电子测量技术基础-第1章-1

E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础电子测量技术基础第一章1E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础教学目的•通过本课程的学习，使学生掌握测量误差的基本理论和数据处理方法；•掌握主要物理量(电压、频率、时间等)、元件参数的基本测量原理和测量方法；•熟悉常用测量仪器（示波器、信号源、计数器、频谱仪、扫频仪等）的工作原理和操作使用；•对现代电子测量新技术有一定的了解；•初步具备在科学实验中具有制订先进、合理的测量和测试方案，正确选用测量仪器，严格处理数据，以获得最佳测试结果的能力。2E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础课程要求–知识目标•掌握近代电子测量的基本原理和方法。•掌握测量误差分析和测量数据处理方法。•熟悉常用电子测量仪器的应用技术。•掌握正确选用测量仪器的基本方法。–能力目标•能够制订先进、合理的测量和测试方案。•能够正确选用测量仪器。•能够正确处理测量数据。3E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•本章阐述了测量学科的丰富内涵。•介绍测量、计量的基本概念，即它们的意义、内容、特点及应用。•讨论测量原理、测量方法和测量系统中的共性问题。•分别从信息获取的广义概念和量值比较的狭义概念上，阐述测量的基本原理；第1章绪论E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.1测量的意义–日常生活中处处离不开测量–科学的进步和发展离不开测量，离开测量就不会有真正的科学。没有望远镜就没有天文学，没有显微镜就没有细胞学，没有指南针就没有航海事业E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)–生产发展离不开测量•农业中，需丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。•现代化的工业生产中，处处离不开测量例如，一个大型钢铁厂需要约2万个测量点–在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量•例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。6E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)–哈勃太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜–它全长12.8米，镜筒直径4.27米，重11吨–由三大部分组成，第一部分是光学部分，第二部分是科学仪器，第三部分是辅助系统，包括两个长11.8米，宽2.3米，能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板，两个与地面通讯用的抛物面天线。7E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)8太空中的“哈勃”望远镜E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)9太空中的“哈勃”望远镜E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)–科学上的成就•哈勃帮助解决了一些长期困扰天文学家的问题，而且导出了新的整体理论来解释这些结果。•哈勃也被用来改善宇宙年龄的估计，宇宙的未来也是被质疑的问题之一。•由哈勃提供的高解析光谱和影像很明确的证实了盛行的黑洞存在于星系核中的学说。•哈勃所获了苏梅克-列维九号彗星在1994年撞击木星的影像，并且很幸运的对估计数个世纪才会发生一次的彗星碰撞木星的动力学事件，提供了关键性的学习机会。它也被用来研究太阳系外围的天体，包括矮行星冥王星和厄里斯。10E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)“哈勃”太空望远镜拍摄的一张照片11E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)“S”状的神秘星云12E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)NASA公布“哈勃”拍的“草帽”星系照片13E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)发现一颗新恒星14E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)高质量火星全身照15E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)哈勃捕捉到“宇宙焰火”16E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)哈勃捕捉到一个汉堡星17E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)一颗“垂死”的星体周围围绕着梯状结构的星云18E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•1.1.1测量的意义(续)一银河系的星星光环19E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.2测量的定义(狭义)–测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。–在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。测量结果＝测量数值.测量单位，即：0}{xxxE-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.2测量的定义(续)–测量的内涵•①测量目的：从被测对象取得一个定量的认识；•②测量对象：被测客体中的相应的量值信息；•③测量过程:通过实验去认识对象的过程•④测量方法：比较；A.直接比较B.间接比较；C.需要测量仪器；•⑤测量标准：同类已知单位。•⑥测量结果：最终能表示给测量主体(人)E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.2测量的定义(续)图1－1测量的比较原理(a)天平直接比较（b）弹簧称间接比较被测物体的重量等于标准砝码的重量被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.2测量的定义(广义)–广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。•例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。–而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。–广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素–1.测量的基本要素•被测对象•测量仪器•测量技术•测量人员•测量环境被测对象测量人员测试仪器系统信息显示感知和识别E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)对象属性影响影响影响测量策略、算法数据状态参数命令被测信息原理方法被测对象仪器系统测量人员测量环境激励信号选择仪器决定方法图1-1测量的基本要素E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)–2.测量过程——基本要素之间的互动关系•论证阶段测量的主体(测量人员)根据测试任务的要求、被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况，拟定合理的测试方案。•设计阶段①选择测试仪器，组建测试系统。②制定出测试策略(测量算法)和操作步骤(测试程序)•实施阶段①对仪器和系统实施测试操作(发控制命令)，按照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据;②分析测量误差并显示测量出结果。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)执行测量操作测试数据处理测量结果显示结束设置仪器工作参数实施阶段被测对象设计阶段测量任务要求组建测量系统需求分析拟定测量方案现有仪器设备选用测量仪器（测试硬件平台）决定测量技术（测试软件平台）完成仪器互连拟定测量步骤开始论证阶段E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)–3.被测对象——信息•广义的测量是信息的获取–4.测量仪器系统——量具和仪器•测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等–5.测量的主体——测量人员•手动：由测量主体(测量人员)直接参与完成•自动：测量主体交给智能设备完成–6.测试技术•测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测试技术E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)–7.测量环境•测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。•测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量(工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等)的数值、范围及其变化。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)–环境对测量的影响•A.环境对被测对象的影响：某些被测对象客体(如器件、电路或系统)的性能特性对环境变化较为敏感或非常敏感，因此，原则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进行。•B.环境对仪器系统的影响：环境可能直接或间接地影响到仪器系统本身的某个工作特性，进而影响测量结果，造成测量误差。特别是某些测量器具的量程广、频段宽，而内部的元器件数目甚多，且对外界影响相当敏感，错综复杂的影响量所产生的不良效应有时会成为测量的严重问题。•C.环境对测量人员的影响：高温、严寒、潮湿、闷气、嘈杂、照明不适当等不良工作环境，会对测量人员的身心产生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)–环境对测量的影响•应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。•恒温、恒湿、稳压和防震。•抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。•仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.1测量的基本概念•1.1.3测量的基本要素(续)–仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：•I组：良好的环境条件，温度+10～+35oC，相对湿度80%(在35oC上)，只允许有轻微的振动。•II组：一般的环境条件，温度－10～+40oC，相对湿度80%(在40oC上)，允许一般的振动和冲击。•III组：恶劣的环境条件，温度－40～+55oC，相对湿度90%(在35oC上)，允许频繁的搬动和运输中受到较大的冲击和振动。I组——高精度计量用仪器II组——通用仪器III组——野外、机载等仪器E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1.2计量的基本概念•1.2.1计量的定义和意义为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的结果一致，就要求统一的单位、基准、标