【正文】 還可利用差頻比較法測量頻率 ③比例比較：測頻率 fx=Nfs ；測周期 Tx=NTS 混頻器f Af BF=f fA B被測頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率混頻器Ff xf s零差指示= f x f s2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 92 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) ? 5. 相位比較 ——使用鑒相器 ? （ 1）用乘法器或相敏檢波器鑒相 c o s2x m s mo K U Uu ??K xyu xu su o = u x u s+_2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 93 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) ? （ 2）脈沖與數(shù)字式鑒相器 ? 觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖鑒相器 :RS觸發(fā)器或 D觸發(fā)器 ? 數(shù)字式鑒相器 :由相位比較器 （ 9個(gè)與非門 ） 和電荷泵組成 6. 數(shù)字比較 ? 二進(jìn)制的數(shù) N1和 N2加于異或門的輸入端 ， 即可進(jìn)行比較 數(shù)字比較器數(shù)字比較器數(shù)字比較器N1N2Q2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 94 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) ? [例 ] 差動(dòng)型電容式傳感器能把位移、壓力、振動(dòng)、液面位置等物理量的變化，可高分辨地轉(zhuǎn)換成兩個(gè)電容值之差值，即△ C=C1C2（ C1 C2一般很小，為幾皮法到幾十皮法），測量出△ C，即可測出其被轉(zhuǎn)換的物理量。 12012()2 CCUU CC?? ?交流放大器相敏檢波器低通濾波器交流信號源U oCC122022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 95 電子測量中的處理技術(shù) ? 信號運(yùn)算與處理是電子測量中的基本技術(shù) ? 淺層的信息處理 基本上屬于對信息的形式化關(guān)系所作的變換或處理，僅僅利用了語法信息的因素。例如，在測量交流電壓的平均值、峰值、有效值時(shí)，需要對信號進(jìn)行加、減、乘、除、平方、開方、平均、取絕對值、峰值等運(yùn)算與處理。 ? 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）的目的是為了要從原始信息中獲得相關(guān)的 “ 知識(shí) ” ? 運(yùn)算電路分為 模擬運(yùn)算電路和數(shù)字運(yùn)算電路 兩大類 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 96 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) 1. 基本模擬運(yùn)算 ? 運(yùn)算放大器輔之以不同的電路元件，可以組成諸如比例、加減、微分、積分、對數(shù)、指數(shù)和乘除等電路 ? （ 1）四則運(yùn)算電路 A 1u 2RR_+ A 2RR_+RRRU oRu 1u 3u 4R0 1 2 3 4U U U U U? ? ? ?2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 97 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) ? 指數(shù)和對數(shù)運(yùn)算電路則是利用二極管的電流與其端電壓在一定條件下存在的指數(shù)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。 /1 iTUUosU R I e?? 1l n ( / ) l no T i s iU U U R I k U? ? ? ?AU iDR 1_+R 2AU iR 1D_+R 2U o圖 220 指數(shù)電路和對數(shù)電路2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 98 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) ? 乘法運(yùn)算或除法運(yùn)算： ? 模擬乘法器：是新型集成器件，是利用晶體管的非線性特性。 對數(shù)對數(shù)加 法或減法指數(shù)U 1U 2U o12oU U U?? 12oU U U??2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 99 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) ? （ 2） 積分和微分電路 ? 運(yùn)算放大器外接電感和電容等儲(chǔ)能元件，則利用電路在時(shí)域中的過渡過程可形成積分電路和微分電路；利用其頻域特性則可構(gòu)成形形色色的濾波電路 Au iR 1u c_+CiAu i _+Ru oCR 1（ a ）基本積分電路 （ b ）基本微分電路21 11 ()to i ctU u d t u tRC? ? ??/oiu R C d u d t??2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 100 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) （ 3）有源濾波器 ? 按照頻譜分析的觀點(diǎn) ， 任何信號都是一些不同幅度和不同頻率的正弦信號的組合 。 ? 在被測信號中 ， 除了有用的頻率成分之外 ， 往往不可避免地含有一些無用噪聲的頻率成分 。 ? 濾波器的功能就是利用其頻率特性來保留有用的頻率成分 ， 削弱或消除無用的頻率成分 ， 即具有信號分離的功能 。 ? 分為低通 、 高通 、 帶通和帶阻等不同濾波器 。 AfAfAfAf2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 101 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) ? [例 ] 運(yùn)算與處理功能在電壓測量中的應(yīng)用 。 ? 計(jì)算公式 ? 第一級為模擬乘法器 ， 完成被測電壓的平方運(yùn)算；第二級為積分器 ， 完成平均運(yùn)算；第三級為開方器 ， 完成開平方根的運(yùn)算；最后一級為放大器 ， 按一定比例放大的直流輸出電壓去驅(qū)動(dòng)電表使電表 ， 按被測電壓的有效值進(jìn)行線性刻度 。 模 擬 乘法器 積分器 開方器 放大器 2 ()ut 201()Tu t d tT ? 201()Tu t dtT ? Uo x 201 ()TU u t d tT? ?2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 102 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) ? 基于數(shù)字邏輯電路的硬件方式： 利用現(xiàn)有的各種數(shù)字邏輯門、譯碼器、觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器、全加器等，以及各種 CPLD、 FPGA等可編程邏輯，組成各種數(shù)字邏輯的運(yùn)算與控制單元。 ? 基于微處理器和微型計(jì)算機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的軟件方式：通過軟件編程，可完成各種數(shù)字與邏輯的運(yùn)算。 ? 它不僅能完成常用的數(shù)學(xué)運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)運(yùn)算、FFT運(yùn)算等。運(yùn)算功能強(qiáng)、精度高、速度快、靈活性及抗干擾性強(qiáng)。 ? 再加之微機(jī)和單片機(jī)的邏輯運(yùn)算與控制功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代測試儀器系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化、虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化。 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 103 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) （ 1） 數(shù)字信號處理 （ DSP） 的基本內(nèi)容 ? 廣義來說 ， 數(shù)字信號處理是研究用數(shù)字方法對信號進(jìn)行分析 、 變換 、 運(yùn)算 、 濾波 、 檢測 、 估計(jì) 、 增強(qiáng) 、 壓縮 、 調(diào)制 、 解調(diào)以及快速算法的一門技術(shù)學(xué)科 。 ? 狹義來說也有人認(rèn)為：數(shù)字信號處理主要是研究有關(guān) ? 數(shù)字濾波技術(shù) ：把信號的有效信號提取出來 ， 抑制（ 削弱或?yàn)V除 ） 干擾或噪聲的一種處理 。 ? 離散變換快速算法： FFT ? 頻譜分析方法 : 主要使用頻譜分析儀和信號分析儀 ? 信號處理包括時(shí)域和頻域處理 。 時(shí)域處理中最典型的是波形分析 ， 示波器就是最常用的儀器 。 信號頻域處理主要指濾波 ， 主要使用頻譜分析儀和信號分析儀 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 104 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) （ 2） 數(shù)字信號處理的應(yīng)用 ? 測試信號處理 ? 語音信號處理 語音的識(shí)別 、 理解 、 合成 、 增強(qiáng) 、 數(shù)據(jù)壓縮 ? 圖像信號處理 圖像壓縮 、 解壓 、 增強(qiáng) 、 恢復(fù) 、 分割 、 識(shí)別 、 編碼和重建 ? 振動(dòng)信號處理 ? 地球物理信號處理 為了探測地下深處所儲(chǔ)藏的石油和天然氣以及其他礦藏 ， 通常采用地震勘探方法來探測地層結(jié)構(gòu)和巖性 。 即在一選定的地點(diǎn)施加人為的激震 ， 如用爆炸方法產(chǎn)生一振動(dòng)波向地下傳播 ， 遇到地層分界面即產(chǎn)生反射波 ， 在距離振源一定遠(yuǎn)的地方放置一列傳感器 ， 接收到達(dá)地面的反射波 。 從反射波的延遲時(shí)間和強(qiáng)度來判斷地層的深度和結(jié)構(gòu) 。 ? 生物醫(yī)學(xué)信號處理 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 105 電子測量中的顯示技術(shù) ? 測量結(jié)果必須通過顯示器件把各種電信號轉(zhuǎn)換成人們五官可直接感知的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、數(shù)字、文字、圖形、圖像等形式的信號顯示出來 ? ? （ 1） 指示式電工儀表的分類 用指針的偏轉(zhuǎn)來表示電量的儀表稱為指示式電工儀表 。 ? 按工作原理分類，可分為動(dòng)圈式、動(dòng)鐵式、電動(dòng)式、熱電式、靜電式、整流式和感應(yīng)式等。 ? 按準(zhǔn)確度等級分類，可分為 ， ， ， ， ， 7級。 ? 按用途分類，可分為電流表、電壓表、功率表、電能表、功率因數(shù)表、頻率表、相位表、兆歐表、電容表等 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 106 電子測量中的顯示技術(shù) (續(xù) ) （ 2）分度盤及標(biāo)記符 （ 3）指示式儀表的結(jié)構(gòu)原理 被測電流 I在可動(dòng)線圈中流過時(shí)產(chǎn)生電磁力 F，使可動(dòng)線圈以軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，由此產(chǎn)生 與電流 I成比例的驅(qū)動(dòng)力矩 Td，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，從儀表的標(biāo)尺分度讀數(shù)測得電流。 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 107 電子測量中的顯示技術(shù) (續(xù) ) 2） 電光顯示器件 ? （ 1） 發(fā)光二極管 （ LED） ? 利用正向偏置 PN結(jié)中電子與空穴的幅射復(fù)合發(fā)光 ， 發(fā)射出非相干光 ， 光譜較寬 ， 發(fā)散角大 ， 視角效果好； ? LED的發(fā)光顏色多 、 輝度高 ， LED的單元體積小 ， 電壓低 、驅(qū)動(dòng)電流小 ， 壽命長 。 ? ① 指示燈 ② 數(shù)字顯示器 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 108 電子測量中的顯示技術(shù) (續(xù) ) ? （ 2） 液晶顯示器 （ LCD） ? 液晶是一種具有光學(xué)雙射性的液體狀的晶體 ，液晶顯示器件在電信號驅(qū)動(dòng)下，控制其對入射偏光的反射或透射，實(shí)現(xiàn) LCD的顯示 ? LCD具有薄型、輕量、低功耗、低工作電壓等特點(diǎn) ? ① 數(shù)字 、 字符顯示 ? ② 平面顯示 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 109 電子測量中的顯示技術(shù) (續(xù) ) ? （ 3）陰極射線管（ CRT） CRT可分為電視用、顯示終端用及儀器儀表用幾種類型 2022/5/25 現(xiàn)代電子測量技術(shù) 110 本章小結(jié) ? 測量是測量主體通過比較的方法，對被測對象取得定量信息（即量值）的實(shí)驗(yàn)過程，是人類獲取信息的基本手段，是認(rèn)識(shí)客觀世界的主要工具。 ? 計(jì)量是為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致的一種測量。它具有統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性的三個(gè)主要特征。 ? 測量誤差的概念、來源，絕對誤差和相對誤差的定義和計(jì)算。 ? 測量是研究信息獲取的科學(xué)，它包括信息的感知和識(shí)別。 ? 測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的比較，分為直接比較、間接比較。 ? 測量的基本技術(shù)有：變換、比較、處理和顯示