电子测量原理 第2节测量方法跟测量系统.pptVIP

2.测量方法与测量系统 处理信息最有效、最成功的是电子科学技术 表现如下： ①具有极快的速度：电子的速度可达105km/s以上，电磁波速度3×105km/s。 ②具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围：电压分辨率达纳伏；时间分辨率达皮秒；功率、时间的处理范围1015－1018 ③极有利于信息传递：电磁波的光速传播和数据的海量存储使信息在空间的传递和时间的传递十分快速。还实现了远距离遥测。 ④极为灵活的变换技术：利用电磁波的快速、长距离传输能力；通过光－电－光以及声－电－声的转换；实现了千里眼、顺风耳的梦想。 ⑤巨大的信息处理能力：电子技术 （模拟、数字）的发展，可以通过 硬件、软件实现对信息的多种处理。 2.1.3 电子测量的内容（续） ②电子测量的基本工具是已知的信号与系统 只有用一个特性标准的、已知的系统－－测量系统，才能精确、不失真地获取被测对象的信息。对于无源系统需要对它施加激励信号，通过测量仪器测出响应从而求出该系统的固有特性。 ③电子测量的基本工作机理是信号与系统的相互作用 测量过程就是信号和系统相互作用的过程。信号按一定规律作用于系统，系统在输入信号的作用下对信号进行处理，并输出处理后的信号。前者就是激励，后者为称为响应。为实现不失真测量，必须选择与被测信号匹配的测试系统特性。 3.连续信号与离散信号（续） 1.单输入/输出与多输入/输出系统（续） 一个系统可以同时接受一个以上的输入信号，产生一个以上的输出信号，这种系统称为多输入－－多输出系统。常见于数据采集、数字系统测量。 2.2.4 被测系统的分类（续） 2.线性系统与非线性系统 不是系统内部的各个元器件必须都是线形的，还有一些数字电路、脉冲电路以及其他非线形电路。只要满足两个基本条件就可以称为线形系统： ①叠加原理。 Y1(t1)=X1(t1) Y2(t1)= X2(t1) aY1(t2)+bY2(t2)=aX1(t2)+bX2(t2) 其中a、b均为常数。 ②系统的响应与输入信号的时延无关。 Y1(t1)=X1(t1) Y1(t1－t0)=X1(t1－t0) 其中t0为时延时间。 2.2.4 被测系统的分类（续） 对于线性时不变系统对任意输入的响应都可用傅氏变换表示。 输出信号的频谱函数为：Y(ω)=K(ω)X(ω) X(ω)为输入信号x(t)的频率分布函数或者幅度频谱函数 线形时不变系统的输入是正弦信号则输出也是正弦信号，如果输入信号为任意波形，可以按傅氏变换把它展开成一系列不同频率基相位关系的正弦波的线形组合。包括一个基波和不同幅度和相位的谐波，对于这样的每一个输入，系统都有K（ω）倍的响应输出。总的输出就是这些输出正弦分量的线形组合。即线性系统具有频率保持性。测量、分析或比较线性系统在正弦信号激励下的响应，就可以对系统的各种电气特性作出全面的评价。 2.2.4 被测系统的分类（续） 4.模拟系统与数字系统 模拟系统是分析和处理模拟信号的系统， 数字系统是分析和处理脉冲与数字信号的系统。 特点如下： 脉冲与数字信号在时间和数值上是不连续的，以跃变的形式出现在一系列离散的瞬间，信号的前沿陡峭，持续时间不一，频谱十分丰富，数字系统是一个宽带系统，具有处理快速跃变信号的能力。 任何一个电平的稳定值只可能是两个截然不动的值，“高”，“低”；“1”，“0”等。 基本要求以功能为主，要么正常要么故障，模拟系统故障表现在电路中某些节点的电位、波形问题。数字系统则为整个系统多位数字信号的逻辑关系或时序问题。不单独考虑某个点的情况。 数字信号的突发性、非周期性给数字系统的测量和分析带来特殊性、困难性。 2.2.5 系统的可测性与可控性（续） 响应y对s的表现能力反映了被研究系统的可观测性，即可认识性。 只有系统的s通过y表现（主动、被动）出来，而y是可测的试验才能有意义。 x对s的影响反映了系统的可控性。当s不主动表现出来x对s有影响，这种影响通过y表现出来，这种系统具有可控性。 系统的可观性和可控性取决于系统的构造特性，反映了系统与周围环境的相互作用。 事物可认识，首先具有可观性，只有可观而无可控性，反映了认识主题的认识局限。 事物的不可观反映了事物的不可认识性，而且直接与观测方法、观测手段有关。 2.3.1 直接测量与间接测量（续) （3）组合测量－－联立测量 把待求量用不同方式组合（或者改变测量条件来获得这种组合）进行测量（直接、间接），测量值和待求量之间的函数关系列成方程，只要方程个数大于待求量个数，就可以求得待求量。 2.3.2 有源参量与无源参量的测量 被测对象可按有源量或无源量划分为两大类 有源量：是指一个能够携带和传送功率的物理量，如力、电