西北工业大学电子测量复习资料

电子测量复习资料第一章绪论一.基本概念1. 测量：测量就是利用实验手段，借助各种测量仪器量具，获得物理参数量值的过程2. 电子测量：泛指以电子测量设备或电子技术为基本手段的一种测量技术。它是测量学和电子 学相互结合的产物。电子测量分为电磁测量和电量测量。电磁测量：指交直流电量的指示测量法和比较测量法以及磁场参数等。电量测量：指以电子技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为手段对电量和非电量进行的测 量。分为：电信号能量测量。电信号特性测量。电路元件参数测量。电子设备性能测量。数字原 件和微机系统的数据流测量。微电子测量。集成电路测量，集成电路板测量。3. 智能仪器:人们习惯把内含微型计算机和 GPIB 的仪器称为智能仪器，以区别于传统的电子仪 器.4. 虚拟仪器:通常是指以计算机为核心的，由强大的测试应用软件支持的具有虚拟仪器面板，足 够的仪器硬件及通信功能的测量信息处理系统.二.分类与特点1. 电子测量的特点？测量频率范围宽。仪器量程范围宽。测量准确度高低相差悬殊。测量速度 快。易于进行遥测。显示方式清晰直观。易于实现测试智能化和测试自动化。易于实现仪器小型 化。影响因素众多，误差处理复杂。2. 电子测量的方法？按测量手续分类：直接测量；间接测量；组合测量。按测量方式分类：偏 差式测量；零食是测量；微差式测量。按被测量性质分类：时域测量；频域测量；数据域测量； 随机变量的测量。3. 智能仪器的特点？使操作自动化。具有对外接口功能。能实现“硬件软化”。具有很强的自测 试与自诊断技术。4. 智能仪器的组成？主要与一般的计算机的区别:多一个”专用的外围设备”测试电路.5. 计量与测量的区别？计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量 是测量的基础和依据。6. 仪器和测试技术应用.智能仪器;GPIB总线为主的台式仪器;ISA/PCI总线为主的个人仪器;VXI总线为主的模块式仪 器。7偏差法、微差法等测量原理和特点？ 偏差法：用仪器仪表指针的位移表示被测量大小的测量方法。优点简单方便。 零式法：测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等，从而获得被 测量。特点测量精密度高，测量速度慢。微差法：通过测量待测量与标准量之差来得到待测量量值。特点准确度高，测量速度快。8计量、对比、检定、校准各指什么?计量：利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量时测量的基础和依据。对比：在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器具之间的量值进行比 较，其目的是考核量值的一致性。检定：使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。校准：指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，已确定被校计量器具的示值误差的全 部工作。9. 如何进行量值正确传递的?测量仪器量具制造完毕时，必须按照规定的标准进行校准，该标准 又要定期的用更高等级的标准进行鉴定，一直到国家级工作基准，如此逐级进行传递。基准：主基准。副基准。工作基准。10. 测量仪表的主要性能指标？ 精度：精度指测量仪器的读数或测量结果与被测量真值相一致的程度 精密度：指仪表指示值的分散性。正确度：指仪表指示值与真值的接近程度。 准确度：准确度是精密度和正确度的综合反映。11. 虚拟仪器是一种软件面板意义上的一起，通常是指以计算机为核心的，有强大的测试应用软 件支持的，具有虚拟仪器面板，足够的仪器硬件及通信功能的测量信息处理系统。12简述测量方法的选择原则。如何获得准确的测量结果? 必须根据不同的测量对象、测量要求和测量条件，选择正确的测量方法，选择合适的测量仪器构 成实际测量系统，进行正确细心的操作，才能得到理想的测量结果。13. 简述直接测量、间接测量、组合测量的各自特点。 直接测量：指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。特点测量过程简单迅速。 间接测量：指利用直接测量量与被测量之间的函数关系间接得到被测量量值的方法。特点费时费事常在直接测 量不方便或间接测量的结果较直接测量更为准确，或缺少直接测量仪器等情况下使用。组合测量：当某测量参数需用多个未知参数表达时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知参 数建的函数关系列出方程，得到未知量。14. 简述电子测量仪器的主要功能和主要技术指标。 主要功能：物理量变换。测量信号（或信息）传输。测量结果显示等。 主要技术指标：精度（精密度，正确度，准确度）。稳定性（稳定度，影响量）。输入阻抗。灵敏度。线性度。动态特性。15. 影响量？是由于电源电压、频率、温度、湿度、气压等外界条件变化而造成仪器表示值的变化量，也成为影 响微差。16. 分辨力：在最低电压量呈上末位一个字所对应的电压值。分辨率：指测量仪表所能显示的最小数字与最大数 字百分比。第二章.测量误差及测量结果处理一.基本概念1. 测量的基本参数有哪些?真值A0。指定值As。实际值A。标称值。测量值（示值）。测量误差。 单次测量和多次测量。等精度测量和非等精度测量。真值：指规定的条件下，一个物理量所呈现的客观大小或真实数值。 指定值：计量基准的决定针织，具有较高的精度。实际值：每一级比较中，都以上一级所体现的值当做准确无误的值。 标称值：测量器具上标定的数值。测量值：有测量器具测得的值。 测量误差：测量仪器仪表的测得值与被测量真值之间的差异。2. 等精度测量：指在保持测量条件不变的情况下对同一被测量进行的多次测量的过程。等精度测 量的测量结果具有同样的可靠性。测量条件不变包括所有对测量结果产生影响的客观和主观因素 都不变。如测量中使用的一起、方法，测量环境，操作者的操作步骤和细心程度等。 非等精度测量：在对同一被测量的多次重复测量中，不是所有测量条件维持不变。3. 误差的两种表示方法:绝对误差 （x=x-A0，A0 为真值）和相对误差.4. 相对误差(1).实际值相对误差：ya= (x/A)xlOO% (绝对误差Ax与被测量实际值A的比值).指示值相对误差：Yx= (x/ x)x100% (绝对误差Ax与被测量的测试值x的比值) 工 程中常采用此法.(3).满度值相对误差：Ym= (xm/ xm)x100% (仪表内某量程内最大绝对误差xm满刻度值 xm 之比)分贝误差：电压，电流等增益类参数的分贝误差：YA=201g(1+Y) 功率类参数的分贝误差：Ya =10lg(1+Y)5我国的电工仪表准确度等级的分级：准确度等级S是按满刻度相对误差Y分级的，共分七级， 0.1， 0.2， 0.5， 1.0， 1.5， 2.5， 5.0 级。例如 S=0.5 级的电表表示其满度相对误差为0.5%。对于某一量程xm是常数，Ym实际上表征的是某量程的绝对误差最大值，即:x m =Ym xm6. 测量误差的来源？仪器误差；仪器使用误差；操作者的人身误差；测量条件的影响误差；测量方法误差。7. 容许误差？指工作误差，固有误差，影响误差和稳定误差等四项指标。8. 误差的分类：系统误差、随机误差、粗大误差. 系统误差：在测量条件不变或某些条件按一定条件变化时，多次等精度重复测量同一量时，误差 的绝对值和符号都保持恒定，或在某一条件改变时，误差按某种规律变化。随机误差：指对同一物理参量进行多次等精度测量时，其绝对值和符号均以不可预订的方式无规 则变化的误差。随机误差具有对称性，有界性，抵偿性。粗大误差：指在一定测量条件下，测得值明显的偏离实际值所形成的误差。(有可能是系统误差， 也可能是随机误差，或者是二者的合成)。9. 误差处理：先剔除粗大误差，再消除系统误差，然后在进行随机误差处理。10. 准确度、精密度、正确度的概念准确度是精密度和正确度的综合反映，准确度高说明精密度和正确度都高，也就意味着系统误 差和随机误差都小，既测量结果的可信赖度高。11. 如何判断在系统中有变值系统误差?可以绘制剩余值误差曲线进行观察。12. 消除系统误差典型技术？零示法。替代法。补偿法。对照法。微差发。交叉读数法。 13误差等作用分配、误差等精度分配、误差合成？ 等作用分配：指分配给各项的误差虽然树枝不一定相等，但各分项误差对总测量结果的影响程度 相等。等精度分配：指分配给各分项的误差值相等。14.非等精度测量数据常用处理方法的处理原理？ 对费等精度测量数据的处理常用的方法是按数组的加权处理。第三章信号发生器一.基本概念1. 信号发生器的用途：提供测试用电信号的装置，统称为信号发生器，用在电子测量领域，也称 为测试信号发生器。2. 信号发生器的原理框图？调制器，振荡器，变换器(上加电源)，输出级，指示器3. 信号发生器的三个性能指标：频率特性，输出特性，调制特性。4. 差频式振荡器的框图以及其优缺点？框图：两个可变频率振荡器，混频器M,低通滤波器LPF,放大器，输出衰减器，输出。优点:容易做到在整个低频段内频率可连续调节而不用更换频段，输出电平也较均匀，所以常 用于扫频振荡器中。缺点:电路复杂，频率准确度，稳定度较差，波形失真较大。5. 射频信号发生器（也称高频信号发生器）分类：调谐信号发生器，锁相信号发生器，合成信号发生器（频率合成的方法分为直接合成法和间 接合成法）。6. 锁相信号发生器的原理框图。基准晶振鉴相器低通滤波器压控振荡器鉴相器。最重 VCO 频率输出稳定度就是由晶振频率 f1 决定的 其中鉴相器的作用是输出端电压随其两个输入信号的相位差改变。7. 间接合成法工作原理框图。晶振分频n2PD鉴相LPEVCO分频nl鉴相器LPF8. 间接合成法中 f 怎么样来确定.f=（ nl/ n2） f0 。 nl 为压控振荡器的输出频率 f 的 nl 次分频， n2 为晶振输出频率 f0 的 n2 次分 频。二.简述1扫频信号发生器的用途扫频信号发生器（扫频振荡器）是一种输出信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦 信号发生器，它是频率特性测试仪的核心，主要用于扫频信号源和直接测量各种网络的频率响应 特性。第四章示波器及示波测量一.基本概念1. 示波器:是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程的电子测量仪器。最普遍应运最广泛的时域测 量仪器。示波器的触发极性不是指触发信号本身的正负，而是指触发的前沿和后沿。示波器的组成： Y 通道， X 通道， Z 通道，示波管，幅度校正器，扫描时间校正器，电源。 示波器的主要技术性能：频率响应。偏转灵敏度。扫描频率。输入阻抗。示波器的瞬态响应。扫 描方式。2. 关于示波器探头的说明: 探头里有一可调小电容C（补偿电路），可调C来观察高频电路成窄脉冲。 每个探头对应一个示波器，所以探头不能互换。 有源探头是探头内有一个场效应源极跟随器，同时具有高输入阻抗和屏蔽性。 一般采用分压比 10:1 的分压器，此时分压器不会引入被测信号的失真。3. 延迟线的作用：使通过 Y 通道的信号延时，以便使 X 通道的扫描信号同步，从而能显示完整 信号的起始部分波形（对延迟线准确性要求不高，但延迟应稳定。 ）。4. 示波器扫描类型：线性时基扫描分为：连续扫描方式和触发扫描两类。5. 对示波器的瞬态响应的说明: 瞬态响应指标在相当大的程度上决定了示波器所能观测到的脉冲信号的最小宽度。通常可用tfB=350公式估算，其中tr （ns）为上升时间；fB （MHZ）示波器带宽。6. “段续”工作状态更适合输入信号频率较低时使用。7. 取样示波器常用于显示 1GHz 以上的高频周期信号。将高频（1GHz以上）的重复性的周期信号，经过非实时取样，变换成低频的重复性的周期信号， 再运用通用示波器的原理进行现实和观测的示波器成为取样示波器。8. 高速示波器的几个关键部件？高速示波管， Y 轴宽带放大器，高速时基发生器。二.简述1. 示波器中Z轴电路的作用：Z轴电路在时基发生器输出的正程时间内产生加亮（增辉）信号加到示波器控制栅极上，使得示波管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。2. 连续扫描和触发扫描的区别?哪种更适合观测脉冲波形? 连续扫描是在扫描电压的作用下，示波管光点在屏幕上作连续重复周期的扫描，且屏幕上不管有无 Y 通道都有一条时间基线。触发扫描是扫描发生器平时处于等待工作状态，只有送入触发脉冲是才产生一次扫描电压，在 屏幕上扫出一个展宽的脉冲波形，而不显示出时间基线。用触发扫描更适合观测脉冲波形。3. 双踪示波器与双线示波器有何不同? 双踪示波器的输出信号在电子开关的控制下，交替通过 Y 通道加于示波管的同一对垂直偏转板，当工作在交替方式时，需两次扫描才能显示两个波形。而双线示波器的两个通道是完全独立 的，并且两个偏转系统可以用不同的时基发生器。双踪示波器可以进行如下测量：电压测量，时间测量，频率测量，相位测量，波形观察。 4数字存储示波器的采样频率如何确定？最高采样速率：指单位时间获取被测信号的采样点数。 在DSO中采样速率可以根据示波器的时基因数Dx （t/div）进行选择，当t/div确定之后，采样速 率fs=n/t，其中n为每格的采样点数。最高采样速率fsmax相应于示波器最快扫描速度档位。5. 数字存储示波器的主要部件是什么？高速模数（A/D）转换器。存储器。控制系统。6. 释抑电路位于 X 通道，作用是用来保证每次扫描都开始在同样的起始电平上。7. 数字存储滤波器为什么没有模拟存储滤波器的带宽宽？ 因为在数字存储示波器中输入信号经 A/D 量化之后才能传到 RAM， D/A 及 Y 放大器最后才显示 在这一过程中存在死区时间。而模拟存储示波器中经 A/D 量化后的信号直接接在荧光屏上，不存 在死区时间。8. 死区时间：在 DSO 的工作过程中有很长时间不能进行采集，这就是所谓的死区时间。第五章时间，频率的测量一. 基本原理及框图1. 电子计数法测量频率 画出测频原理框图（P109）并说明原理。框图：三部分组成。计数脉冲形成电路（放大整形，主门（与门），时基 T 产生电路（晶振， 分频整形，门控（双稳），计数及显示电路（计数器，控制（逻辑），译码器，显示器）。原理：是以比较法为基础的，它将被测信号频率 fx 和已知时基信号频率 fc 相比，将相比的结 果以数字的形式显示出来。 误差：脉冲计数误差、闸门时间误差。2. 电子计数法测量周期 画测量周期原理框图（P113）并说明原理。 框图：计数脉冲形成电路（晶振，倍频整形主门），闸门产生电路（放大整形，闸门（双稳）计数及显示电路（控制（逻辑），计数，译码器，显示器）。原理：被测信号经过放大整形之后，形成控制闸门脉冲信号，其宽度等于被被测信号的周期Tx,标准频率脉冲信号通过闸门形成计数脉冲，送至计数器，计数结果可直接表示为Tx的值。 误差:量化误差（脉冲计数误差）；标准频率误差（闸门时间误差）；触发误差。 触发误差：在测量周期时，被测信号经放大整形后作为时间闸门的控制信号，因此噪声将影响门控信号（即Tx）的准确性，造成触发误差。二. 简述1. 中界频率:使用计数法测频与计数法测周期测量同一个信号时，两种方法引起的测量误差相等 时的被测信号频率，记为f0.（关于中界频率的计算见书P119）。若被测信号的频率低于f0时，用测 周期的方法，精度高；被测信号的频率高于 f0 时，用测频率的方法精度高。2. 其他测量频率的方法 直读法测频:电桥法测频;谐振法测频;频率一电压转换法测频； 比较法测频:拍频法测频;差额法测频;用示波器测量频率和时间间隔.第六章相位差测量（与第五章基本相同，不做特殊要求） 相位差测量的误差:量化误差（脉冲计数误差）；标准频率误差（闸门时间误差）；触发误差。 简介几种数字信号处理相位差测量原理。第七章电压测量主要内容：1. 电压测量:电压测量是电子测量的基础，在电子电路和设备的测量调试中，电压测量是最基本的 测量.2. 电压测量仪器的分类 按显示方式分:模拟电压表和数字电压表. 数字电压表按功能分:直流数字电压表和交流数字电压表.交流数字电压表（按 AC/DC 变换原理分）:峰值交流数字电压表，平均值交流数字电压表和有效值数 字电压表.3. 电子电压表 采用了提高输入阻抗和测量灵敏度的电子器件的电压表。 原理及原理框图.框图：FET源极跟随器。直流放大器。 集成运放电压表原理及框图框图：分压器及FET跟随器4. 交流电压的测量方法 基本原理:利用交流/直流转换电路将交流电压转换为直流电压，然后再接到直流电压表上进行 测量，其中根据 AC/DC 转换类型有检波法和热电转换法。 模拟电压表的主要类型:检波-放大式（测高频信号）;放大-检波式（测低频，视频信号）;调制式;外差 式;热偶变换式。5. 低频交流电压表定义：测量低频（1MHZ以下）信号电压的电压表称做交流电压表或交流毫伏表 采用电路：放大-检波方式电路 采用检波器：平均值检波器或有效值检波器 构成电压表：均值电压表和有效值电压表6. 高频交流电压表 采用电路：检波-放大方式电路 采用检波器：多采用峰值式检波器 构成电压表：峰值式电压表测量电压时，为什么要进行“波形换算”？ 由于交流电压表是以正弦波有效值定度的，如果被测信号是非正弦波形，那么需要进行“波 形换算”以消除波形误差，即电压表指示值和被测信号的具体波形，推算出被测信号电压真实 数值。注若用均值电压表测量任意波形电压，则任意波形电压有效值的计算公式为:U=0.9Kfx Ua （Ua 为电压表示值）。若用峰值电压表测量任意波形电压，则任意波形电压有效值的计算公式为: U=1.414/K峰值/U有效XUa （Ua为电压表示值）。 波形因数Kf=U有效/U均值和波峰因数Kp=U 试推导出波形修正有效公式均值。 真有效值电压表的突出优点是输出示值就是被测电压的有效值，而与被测电压的波形无关。6. 脉冲电压测量 方法:利用示波器和利用脉冲电压表。 示波器测量脉冲电压又有直接测量法和比较测量法（误差比直接小）两种。 用脉冲电压表测量：脉冲保持型电压表原理及框图（P170）补偿式脉冲电压表原理及框图（P170）；高压脉冲电压表。7. 数字电压表 直流数字电压表原理及框图：时钟发生器，逻辑控制电路，输入电路， A/D 变换，译码器，显示。 数字多用表原理及框图：UxAC/DC, lxI/V, RxQ/V,直流数字电压表线性检波器的原理电路图（P173）。8真有效值电压及电平转换电路 真有效值是从有效值定义式求出的，对任何波形都适用。 真有效值数字仪表的四大特点:准确度高，响应速度快，测量面广，显示直观。9. 噪声测量：要采用有足够宽的频带的有效值检波的电压毫伏表测量。10. 推导峰值检波测量电压的波形修正公式？答：峰值检波时，U表示值=KU峰，电压表以正弦波电压有效值定度u正效（示值广K正U正峰，K正“正效=表示值/ U正峰=1/ 根号2。任意波形的波峰系数K任波峰系数“任效心任峰，U任峰=U任效/K任峰形系数，根据峰值相等U任峰=U正峰，显示电压相等，得U任效=U任峰/K任波峰系数=根号2*U示值/K任波峰系数。11. DVM 根据 A/D 变换分为，比较型，积分型，比较积分型。12. 为什么需要波形校准？如果被测电压是非纯正的正弦波而又没有或不能进行波形换算，波形误差为主要误 差。为了减小这种误差，就需要进行波形校准。第八章阻抗测量一.简述1. 在阻抗测量中，为什么必须按实际工作条件进行?在阻抗测量中，测量环境的变化、信号电压的大小及其工作频率的变化等，都将直接影响测 量的结果，尤其是实际工作频率是主要考虑因素。2. 阻抗测量的常用方法有：伏安法、电桥法、谐振法和矢量法。其中伏安法只适用在低频且对测 量精度要求不高的情况下。3. 在实际电路中， R、C、L 存在着分布电容、引线电感和损耗，并非是单纯的元件，通常表现出 含有电阻、电感和电容三个参量。4. 电桥法测量阻抗时，为什么至少要有两个可调元件?电桥平衡必须满足模和相位两个条件。相对臂的阻抗模乘积必须相等（模平衡条件）和相对臂 的阻抗角之和必须相等（相位平衡条件）。5. 两种调节电桥平衡的方法（P202）法一:先调 B 的虚部，再调 B 的实部，两次可将电桥调节到平衡，电桥收敛性好. 法二:用两个电阻调，收敛性较好.但由于制造可调的精密电阻比制造可调的精密电感要容易， 而且体积小，价格低廉，因此仍常常被采用.6. 变量器电桥 原理与电路图（P205） 特点：a）变量器电桥的电压比唯一地取决于匝数比，而匝数比也可以做的很准确，也不受温度，老化等因素的影响。b）变量器电桥的收敛性好，对屏蔽的要求低，广泛应用于高频阻抗测量。7. 感应耦合比例臂电桥电路图（P206）.8. 为什么交流电桥的信号源是频率稳定的正弦波?当信号源的波形有时真时，电桥的平衡将非常 困难，电桥平衡仅仅是对基波而言。9. 谐振法测量阻抗的原理，优缺点，改善措施原理：利用LC串联电路和并联电路的谐振特性来进行测量。有点10. Q表原理及改善措施（P210-211）.11. 自由轴法的测量原理及框图（P221）. 原理：自由轴法不是把复数阻抗坐标轴固定在某一个特定的矢量电压的方向上，而是采用自由坐 标轴，参考信号电压可以不予任何一个被测电压的方向相同，但应与被测电压之一保持固定的相 位差，且在整个测量过程中保持不变。框图：前端电路，相敏检波器，A/D转换器，CPU，自由轴坐标发生器。12. 智能化 L、C、R 测量仪的核心是微处理器，简介原理。第十章测试信号分析1. 测试信号分析：是通过仪器及分析处理程序客观全面地反映被测信号在时域、频域及调制域的 各种特性。2. 频谱分析仪分为两大类： 模拟式分析仪：以模拟滤波为基础的。 数字式分析仪：以数字滤波或快速傅立叶变换为基础的，特别是 FFT 算法及专用数字信号处理 器（DSP）。3. 两种分析频谱的方法:模拟滤波式频谱分析和计算法频谱分析。 （注意了解常用的频谱分析仪）4. 熟悉数字频谱分析仪分辨力等技术参数，正确选用仪器。有哪些措施提高谱分析的性能？第十一章数据域测量1. 电子测量涉及的三大测试领域：时域测量、频域测量和数据域测量。2. 数据域测试的研究内容就是研究数字系统和计算机系统的软件和硬件测试，即数字系统故障诊 断的理论和方法。3. 数字域测量的穷举法测试概念，有什么优缺点?（P263）4. 逻辑笔用于简单逻辑电路中。5. 何谓伪穷举测试法？（ P263）6. 数字信号发生器是数据域测试中的一种重要测试仪器，作用是产生数据源。7. 逻辑分析仪分为：逻辑状态分析仪（用于系统软件测试）和逻辑定时分析仪（用于硬件测试）。 它们的主要区别：取样方式和显示方式。第十二章 自动化测试技术1. 简介智能仪器？虚拟仪器？网络化测试系统？2. 了解 GPIB、1533B、VIX、PXI、CPCI 测试总线及相关模块，学会构建专用的测试系统。3. 了解Lab View、Lab CVI、工控组态软件等开发编程工具。