互作用本讲稿第六页，共六十七页2.2

11、2.2 电子测量的对象电子测量的对象信号与系统信号与系统 2.2.1 2.2.1 信号的基本概念信号的基本概念u测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述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。了被测对象的状态及其变化方式。u信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信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。息的载体，是物质，具备能量。u同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，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。同一种信号也可以运载不同的信息。本讲稿第七页，共六十七页2.2.1 2.2.1 被测对象被测对象

12、信号与系统的特点及分类信号与系统的特点及分类信号的特点是：信号的特点是：u信信号号是是用用变变化化着着的的物物理理量量来来表表示示信信息息的的一一种种函函数；数；u信信号号中中包包含含着着信信息息，它它是是信信息息的的载载体体，具具有有能能量量（有有能能源源）。被被测测对对象象的的信信息息感感知知阶阶段段的的任任务务，是要把信息变换成信号；是要把信息变换成信号；u信信号号不不是是信信息息本本身身，必必须须对对信信号号进进行行测测量量后后，才才能能从从信信号号中中提提取取出出信信息息，这这是是电电子子测测量量的的根根本本目的。目的。本讲稿第八页，共六十七页2.2.2 2.2.2 信号的分类信号的

13、分类1.1.确定性信号和非确定性信号确定性信号和非确定性信号电电子子测测量量中中被被测测信信号号大大多多是是时时间间的的函函数数x x(t t)，按按其其性质不同可分类如下：性质不同可分类如下：确确确确定定定定性性性性信信信信号号号号：在在在在相相相相同同同同试试试试验验验验条条条条件件件件下下下下，能能能能够够够够重重重重复复复复实实实实现现现现的的的的信信信信号号号号。确确确确定定定定性性性性信信信信号号号号又又又又分分分分为为为为：恒恒恒恒定定定定（直直直直流流流流）信信信信号号号号；周周周周期期期期信信信信号号号号（简简简简谐谐谐谐周周周周期期期期信信信信号号号号和和和和复复复复杂杂杂

14、杂周周周周期期期期信信信信号号号号）；非非非非周周周周期期期期信信信信号号号号（准周期信号和瞬变冲激信号）；（准周期信号和瞬变冲激信号）；（准周期信号和瞬变冲激信号）；（准周期信号和瞬变冲激信号）；非非非非确确确确定定定定性性性性（随随随随机机机机）信信信信号号号号：在在在在相相相相同同同同试试试试验验验验条条条条件件件件下下下下，不不不不能能能能够够够够重重重重复复复复实实实实现现现现的的的的信信信信号号号号。随随随随机机机机信信信信号号号号又又又又分分分分为为为为：平平平平稳稳稳稳随随随随机机机机信信信信号号号号；非平稳随机信号。非平稳随机信号。非平稳随机信号。非平稳随机信号。本讲稿第九页

15、，共六十七页2.2.2 2.2.2 信号的分类信号的分类（续）（续）（续）（续）u2.2.周期性信号与非周期性信号周期性信号与非周期性信号 u3.3.连续信号与离散信号连续信号与离散信号 本讲稿第十页，共六十七页2.2.2 2.2.2 信号的分类信号的分类（续）（续）（续）（续）4.4.时限信号和频限信号时限信号和频限信号u时时限限信信号号是是指指信信号号在在时时间间的的有有限限区区间间（t t1 1，t t2 2）内内有有定定义义、在在区区间间之之外外信信号号值值恒恒等等于于零零的的信信号号，称为时域有限信号。称为时域有限信号。例例例例如如如如，矩矩矩矩形形形形脉脉脉脉冲冲冲冲、正正正正弦弦

16、弦弦脉脉脉脉冲冲冲冲等等等等。而而而而周周周周期期期期信信信信号号号号、指指指指数数数数信信信信号、随机信号等，则为时域无限信号。号、随机信号等，则为时域无限信号。号、随机信号等，则为时域无限信号。号、随机信号等，则为时域无限信号。u频频限限信信号号是是指指在在频频率率域域内内只只占占据据有有限限的的带带宽宽（f f1 1f f2 2）、在在这这一一带带宽宽之之外外信信号号值值恒恒等等于于零零的的信信号号，称为频域有限信号。称为频域有限信号。本讲稿第十一页，共六十七页2.2.2 2.2.2 信号的分类信号的分类（续）（续）（续）（续）（5 5 5 5）信号的时间特性和频率特性）信号的时间特性和

17、频率特性）信号的时间特性和频率特性）信号的时间特性和频率特性uu时时时时间间间间特特特特性性性性：反反反反映映映映在在在在信信信信号号号号随随随随时时时时间间间间变变变变化化化化的的的的波波波波形形形形上上上上，包包包包括括括括信信信信号号号号出出出出现现现现时时时时间间间间的的的的先先先先后后后后、持持持持续续续续时时时时间间间间的的的的长长长长短短短短、重重重重复复复复周周周周期期期期的的的的大大大大小小小小、随随随随时时时时间间间间变变变变化化化化速速速速率的快慢、幅度的大小等等。率的快慢、幅度的大小等等。率的快慢、幅度的大小等等。率的快慢、幅度的大小等等。uu频频频频率率率率特特特特性

18、性性性：一一一一个个个个复复复复杂杂杂杂信信信信号号号号可可可可以以以以分分分分解解解解成成成成许许许许多多多多不不不不同同同同频频频频率率率率的的的的正正正正弦弦弦弦分分分分量量量量，即即即即具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的频频频频率率率率成成成成分分分分。将将将将各各各各个个个个正正正正弦弦弦弦分分分分量量量量的的的的幅幅幅幅度度度度和和和和相相相相位位位位分分分分别别别别按按按按频频频频率率率率高高高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。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。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。低依次排列就成为频

19、谱。信号的频谱包含了信号的全部信息。（6 6 6 6）信号的空间分布结构）信号的空间分布结构）信号的空间分布结构）信号的空间分布结构 许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性例例例例如如如如描描描描述述述述大大大大气气气气压压压压随随随随海海海海拔拔拔拔高高高高度度度度变变变变化化化化的的的的信信信信号号号号，其其其其自自自自变变变变量量量量表表表表示示示示海海海海拔拔拔拔高高高高度度度度；描描描描述述述述飞飞飞飞机机机机机机机机翼翼翼翼上上上上应应应应变变变变分分分

20、分布布布布的的的的信信信信号号号号，其其其其自自自自变变变变量量量量表示结构尺寸；表示结构尺寸；表示结构尺寸；表示结构尺寸；本讲稿第十二页，共六十七页2.2.3 2.2.3 系统的基本概念系统的基本概念 信号的产生、传输、处理、存储和再现都需要一定信号的产生、传输、处理、存储和再现都需要一定的物理装置，这种装置通常就称为系统。的物理装置，这种装置通常就称为系统。从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的事物组合而成的具有特定功能的整体。事物组合而成的具有

21、特定功能的整体。事物组合而成的具有特定功能的整体。事物组合而成的具有特定功能的整体。1.1.系统的外部特性系统的外部特性即系统的输入与输出之间的关系或系统的功能。即系统的输入与输出之间的关系或系统的功能。本讲稿第十三页，共六十七页2.2.3 2.2.3 系统的基本概念系统的基本概念（续）（续）（续）（续）2.2.系统的内部结构系统的内部结构测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的固有属性决定。固有属性决定。固有属性决定。固有属性决定。系统模型指系统物理

22、特性的数学抽象，即以数学表达系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入-输出特性输出特性输出特性输出特性 本讲稿第十四页，共六十七页2.2.4 2.2.4 被测系统的分类被测系统的分类1.1.1.1.单输入单输入单输入单输入/输出与多输入输出与多输入输出与多输入输出与多输入/输出系统输出系统输出系统输出系统 2.2.2

23、.2.线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统 线性系统满足两个基本条件：线性系统满足两个基本条件：线性系统满足两个基本条件：线性系统满足两个基本条件：叠加原理。叠加原理。叠加原理。叠加原理。系统的响应与输入信号的作用无关。系统的响应与输入信号的作用无关。系统的响应与输入信号的作用无关。系统的响应与输入信号的作用无关。线性系统对任意输入的响应都可用傅氏变换表示。线性系统对任意输入的响应都可用傅氏变换表示。线性系统对任意输入的响应都可用傅氏变换表示。线性系统对任意输入的响应都可用傅氏变换表示。输出信号的频谱函数为输出信号的频谱函数为输出信号的频谱函数为输出

24、信号的频谱函数为 uu线线线线性性性性系系系系统统统统具具具具有有有有频频频频率率率率保保保保持持持持性性性性。测测测测量量量量、分分分分析析析析或或或或比比比比较较较较线线线线性性性性系系系系统统统统在在在在正正正正弦弦弦弦信信信信号号号号激励下的响应，就可以对系统的各种电气特性作出全面的评价激励下的响应，就可以对系统的各种电气特性作出全面的评价激励下的响应，就可以对系统的各种电气特性作出全面的评价激励下的响应，就可以对系统的各种电气特性作出全面的评价本讲稿第十五页，共六十七页2.2.4 2.2.4 被测系统的分类被测系统的分类（续）（续）（续）（续）3.3.即时系统与动态系统即时系统与动态

25、系统即即即即时时时时系系系系统统统统（瞬瞬瞬瞬时时时时系系系系统统统统或或或或无无无无记记记记忆忆忆忆系系系系统统统统）：系系系系统统统统在在在在任任任任何何何何时刻时刻时刻时刻t t t t的输出都只与该时刻的输入有关；的输出都只与该时刻的输入有关；的输出都只与该时刻的输入有关；的输出都只与该时刻的输入有关；动动动动态态态态系系系系统统统统（存存存存储储储储系系系系统统统统或或或或有有有有记记记记忆忆忆忆系系系系统统统统）：在在在在时时时时刻刻刻刻t t t t的的的的输输输输出出出出不不不不仅仅仅仅与与与与该该该该时时时时刻刻刻刻的的的的输输输输入入入入有有有有关关关关，而而而而且且且且还

26、还还还与与与与该该该该时时时时刻刻刻刻以以以以前前前前或或或或以以以以后后后后的的的的输输输输入入入入有有有有关关关关。记记记记忆忆忆忆系系系系统统统统的的的的输输输输入入入入输输输输出出出出关关关关系系系系是是是是一一一一般是微分或差分方程般是微分或差分方程般是微分或差分方程般是微分或差分方程 。4.4.模拟系统与数字系统模拟系统与数字系统 模拟系统是分析和处理模拟信号的系统，模拟系统是分析和处理模拟信号的系统，模拟系统是分析和处理模拟信号的系统，模拟系统是分析和处理模拟信号的系统，数字系统是分析和处理脉冲与数字信号的系统。数字系统是分析和处理脉冲与数字信号的系统。数字系统是分析和处理脉冲与

27、数字信号的系统。数字系统是分析和处理脉冲与数字信号的系统。本讲稿第十六页，共六十七页2.2.5 2.2.5 系统的可测性与可控性系统的可测性与可控性u系统可观测系统可观测系统的属性（事物内部自身运动系统的属性（事物内部自身运动的表现）能通过周围环境表现出来，也就是说，的表现）能通过周围环境表现出来，也就是说，能通过外部世界观测到。能通过外部世界观测到。u系统是可控系统是可控系统（事物内部运动）能接收周系统（事物内部运动）能接收周围环境的影响，变更系统的运动状态。围环境的影响，变更系统的运动状态。本讲稿第十七页，共六十七页2.3 2.3 测量方法的分类概述测量方法的分类概述2.3.1 2.3.1

28、 2.3.1 2.3.1 直接测量与间接测量直接测量与间接测量直接测量与间接测量直接测量与间接测量（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知知知量量量量的的的的量量量量值。值。值。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

29、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 本讲稿第十八页，共六十七页2.3.2 2.3.2 有源参量与无源参量的测量有源参量与无源参量的测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 1.1.1.1.有源量的测量有源量的测量有源量的测量有源量的测量2.2.2.2.无源量的

30、测量无源量的测量无源量的测量无源量的测量 本讲稿第十九页，共六十七页2.3.2 2.3.2 有源参量与无源参量的测量有源参量与无源参量的测量（续）（续）（续）（续）3.3.3.3.电子测量仪器的功能结构电子测量仪器的功能结构电子测量仪器的功能结构电子测量仪器的功能结构 被测对象的有源与无源特性决定了测量系统的组成方法和功能被测对象的有源与无源特性决定了测量系统的组成方法和功能被测对象的有源与无源特性决定了测量系统的组成方法和功能被测对象的有源与无源特性决定了测量系统的组成方法和功能结构结构结构结构 uu信信信信号号号号特特特特性性性性参参参参量量量量为为为为常常常常见见见见的的的的有有有有源源

31、源源量量量量，主主主主要要要要包包包包含含含含信信信信号号号号的的的的电电电电压压压压与与与与功功功功率率率率、频率与波长、周期与时间、波形与频谱等；频率与波长、周期与时间、波形与频谱等；频率与波长、周期与时间、波形与频谱等；频率与波长、周期与时间、波形与频谱等；电电电电压压压压表表表表、电电电电流流流流表表表表、功功功功率率率率计计计计、频频频频率率率率计计计计、示示示示波波波波器器器器、频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪、逻逻逻逻辑辑辑辑分分分分析析析析仪仪仪仪等等等等仪仪仪仪器器器器不含激励信号源不含激励信号源不含激励信号源不含激励信号源uu系系系系统统统统特特特特性性性性参参参参数数数数为为为为

32、常常常常见见见见的的的的无无无无源源源源量量量量，包包包包括括括括集集集集总总总总与与与与分分分分布布布布参参参参数数数数系系系系统统统统的的的的特特特特性性性性，例例例例如如如如，电电电电阻阻阻阻、电电电电感感感感、电电电电容容容容、品品品品质质质质因因因因数数数数、阻阻阻阻抗抗抗抗、导导导导纳纳纳纳、介介介介电电电电常常常常数数数数、导导导导磁磁磁磁率率率率、驻驻驻驻波波波波比比比比、反反反反射射射射系系系系数数数数、散散散散射射射射系系系系数数数数、衰衰衰衰减减减减以以以以及及及及单单单单位位位位阶阶阶阶跃跃跃跃响响响响应应应应或或或或单单单单位位位位冲冲冲冲激（脉冲）响应与传递函数等。

33、激（脉冲）响应与传递函数等。激（脉冲）响应与传递函数等。激（脉冲）响应与传递函数等。RLCRLCRLCRLC测测测测试试试试仪仪仪仪、阻阻阻阻抗抗抗抗分分分分析析析析仪仪仪仪、网网网网络络络络分分分分析析析析仪仪仪仪、频频频频率率率率特特特特性性性性测测测测试试试试仪仪仪仪（扫扫扫扫频频频频仪仪仪仪）、晶晶晶晶体管特性图示仪等仪器，均包含有激励信号源。体管特性图示仪等仪器，均包含有激励信号源。体管特性图示仪等仪器，均包含有激励信号源。体管特性图示仪等仪器，均包含有激励信号源。本讲稿第二十页，共六十七页2.3.3 2.3.3 集中式与分布式的多路测量集中式与分布式的多路测量u1.1.集中式多路测

34、试系统集中式多路测试系统 本讲稿第二十一页，共六十七页2.3.3 2.3.3 集中式与分布式的多路测量集中式与分布式的多路测量（续）（续）（续）（续）u2.2.分布式多路测量系统分布式多路测量系统 （a a a a）网络化测量系统）网络化测量系统）网络化测量系统）网络化测量系统 （b b b b）无线电遥测系统）无线电遥测系统）无线电遥测系统）无线电遥测系统 本讲稿第二十二页，共六十七页2.3.4 2.3.4 频域、时域、数域及随机域测量频域、时域、数域及随机域测量1.1.1.1.频域测量技术频域测量技术频域测量技术频域测量技术：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

35、的变化：幅值和相位随频率的变化（1 1 1 1）正弦波点频法）正弦波点频法）正弦波点频法）正弦波点频法（2 2 2 2）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.时域测量技术时域测量技术时域测量技术时域测量技术：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3.3.3.3.频域测量和时域测量比较频域测量和时域测量比较频域测量和时域测量比较频域测量和时域测量比较频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是频域测量和时域测量是

36、测量线性系统性能的两种方法，是频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是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，其结果应从两个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应从两个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应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。该是一致的。该是一致的。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，而频从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频从理论上讲，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。域

37、函数的付里叶逆变换也就是时域函数。域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。本讲稿第二十三页，共六十七页2.3.4 2.3.4 频域、时域、数域及随机域测量频域、时域、数域及随机域测量（续）（续）4.4.随机测量技术随机测量技术：测量噪声信号和使用随机信号源：测量噪声信号和使用随机信号源噪噪噪噪声声声声是是是是一一一一种种种种与与与与时时时时间间间间因因因因素素素素有有有有关关关关的的的的随随随随机机机机变变变变量量量量，对对对对噪噪噪噪声声声声的的的的研研研研究究究究使使使使用用用用概率统计方法概率统计方法概率统计方法概率统计方法 主要包括下述三个内容：主要包括

38、下述三个内容：主要包括下述三个内容：主要包括下述三个内容：（1 1 1 1）噪噪噪噪声声声声信信信信号号号号统统统统计计计计特特特特性性性性的的的的测测测测量量量量，如如如如时时时时域域域域中中中中的的的的均均均均值值值值、均均均均方方方方根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；（2 2 2 2）将将将将已已已已知知知知特特特特性性性性的的的的噪噪噪噪声声声声作作作作激激激激励励励励源源源源对对对对被被被被测测测测系系系系统统统统进进进进行行行行统统统

39、统计计计计性性性性测量，研究被测系统的特性；测量，研究被测系统的特性；测量，研究被测系统的特性；测量，研究被测系统的特性；（3 3 3 3）在在在在背背背背景景景景噪噪噪噪声声声声信信信信号号号号不不不不可可可可忽忽忽忽略略略略时时时时对对对对信信信信号号号号、特特特特别别别别是是是是微微微微弱弱弱弱信信信信号的精确测量。号的精确测量。号的精确测量。号的精确测量。本讲稿第二十四页，共六十七页2.3.4 2.3.4 频域、时域、数域及随机域测量频域、时域、数域及随机域测量（续）（续）（续）（续）5.5.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 对数字系

40、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：uu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。障。障。障。LSILSI

41、测试系统的简化框图测试系统的简化框图 本讲稿第二十五页，共六十七页2.3.5 2.3.5 静态、稳态和动态测量静态、稳态和动态测量（续）（续）（续）（续）1.1.静态测量与动态测量的基本概念静态测量与动态测量的基本概念静静静静态态态态测测测测量量量量：对对对对不不不不随随随随时时时时间间间间变变变变化化化化的的的的（静静静静止止止止的的的的）物物物物理理理理量量量量进进进进行行行行的测量的测量的测量的测量动态测量：对随时间不断变化的物理量进行的测量。动态测量：对随时间不断变化的物理量进行的测量。动态测量：对随时间不断变化的物理量进行的测量。动态测量：对随时间不断变化的物理量进行的测量。u在电子

42、测量中常见的动态信号有两种：在电子测量中常见的动态信号有两种：幅值随时间变化的信号：幅值随时间变化的信号：幅值随时间变化的信号：幅值随时间变化的信号：指非周期性信号、幅值瞬变或跃变信号指非周期性信号、幅值瞬变或跃变信号指非周期性信号、幅值瞬变或跃变信号指非周期性信号、幅值瞬变或跃变信号 ；频率随时间变化的信号：频率随时间变化的信号：频率随时间变化的信号：频率随时间变化的信号：指正弦波扫频信号或频率瞬变的周期性信号指正弦波扫频信号或频率瞬变的周期性信号指正弦波扫频信号或频率瞬变的周期性信号指正弦波扫频信号或频率瞬变的周期性信号 。本讲稿第二十六页，共六十七页2.3.5 2.3.5 静态、稳态和动

43、态测量静态、稳态和动态测量（续）（续）（续）（续）2.2.静态、稳态和动态测量的基本方法静态、稳态和动态测量的基本方法静态（直流）测试技术静态（直流）测试技术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应的关系和理想的特性，而测量精度也最高。对应的关系和理想的特性，而测量精度也最高。对应的关系和理

44、想的特性，而测量精度也最高。对应的关系和理想的特性，而测量精度也最高。稳态（交流）测试技术：正弦测试技术稳态（交流）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（最简单的周用幅值随时间按正弦规律变化的电信号（最简单的周用幅值随时间按正弦规律变化的电信号（最简单的周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期性信号）作被测系统的激励，然后观测在此激励下期性信号）作被测系统的激励，然后观测在此激励下期性信号）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线性系统进行测量。的输出响应，以频率为变量对被测线性系统进行测

45、量。的输出响应，以频率为变量对被测线性系统进行测量。的输出响应，以频率为变量对被测线性系统进行测量。正弦测试技术可以测线性系统的稳态参数，线性系统正弦测试技术可以测线性系统的稳态参数，线性系统正弦测试技术可以测线性系统的稳态参数，线性系统正弦测试技术可以测线性系统的稳态参数，线性系统的稳态参量是指系统的阻抗、增益或损耗、相移、群的稳态参量是指系统的阻抗、增益或损耗、相移、群的稳态参量是指系统的阻抗、增益或损耗、相移、群的稳态参量是指系统的阻抗、增益或损耗、相移、群延迟和非线性失真度，以及这些参量随频率变化的情延迟和非线性失真度，以及这些参量随频率变化的情延迟和非线性失真度，以及这些参量随频率变

46、化的情延迟和非线性失真度，以及这些参量随频率变化的情况况况况 本讲稿第二十七页，共六十七页2.3.5 2.3.5 静态、稳态和动态测量静态、稳态和动态测量动态（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

47、象象进进进进行行行行测测测测量量量量，称称称称为为为为动动动动态态态态测测测测量量量量和和和和瞬瞬瞬瞬态测量。态测量。态测量。态测量。瞬态测试技术有两种方式：瞬态测试技术有两种方式：一一一一种种种种是是是是测测测测量量量量有有有有源源源源量量量量，测测测测量量量量幅幅幅幅值值值值随随随随时时时时间间间间呈呈呈呈非非非非周周周周期期期期形形形形变变变变化化化化（突变、瞬变）的电信号；（突变、瞬变）的电信号；（突变、瞬变）的电信号；（突变、瞬变）的电信号；另另另另一一一一种种种种是是是是测测测测量量量量无无无无源源源源量量量量，是是是是以以以以最最最最典典典典型型型型的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲或或或

48、或阶阶阶阶跃跃跃跃信信信信号号号号作作作作被被被被测测测测系系系系统统统统的的的的激激激激励励励励，观观观观察察察察系系系系统统统统的的的的输输输输出出出出响响响响应应应应（随随随随时时时时间间间间的的的的变化关系），即研究被测系统的瞬态特性。变化关系），即研究被测系统的瞬态特性。变化关系），即研究被测系统的瞬态特性。变化关系），即研究被测系统的瞬态特性。本讲稿第二十八页，共六十七页2.4 2.4 测试系统的静态特性测试系统的静态特性2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 测试系统的静态特性和动态特性概述测试系统的静态特性和动态特性概述测试系统的静态特性和动态特性概述测试系统的静态特性

49、和动态特性概述测测测测量量量量系系系系统统统统(广广广广义义义义)指指指指单单单单台台台台的的的的测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器，和和和和由由由由多多多多台台台台仪仪仪仪器器器器及及及及设设设设备备备备等等等等组组组组成成成成的的的的完完完完整整整整测测测测试试试试系系系系统统统统，也也也也可可可可指指指指组组组组成成成成测测测测量量量量系系系系统中的某一环节或单元。统中的某一环节或单元。统中的某一环节或单元。统中的某一环节或单元。测测测测量量量量系系系系统统统统的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性可可可可由由由由其其其其输输输输入入入入、输输输输出出出出的的的的关关关关系系系系来来来来

50、表表表表征征征征，它它它它是是是是测测测测量量量量系系系系统统统统所所所所呈呈呈呈现现现现出出出出的的的的外外外外部部部部特特特特性性性性，并并并并由由由由其其其其内内内内部部部部参参参参数数数数也即系统本身的固有属性所决定。也即系统本身的固有属性所决定。也即系统本身的固有属性所决定。也即系统本身的固有属性所决定。uu测量系统的基本特性可分为两类：测量系统的基本特性可分为两类：测量系统的基本特性可分为两类：测量系统的基本特性可分为两类：一一一一类类类类被被被被测测测测量量量量是是是是静静静静止止止止不不不不变变变变或或或或变变变变化化化化极极极极缓缓缓缓慢慢慢慢的的的的情情情情况况况况，此此此