【正文】 方向 2022/3/13 49 測(cè)量誤差的表示方法 （續(xù)） 實(shí)際相對(duì)誤差： 用實(shí)際值 A代替真值 A0 示值相對(duì)誤差： 用測(cè)量值 X 代替實(shí)際值 A 100%A xA? ???100%x xx? ???電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 50 測(cè)量誤差的表示方法 （續(xù)） （ 2） 滿(mǎn)度相對(duì)誤差 （ 引用相對(duì)誤差 ） ? 用測(cè)量?jī)x器在一個(gè)量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的 最大絕對(duì)誤差 與 該量程值 （ 上限值－下限值 ） 之比來(lái)表示的相對(duì)誤差 ， 稱(chēng)為滿(mǎn)度相對(duì)誤差 （ 或稱(chēng)引用相對(duì)誤差 ） 100%mmmxx? ???0mx||mx??||mx??AxAmxA? 儀表各量程內(nèi)絕對(duì)誤差的 最大值： m mmxx?? ? ?電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 51 測(cè)量誤差的表示方法 （續(xù)） 電工儀表就是按引用誤差 之值進(jìn)行分級(jí)的。 （ 1） 定義 ：由測(cè)量所得到的被測(cè)量值與其真值之差 ， 稱(chēng)為絕對(duì)誤差 。 ? 測(cè)量誤差 : ? 所有測(cè)量結(jié)果都帶有誤差 。 (8)量值的溯源性： 通過(guò)一條 具有規(guī)定不確定度 的不間斷的比較鏈 ， 是 測(cè)量結(jié)果 或 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 的值能夠與規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn) （ 通常是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ） 聯(lián)系起來(lái)的特性 。 計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn) 、 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具三類(lèi) 。 一個(gè)國(guó)家只有一個(gè) 。 ? 單位制： ? 為某種量制，按一定的規(guī)則確定的一組基本單位和導(dǎo)出單位。 洛克希德 ?1983年：光在真空中 1/299792458 s的時(shí)間間隔內(nèi)的行程 。 14世紀(jì)：愛(ài)德華二世：三個(gè)大麥粒的總長(zhǎng)度。 ?計(jì)量和測(cè)量相互配合，才能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 ? 計(jì)量的三個(gè)主要特征是 統(tǒng)一性 、 準(zhǔn)確性 和 法制性 。 ? III組： 惡劣的環(huán)境條件 ， 溫度－ 40～ +55oC， 相對(duì)濕度 90%（ 在 35oC上 ） ，允許頻繁的搬動(dòng)和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動(dòng) 。 特別是某些測(cè)量器具的量程廣 、 頻段寬 ， 而內(nèi)部的元器件數(shù)目甚多 ， 且對(duì)外界影響相當(dāng)敏感 ， 錯(cuò)綜復(fù)雜的影響量所產(chǎn)生的不良效應(yīng)有時(shí)會(huì)成為測(cè)量的嚴(yán)重問(wèn)題 。 ? ——測(cè)量人員 ? 手動(dòng)：由測(cè)量主體 （ 測(cè)量人員 ） 直接參與完成 。 信息的特征： 1. 信息是對(duì) 事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 和 運(yùn)動(dòng)方式 的描述，來(lái)源于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，不等同于物質(zhì)。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 10 測(cè)量的定義 （續(xù)） ?信息感知的原理： ? 通過(guò)感知系統(tǒng)與產(chǎn)生信息事物之間的相互作用，把源事物信息轉(zhuǎn)化為某種物理量形式表現(xiàn)的信號(hào)。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 6 測(cè)量的定義 ? 測(cè)量是為了 確定被測(cè)對(duì)象的量值 而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 3 ? 本章闡述測(cè)量了學(xué)科的豐富內(nèi)涵。 ? 第四部分 頻域測(cè)量 ， 重點(diǎn)討論頻域中的信號(hào)頻譜和網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)量 ， 介紹測(cè)量激勵(lì)信號(hào)源的基本工作原理 。 沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡就沒(méi)有天文學(xué)，沒(méi)有顯微鏡就沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，沒(méi)有指南針就沒(méi)有航海事業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 5 測(cè)量的意義 （續(xù)） ? 生產(chǎn)發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量 農(nóng)業(yè)社會(huì)中 ，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長(zhǎng)度、面積、容積和重量的測(cè)量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時(shí)間測(cè)量器具，并有了天文測(cè)量。 ? 例如故障診斷、無(wú)損探傷、遙感遙測(cè)、礦藏勘探、地震源測(cè)定、衛(wèi)星定位等。 ? 分析測(cè)量誤差并顯示測(cè)量出結(jié)果。 6. 信息可以傳輸。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 18 測(cè)量的基本要素 （續(xù)） 環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響 ? A. 環(huán)境對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響： 某些被測(cè)對(duì)象客體 （ 如器件 、 電路或系統(tǒng) ） 的 性能特性 對(duì)環(huán)境變化較為敏感或非常敏感 。 ? 儀器應(yīng)能盡量 適應(yīng)惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境 。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 22 1． 2 計(jì)量的基本概念 計(jì)量的定義和意義 為使在不同地方 、 用不同的手段測(cè)量同一被測(cè)量時(shí) ， 所得結(jié)果一致 ， 就要求統(tǒng)一的單位 、 基準(zhǔn) 、 標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量器具 。 ?計(jì)量的任務(wù)是確定測(cè)量結(jié)果的可靠性。 1 丈＝ 10 尺＝ 100 寸。 尺 ＝ …… 古典階段：身體 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 27 計(jì)量單位 ? 器具 與 現(xiàn)象 －計(jì)量學(xué)的開(kāi)始 米 metre： 1875年 5月 20日 “ 國(guó)際米制公約 ” ?1790年：巴黎會(huì)議約定：通過(guò)巴黎的子午線的四千萬(wàn)分之一 。 光頻標(biāo) ,原子噴泉：激光吸收鎖頻，激光冷卻與原子囚禁誤差可達(dá) 1015 長(zhǎng)度單位－米基準(zhǔn)： 光在真空中 1/299 792 458 s的時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)過(guò)的距離。 ? 美國(guó)火星氣候探測(cè)器（ 1998年）： 1999年 9月 23日： 1998年 12月美國(guó)發(fā)射的火星氣候探測(cè)器與地面失去聯(lián)系。 ? 國(guó)際單位制 詞頭 表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù) 。 ? 通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對(duì)日常工作儀器進(jìn)行檢定 ， 確定其量值的精確度大小 。 一般 要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的 1/3到 1/10。 而目前 銫原子鐘 的計(jì)時(shí)精確度在三百萬(wàn)年內(nèi)也不超過(guò) 1秒 。 （ 5） 測(cè)量對(duì)象變化誤差： 測(cè)量過(guò)程中由于測(cè)量對(duì)象變化而使得測(cè)量值不準(zhǔn)確 ， 如引起動(dòng)態(tài)誤差等 。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 47 測(cè)量誤差的表示方法 （續(xù)） （ 2） 修正值 與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等 ， 但符號(hào)相反的量值 ， 稱(chēng)為修正值 測(cè)量?jī)x器的修正值可以通過(guò)上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的檢定給出 ， 修正值可以是 數(shù)值表格 、曲線 或 函數(shù)表達(dá)式 等形式 。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 56 信息的概念 1． 客體的實(shí)有的信息 —— 客觀信息 ? 某事物客體所具有的信息，是指該客觀存在的事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式 的 自我表述 或 自我顯示 。 ? （ 3）具有目的性，因而能夠判斷信息對(duì)其目的而言的價(jià)值。 ? 傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)換的效應(yīng)可分為物理型 、 化學(xué)型和生物型三大類(lèi) 。 （ 1）比較 ——用已知量和未知量比較。 ? 智能包含信息、知識(shí)、策略和行為四個(gè)要素，具有獲取有用信息、由信息生成知識(shí)（認(rèn)識(shí)）、由知識(shí)和目的生成策略（決策）以及實(shí)施策略取得效果（施效）等四個(gè)方面的能力。 3. 以標(biāo)準(zhǔn)量確定儀器變換系數(shù) K 的刻度值，再對(duì)未知量進(jìn)行測(cè)量。 2. 正向通道中各環(huán)節(jié)的變化不影響儀器的輸出 y，精心制作 反向回路 是保證整個(gè)儀器精度的關(guān)鍵。 ? 特別適用于平衡對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置中，并通過(guò)交換法可檢查其對(duì)稱(chēng)性是否良好。 要求 低漂移 ! 結(jié)構(gòu)原理：差動(dòng)直接耦合式 、 調(diào)制式 （ 斬波穩(wěn)零 ） 和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類(lèi) 。 ? 電子測(cè)量?jī)x器輸入端具有很高輸入阻抗 ， 輸入跟隨器 則是實(shí)現(xiàn)了輸入通道從高阻到低阻的阻抗變換。 ② 差頻倍增法 ③ 用倍頻法減小測(cè)量誤差 。 ? 它可以把頻率上限擴(kuò)展到幾 GHz甚至幾十 GHz。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 93 (續(xù)） 4） 參量變換 （ 1） AVΩ 變換 ——電流 、 電壓 、 電阻之間的變換 ? 多用表中采用的 AVΩ 變換 ， 包括交流 /直流 （ AC/DC） 、 電流 /電壓 （ I/V）和電阻 /電壓 （ /V） 的轉(zhuǎn)換 ， 實(shí)現(xiàn)了交 、 直流電壓 、 電流 、 電阻等多種測(cè)量功能 。 解： ① 彈簧稱(chēng) ——把物體的重量變成了彈簧長(zhǎng)度的形變 ， 進(jìn)行了機(jī)械量到機(jī)械量的變換； ② 指針式直流電壓表 ——電壓的量值變成了電表指針偏轉(zhuǎn)角的大小 ， 進(jìn)行了電量到機(jī)械量的變換； ③ 示波器 把電信號(hào)的波形無(wú)失真地變換成了在熒光屏上光信號(hào)的波形 ， 進(jìn)行了電到光的變換 。 ④ 比值比較 ——它選擇某個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn) ， 將每次測(cè)量值除以參考值 ， 確定它們的相對(duì)大小 。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 101 電子測(cè)量中的比較技術(shù) (續(xù) ) （ 1） 電平比較 ? 兩個(gè)模擬電壓的大小的比較是用電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 （ a ）差動(dòng)型 （ b ）求和型 （ c ）比較特性_+u xu su o_+u xu s比較器u ou sux0xsuu?12xsRuuR??電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 102 電子測(cè)量中的比較技術(shù) (續(xù) ) （ 2） 差值型比較 采用能輸出模擬差值電壓的減法運(yùn)算放大器 。 ? 淺層的信息處理 基本上屬于對(duì)信息的形式化關(guān)系所作的變換或處理，僅僅利用了語(yǔ)法信息的因素。 ? 。 ? 深層信息處理 （特別是直接與優(yōu)化、決策、認(rèn)知等相聯(lián)系的信息處理）是為了要從原始信息中獲得相關(guān) “ 知識(shí) ” 。 （ 3） 比例型比較 具有 除法 或 比例運(yùn)算功能 的電路或部件 ， 也可完成被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較 。 ⑤ 量化比較 ——被測(cè)未知量與標(biāo)準(zhǔn)單位量比較 ， 確定它是該單位的若干倍或是若干分之一 。 ① 交流電流 /交流電壓的變換； ② 交流電壓 /直流電壓的變換； ③ 直流電壓的幅值變換； ④ 模擬 /數(shù)字的變換； ⑤ BCD碼 /七段碼的碼制變換； ⑥ 顯示器件的電 /光轉(zhuǎn)換 。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 94 (續(xù)） 能量變換是泛指其他多種形式的物理量與電學(xué)量之間的變換 。 （ 2） 限幅 把信號(hào)波形幅度限制在一定范圍內(nèi) （ 3） 微分 由矩形脈沖形成一個(gè)窄脈沖 。 1誤差將決定測(cè)量誤差 。 斬波的作用是對(duì)微弱的直流電壓進(jìn)行放大 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 89 (續(xù)） （ 3） 變頻 （ 混頻 ） ? ① 進(jìn)行頻率的加減運(yùn)算 。 ? 衰減器 ——用來(lái)降低測(cè)量系統(tǒng)中的信號(hào)電平 用途：使大的信號(hào)進(jìn)入儀器的測(cè)量范圍 ， 或者通過(guò)降低信號(hào)電平來(lái)控制失真 ， 或改進(jìn)阻抗匹配 ， 或?qū)π盘?hào)源去耦等 。 ? 量值是指電壓 、 電流 、 功率 、 阻抗 、 時(shí)間等電參量的幅值大小 。 K1 K2 Kn β 1 β 2 β n y △ x xy x Y=(1/β )x 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 78 基于差值示零的直接比較法 （續(xù)） ? 跟蹤反饋比較式 A/D轉(zhuǎn)換原理 時(shí)鐘發(fā)生器 時(shí)鐘 加 /減計(jì)數(shù)器 D/A 轉(zhuǎn)換器 基準(zhǔn)電壓 er ＋ － 數(shù)字顯示器 ux us=Ner N 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 79 減少誤差的復(fù)合式比較 為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，在比較中可采用各種減小測(cè)量誤差的方法，如 微差法 、替代法 、 對(duì)照法 。 電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 71 基于比例變換的間接比較法 （續(xù)） （ 2）間接比較方法 ： ? 步驟為①校準(zhǔn) ②測(cè)量 （a ) 測(cè)零點(diǎn)值非電－電變換 K1主體電－非電變換 K3電－電變換 K2傳感器 變換電路 顯示器（b ) 測(cè)標(biāo)準(zhǔn)量非電－電變換 K1主體電－非電變換 K3電－電變換 K2傳感器 變換電路 顯示器（c ) 測(cè)未知量非電－電變換 K1主體電－非電變換 K3電－電變換 K2傳感器 變換電路 顯示器0?x0ysyxysx ?xxs電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)微電子方向 2022/3/13 72 間接比較方法 （續(xù)） ? 校準(zhǔn)： ? 零位校準(zhǔn) －－－硬件上利用零位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)零；軟件上通過(guò)算法程序扣除非零數(shù)值。 測(cè)量是通過(guò)比較來(lái)取得一個(gè)定量的認(rèn)識(shí) 基于比例變換的間接比較法 （ 偏轉(zhuǎn)法 ） （ 1） 三種類(lèi)型的子變換： ? ?3 2 1[ ( ) ] ( )y f f f x f x??電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)