电子测量技术_贾丹平、姚丽、桂珺、赵亚威、姚世选_9787302488705

《电子测量技术》为教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会规划教材，也是辽宁省精品资源共享课的配套教材，是按照高等院校相关专业的教学要求编写的。从实际应用出发，系统地阐述了电子测量的方法，以及现代电子测量仪器的原理。全书分为10章，内容包括：电子测量的基本概念、测量误差和测量结果处理、频率和时间的测量、电压的测量、信号发生器、波形测试、阻抗测量、相位测量、频域测量和数据域的测量。重点讲述了电压、频率、时间、阻抗等主要物理量的基本测量原理和方法，以及示波器、信号源、频率计等常规仪器的工作原理和使用方法。

第1章绪论

1.1电子测量概述

1.1.1测量与电子测量

1.1.2电子测量的内容

1.1.3电子测量的特点

1.2电子测量的方法

1.3电子测量仪器概述

1.3.1电子测量仪器的功能

1.3.2电子测量仪器分类

1.3.3电子测量仪器的主要技术指标

1.3.4电子测量仪器的发展概况

本章小结

思考题

随身课堂

第2章测量误差与数据处理

2.1测量误差的基础知识

2.1.1研究测量误差的目的

2.1.2测量的基本概念

2.1.3误差的表示方法

2.1.4测量误差的来源

2.1.5测量误差的分类

2.2随机误差的分析

2.2.1随机误差的统计处理

2.2.2随机误差的分布

2.2.3有限次测量的计算方法

2.2.4测量结果的置信度

2.3粗大误差的分析

2.3.1粗大误差的判断

2.3.2粗大误差的剔除

2.4系统误差的分析

2.4.1系统误差的特征

2.4.2系统误差的判断

2.4.3削弱系统误差的方法

2.5误差的合成与分配

2.5.1误差的合成

2.5.2误差的分配

2.5.3最佳测量方案的选择

2.6测量数据的处理

2.6.1测量结果的评价

2.6.2有效数字的处理

2.6.3等精度测量结果的处理

2.6.4非等精度测量结果的处理

本章小结

思考题

随身课堂

第3章频率与时间测量技术

3.1概述

3.1.1时频基准

3.1.2频率与时间测量的特点

3.1.3频率与时间测量的方法

3.2电子计数法测量频率

3.2.1测频基本原理

3.2.2测频结构组成

3.2.3测频误差分析

3.3电子计数法测量周期

3.3.1测周基本原理

3.3.2测周误差分析

3.3.3中界频率

3.4电子计数法测量时间间隔

3.4.1时间间隔测量原理

3.4.2测量时间间隔的误差分析

3.4.3测量时间间隔的应用

3.5通用计数器

3.5.1电子计数器的分类

3.5.2电子计数器的主要技术指标

3.5.3通用计数器的功能

3.6频率测量的其他方法

3.6.1谐振法测量频率

3.6.2电桥法测量频率

3.6.3频率电压（FU）变换法

3.6.4拍频法测量频率

3.6.5差频法测量频率

3.6.6示波法测量频率

本章小结

思考题

扩展阅读

随身课堂

第4章电压测量技术

4.1概述

4.1.1电压测量的基本要求

4.1.2电压测量仪表的分类

4.2直流电压的模拟式测量

4.2.1磁电式表头

4.2.2动圈式电压表

4.2.3电子电压表

4.3交流电压的模拟式测量

4.3.1交流电压的表征

4.3.2交流电压的测量方法

4.4电压的数字式测量

4.4.1数字电压表概述

4.4.2比较式A/D转换器

4.4.3双积分A/D转换器

4.4.4脉宽调制法A/D转换器

4.4.5电荷平衡法A/D转换器

4.5数字多用表

4.5.1I/V变换器

4.5.2Ω/V变换器

4.5.3AC/DC变换器

本章小结

思考题

扩展阅读

随身课堂

第5章信号发生器

5.1概述

5.1.1信号发生器的用途

5.1.2信号发生器的分类

5.1.3信号发生器的参数指标

5.2低频及高频信号发生器

5.2.1低频信号发生器

5.2.2高频信号发生器

5.2.3脉冲信号发生器

5.3合成信号发生器

5.3.1合成信号发生器的原理及技术指标

5.3.2频率直接合成法

5.3.3频率间接合成法

5.4任意函数/波形发生器

5.4.1任意函数/波形发生器的工作原理

5.4.2任意函数/波形发生器的主要技术指标

5.4.3任意波形发生器的波形编辑功能

本章小结

思考题

扩展阅读

随身课堂

第6章波形测试技术

6.1概述

6.1.1示波器的特点

6.1.2示波器的分类

6.1.3示波器的主要技术指标

6.2示波管及波形显示原理

6.2.1示波管

6.2.2波形显示原理

6.3通用示波器

6.3.1通用示波器的组成

6.3.2通用示波器的垂直偏转通道

6.3.3通用示波器的水平偏转通道

6.4示波器的多波形显示

6.4.1多线显示和多踪显示

6.4.2双扫描示波显示

6.5取样示波器

6.5.1取样原理

6.5.2取样示波器的基本组成

6.5.3主要性能指标

6.6数字存储示波器

6.6.1基本结构和工作原理

6.6.2主要性能指标

6.6.3基本功能

6.7示波器的应用

6.7.1示波器的使用

6.7.2用示波器测量电压

6.7.3用示波器测量周期和时间间隔

6.7.4用示波器测量频率

本章小结

思考题

扩展阅读

随身课堂

第7章阻抗测量技术

7.1阻抗元件的特性

7.1.1阻抗定义及其表示方法

7.1.2阻抗元件的电路模型

7.1.3阻抗的测量方法

7.2电桥法测量阻抗

7.2.1电桥法测量阻抗的原理

7.2.2电桥法测量电阻

7.2.3电桥法测量电容

7.2.4电桥法测量电感

7.2.5自动平衡电桥(手持数字电桥)

7.3谐振法测量阻抗

7.3.1谐振法测量阻抗的原理

7.3.2谐振法测量电感

7.3.3谐振法测量电容

7.3.4Q表的工作原理

7.4阻抗的数字化测量方法

7.4.1阻抗时间变换法测量阻抗

7.4.2阻抗电压变换法测量阻抗

本章小结

思考题

扩展阅读

随身课堂

第8章相位差测量技术

8.1概述

8.2用示波器测量相位差

8.2.1直接比较法

8.2.2椭圆法

8.3相位差的数字化测量

8.3.1相位时间变换式数字相位差计

8.3.2相位电压变换式数字相位计

8.4相位差测量系统的性能指标

8.5相位计的分类

本章小结

思考题

扩展阅读

随身课堂

第9章频域测量技术

9.1线性系统幅频特性的测量

9.2频谱分析仪概述

9.3扫频式频谱分析仪

9.4频谱仪的主要性能指标

9.5频谱仪的应用

本章小结

思考题

扩展阅读

随身课堂

第10章数据域测量技术

10.1概述

10.2逻辑分析仪

10.2.1逻辑分析仪的分类与特点

10.2.2逻辑分析仪的工作原理

10.2.3逻辑分析仪的应用

10.3测量新技术简介

10.3.1智能仪器

10.3.2虚拟仪器

10.3.3自动测试系统

本章小结

思考题

扩展阅读

随身课堂

附录A正态分布在对称区间的积分表

附录Bt分布在对称区间的积分表

参考文献

第3章CHAPTER 3

频率与时间测量技术

第3章频率与时间测量技术学习要点 了解时频测量的特点及测量方法；  掌握电子计数法测量频率的工作原理以及误差的来源；  掌握电子计数法测量周期原理、误差分析及削弱方法；  掌握中界频率的确定及应用；  掌握电子计数法测量时间间隔原理、误差分析及削弱方法；  掌握电子计数法测量上升时间的工作原理；  了解通用电子计数器的主要技术指标及功能；  了解谐振法、电桥法、频率电压法、拍频法、差频法及示波法的测量频率原理。

频率与时间测
量技术概述.mp4

3.1概述时间与频率是电子技术领域两个重要的基本参量，时间是国际单位制中七个基本物理量之一，频率是时间的导出量，在通信、航空航天、军事、医疗、工农业等领域都存在时频测量。目前，在电子测量中，时间和频率的测量精度是最高的。因此，时间与频率的测量在电子测量领域具有非常重要的地位，人们常把一些非电量或其他电量转换为频率或时间进行测量，以提高测量的准确度。3.1.1时频基准时间的单位是秒（s）。随着科学技术的发展，“秒”的定义曾做过三次重大的修改。1. 世界时（Universal Time，UT）最早的时间（频率）标准是由天文观测得到的，以地球自转周期为标准而测定的时间称为世界时（UT）。当地球绕轴自转一周，地球上任何地点的人连续两次看见太阳在天空中同一位置的时间间隔为一个平太阳日。1820年法国科学院正式提出：一个平太阳日的1/86400为一个平太阳秒，称为世界时的1s。这种直接通过天文观察而测定的时间称为零类世界时（UT0）。其准确度在10-6量级。后来，对地球自转轴微小移动（称极移）效应进行了校正，得到第一类世界时（UT1）。再把地球自转的季节性、年度性的变化校正后的世界时称为第二类世界时（UT2），其准确度在3×10-8量级。然而地球自转是不均匀的，为了得到更准确的均匀不变的时间标准，国际天文学会定义了地球绕太阳公转为标准的计时系统，称为历书时ET。并在1960国际计量大会上正式定义1900年1月1日0时起的回归年长度的31556925.974 7分之一为1s，这种秒称为历书时秒，同时规定86400历书时秒为1历书日。这是个不变的量，在理论上是一种均匀时标，但观测困难，过程复杂。而且不能立即得到，利用三年中对太阳和月亮的综合观测资料归纳计算才能得到10-9的准确度。
2. 原子时（Atomic Time，AT）为了寻求更加恒定，又能迅速标定的时间标准，人们从宏观世界转向微观世界，利用原子能级跃迁频率作为计时标准。1967年10月，第十三届国际计量大会正式通过了秒的定义： “秒是Cs133原子基态的两个超精细结构能级［F=4，mF=0］和［F=3，mF=0］之间跃迁频率相应的射线束持续9192631770个周期的时间”。以此为标准定出的时间标准为原子时秒。并自1972年1月1日零时起，时间单位秒由天文秒改为原子秒。这样，时间标准改为由频率标准来定义，其标准度可达±5×10-14量级，是所有其他物理量标准所远远不能及的。如今，铯原子钟的精度已达10-13~10-14量级，甚至更高，相当于数十万年乃至百万年不差1s。铯原子钟有大铯钟和小铯钟两种，两者的原理相同，大铯钟都是安置于专用实验室的频率基准，小铯钟则可作为良好的频率工作标准。氢原子钟亦称氢原子激射器。它是从氢原子中选出高能级的原子送入谐振腔，当原子从高能级跃迁到低能级时，辐射出频率准确的电磁波，可用其作为频率标准。氢原子钟的短期稳定度很好，可达10-14~10-15量级；但由于储存泡壁移效应等影响，其精度只能达到10-12量级。铷原子钟是一种体积小、重量轻、便于携带的原子频标，由于存在老化频移等影响，其精度约为10-11量级，只能作为工作标准。离子储存频标，亦称离子阱频标，该种频标存在的主要问题是储存的离子与残存气体碰撞产生的碰撞频移，以及由于储存的离子数量少而使信噪比较低等。预计离子阱频标的精度可达10-15~10-16量级，甚至更高。从基本原理和技术方案来看，离子阱频标的确有较大的发展潜力，可能成为未来的时间频率基准。
3. 协调世界时（Coordinated Universal Time，UTC）世界时和原子时之间互有联系，可以精确运算，但不能彼此取代。原子时只能提供准确的时间间隔，而世界时考虑了时刻和时间间隔。协调世界时秒是原子时和世界时折中的产物，即用闰秒的方法来对天文时进行修正。这样，国际上可采用协调世界时来发送时间标准，既摆脱了天文定义，又可使准确度提高4~5个数量级。现在，各国标准时号发播台所发送的就是世界协调时，其准确度优于±2×10-11量级。中国计量科学院、陕西天文台、上海天文台都建立了地方原子时，参加了国际原子时，与全世界200多台原子钟联网进行加权平均修正，作为我国时间标准由中央人民广播电台发布。实际上，高度准确的标准频率和时间信号主要通过无线电波的发射和传播提供给使用部门。按其载波频率可分为超高频、高频、低频和甚低频发播，分别由专用授时发播或导航台、电视台、通信卫星等兼任。1999年，人们基于近周期量级飞秒激光脉冲技术提出并实现了用超稳飞秒频率梳测量光频的崭新方法。2002年以来，由于飞秒光梳的研制成功和迅速推广应用，“光钟”成为国际计量科学发展的一个新热点，它以原子分子在光学波段的跃迁频率（10-14~10-15）为频率标准。光钟的建立，有望使人类在频率测量与实现方面的水平从10-18提高到10-22的量级，国际计量局时频委员会已计划在2020年用光钟替代原子钟。至此已明确，时间标准和频率标准具有同一性，可由时间标准导出频率标准，也可由频率标准导出时间标准，通常统称为时频标准。

你还可能感兴趣

我要评论