电子测量期末考试复习参考资料.docx

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电子测量期末考试复习参考资料

第一章测量的基本原理

1.1.2测量的定义

Ø狭义定义：

测量是为了确定被测量的量值而进行的一组操作；

Ø广义定义：

测量是为了获取被测对象的信息而进行的实践过程。

1.1.3测量的组成

测量的组成包括测量的基本要素、测量过程、被测对象、测量仪器系统、测量的主体、测量技术和测量环境。

测量的基本要素：

被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境。

1.2.1计量的定义和意义

✧计量的定义：

计量是利用技术和法制手段实施的一种特殊形式的测量，即把被测量与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并给出具有法律效力的《检定证书》。

✧计量的三个主要特征：

统一性、准确性和法制性。

✧计量的意义：

计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动；计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，有着技术保证和技术监督的作用；计量的出现是测量发展的客观需要，测量数据的准确可靠，需要计量予以保证，计量是测量的基础和依据；测量又是计量联系实际应用的重要途径，计量和测量相互配合，才能在国民经济中发挥重要作用。

1.4.3感知的基本原理

信息感知，是感知事物运动的状态及其变化方式，其实质是把客体论层次的信息转换为主体认识论层次的语法信息，如图所示。

1.4.4信息的识别的基本原理

识别，是把感知的语法信息转换成人们能够理解的语义信息，其基本原理是形式特征的比较。

识别的原则是：

相似而认同，相异而拒斥。

1.5测量的量值比较原理

间接比较法

Ø比例变换的原理，把被测的未知量经过一系列的变换后，最后变换成人能直接感知的一种量值表示形式。

其过程分为三种类型的子变换：

非电量到电量的变换、电量到电量的变换和电量到非电量的变换。

Ø间接比较方法：

①校准，包括测零点值和测标准量；②测量，测未知量。

1.5.3减少误差的复合式比较法⑴微差法；⑵替代法；⑶对照法。

1.6.2比较的基本概念和基本类型

比较的基本概念：

被测量为x、标准量为s、比较电路输出为y。

当xs时，y=yH；当x=s时，y出现一个跃变信号。

比较的基本类型：

标量比较、矢量比较、差值比较、比值比较和量化比较。

1.6.3电子测量中的处理技术

基本模拟运算，数字计算与数字信号处理

1.6.4指示式电表用指针的偏转来表示电量的仪表

指示式电工仪表的分类

按工作原理分类，可分为动圈式、动铁式、电动式、热电式、静电式、整流式和感应式等；

按准确度等级分类，可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0，共7级；

按用途分类，可分为电流表、电压表、功率表、电能表、功率因数表、频率表、相位表、兆欧表、电容表等。

分度盘及标记符，表盘上通常标记了如下信息：

测量的单位、应用电路的图示符号、仪表放置方法的符号、工作原理、等级、分度与额定值、制造厂商、仪表编号等。

指示式仪表的结构原理

指示式电工仪表由以下各部分构成：

使指针偏转的驱动装置、利用弹簧力的控制装置、抑制指针摆动的阻尼装置、指示指针偏转的读取装置等。

在指示式电工仪表中，动圈式仪表的精度及灵敏度最高、结构也比较简单，其结构如上图右边所示。

第二章测量方法与测量系统

2.2.2连续信号与离散信号的分类

信号按照自变量t（多表示时间，也可以是空间等参数）的取值是否连续，可分为连续时间信号和离散时间信号两大类。

每大类再根据函数值取值是否连续，又可分成两类，因此总共可分成四种类型，分别称为模拟信号、量化信号、采样信号和数字信号，如下表：

2.2.4线性系统与非线性系统

测量系统中的系统，包括被测系统和测量系统，可分为线性系统和非线性系统。

线性时不变系统的两个基本条件，一是服从叠加原理；二是时不变系统的响应与输入信号的时延无关。

满足线性时不变系统的两个基本条件时，对任意输入的响应都可用傅里叶变换表示，输出信号y（t）的频谱函数Y（ω）为

上式中，K（ω）为被测系统的传输函数；X（ω）为输入信号x（t）的傅氏变换，即

X（ω）又称为输入信号x（t）的频率分布函数或幅度频谱函数。

2.3测量方法的分类

根据被测对象的特点，测量方法可分为直接测量与间接测量；有源量测量与无源量测量；集中式与分布式的多路测量；频域、时域、数域及随机域测量；静态、稳态及动态测量。

从方法论的角度来分类，测量技术可分为直接测量、间接测量和组合测量三种类型。

直接测量，是指用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值的方法。

间接测量，对与未知待测量y有确切函数关系的其他变量x（或n个变量）进行直接测量，然后再通过函数

，计算出待测量y。

2.3.2有源量测量与无源量测量

被测对象可按有源量或无源量划分分为两大类，有源量测量和无源量测量。

有源量测量，可把被测的有源量作为一个未知的信号，去激励一个功能已明确定义、性能已预先知道的系统（测量系统），通过系统的响应求得被测参量的量值，又叫信号的测量。

无源量测量，要用已知的有源信号（测量用信号源）去激励无源的被测系统，然后从被测系统输出端得到包含被测系统特性的响应，此时无源量实际上已经转换为有源量，再按照有源量的测量方法对响应进行测量。

2.3.4频域测量技术、时域测量技术和数字测量技术

在频域测量中最典型的测试信号是正弦波信号；在时域测量中，因研究瞬态现象，经常遇到脉冲波的测试信号；在随机测量技术中，常用噪声作为随机信号源进行测量；在数字测量技术中，常对二进制的数字信号进行测量。

频域测量技术

频域测量是以获取被测信号和被测系统在频率领域的幅度特性和相位特性为目的，采用测量被测对象的复数频率特性（包括幅度-频率特性和相位-频率特性）的方法，以得到信号的频谱和系统的传递函数。

在频域测量中，正弦测量是一种稳态测量。

而正弦测量有两种基本方法：

Ø正弦波点频法，在测量的频段内按预定的频率间隔逐点地改变测量信号频率，即输出一个固定频率，并在这个频点上完成一次测量，然后再改变成下一个频率，在新的频点再进行一次测量，这样逐点地测得数据，直到完成指定频段内的测量；

Ø正弦波扫频法，在测量频段内，使测量的正弦信号的频率随时间按一定规律扫动，即实现信号频率自动扫描。

扫频法具有简捷、直观、快速、自动的优点，在频域测量中得到了广泛应用。

时域测量技术

时域测量是以获取被测信号和系统在时间领域的特性为目的，采用测量被测对象的幅度-时间特性的方法，以得到信号波形和系统的瞬态响应。

在时域测量中,信号波形的采集和分析、系统瞬态特性的测量和分析是最根本的任务,常用的测试信号和待测信号是脉冲、方波及阶跃信号。

时域测量技术是研究信号随时间变化和分析一个系统的瞬态过程的重要手段。

数字测量技术

数字测量技术又称数据域测量技术，它是一门研究对数字系统进行高效故障寻迹的科学。

其激励信号是二进制码的数字信号。

而数据域测量的目标有两个：

Ø确定系统中是否存在故障，称为合格/失效测试，或称故障诊断；

Ø确定故障的位置，称为故障定位。

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。

一般有穷举测量法、结构测量法、功能测量法和随机测量法。

2.5.2测量系统的动态特性参数中一阶系统和二阶系统的参数

一阶系统的特性参数是时间常数τ，二阶系统的特性参数是固有角频率

与阻尼比ζ。

第三章测量误差及数据处理

3.2.2系统误差的判别方法

1）不变的系统误差校准、修正和实验对比。

2）变化的系统误差

✓残差观察法，是将所测得的数据及其残差按测得的先后次序列表或作图，观察各数据的残差值的大小和符号变化情况，从而判断是否存在系统误差及其规律。

适用于系统误差比随机误差大的情况。

✓马利科夫判据，是判别有无累进性系统误差的常用方法。

把n个等精度测量值所对应的残差按测量先后顺序排列，把残差分成两部分求和，再求其差值D。

测量次数n有可能是偶数，也有可能是奇数。

若有累进性系统误差，D值应明显异于零。

当n为偶数时，

当n为奇数时，

✓阿贝-赫梅特判据，通常用来检验周期性系统误差的存在。

把测量数据按测量顺序排列，将对应的残差两两相乘，然后求其和的绝对值，再与实验标准方差相比较，若下面式子成立，则可认为测量中存在周期性系统误差。

3.2.3粗大误差及其判断准则

在无系统误差的情况下，测量中大误差出现的概率是很小的。

对于误差绝对值较大的测量数据，就可列为可疑数据，同时分析可疑数据是否是粗大误差，若是粗大误差，则应将其对应的测量值剔除。

粗大误差产生原因以及防止与消除的方法

粗大误差的产生原因

①测量人员的主观原因：

操作失误或错误记录；

②客观外界条件的原因：

测量条件意外改变、受较大的电磁干扰，或测量仪器偶然失效等。

防止及消除粗大误差的方法

采取各种措施，其中包括加强测量者的工作责任心态度、保证测量条件的稳定或者应避免在外界条件激烈变化时进行测量、在等精度的条件下增加测量次数或采用不等精度测量和互相之间进行校核的方法，防止产生粗大误差。

粗大误差的判别准则

根据统计学的方法来判别可疑数据是否是粗大误差，其基本思想是：

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可称为粗大误差，并予以剔除。

常用的方法有：

1）莱特检验法假设在一列等精度测量结果

中，

为各测量值对应残差，s为标准偏差的估计值，若式子

成立，则该误差为粗大误差，

所对应的测量值

为异常数据，应剔除不用。

2）格拉布斯检验法假设在一列等精度测量结果

（i=1,2,…，n）中，

、

分别为最小测量值和最大测量值，s为标准偏差的估计值，最大残差

若式子

成立，则判断对应测量值为粗大误差，应予剔除。

3）肖维勒准则、狄克逊准则、罗曼诺夫斯基准则等。

第四章时间与频率的测量

4.5.1电子计数器的测量误差的来源

Ø量化误差所谓量化误差就是指在进行频率的数字化测量时，被测量与标准单位不是正好为整数倍，再加之闸门开启和关闭的时间和被测信号不同步（随机的），因此在量化过程中有一部分时间零头没有被计算在内，使电子计数器出现±1误差。

Ø触发误差所谓触发误差就是指在门控脉冲受到干扰时，由于干扰信号的作用使触发提前或滞后所带来的误差。

Ø标准频率误差所谓标准频率误差是指由于电子计数器采用的频率基准受外界或自身结构性能等因素的影响产生漂移而给测量结果引入的误差。

4.5.3多周期同步法

在周期测量时，为了减少量化误差和触发误差对测量精度的影响，可采用多周期同步测量的方法来提高测量精度。

4.6.2模拟内插法

为减小量化误差，需减小时标以增大计数值，但时标的减小受时基电路和计数器最高工作频率限制，而计数器也有最大计数容量的限制（最大计数值）。

内插法对已存在的量化误差，测量出量化单位以下的尾数（零头时间）。

模拟内插法原理

◆由于T1和T2均很小（小于时标），采用普通的“时标计数法”难以实现（需要非常小的时标）。

其实现的基本思路是：

对T1和T2作时间扩展（放大）后测量。

◆三次测量

若T1、T2均扩展k倍，采用同一个时标（设为

），分别测量T0、kT1、kT2，设计数值分别为：

N0、N1、N2，则

意义：

上式由于

不存在量化误差，总量化误差由（N1-N2）引起，降低了k倍。

相当于用

时标的普通时间测量。

4.9.2调制域测量原理

调制域测量的根本目的是显示出频率随时间变化的动态特性。

因此如何获得某一时刻所对应的频率值（瞬时频率值）是调制域测量的最基本的一个任务。

瞬时频率测量原理

所谓的瞬时频率也不是严格地处在某一个时刻所对应的频率值，而是一个相对较短的时间段里的平均频率。

◆瞬时频率的概念

信号频