1、第2章 測量方法與測量系統21 電子測量的基本原理22 電子測量的對象信號與系統2. 3 測量方法的分類概述 24 測量系統的靜態特性2. 5 測量系統的動態特性(簡介) 2.1 電子測量的基本概念2.1.1 電子測量的意義20世紀30年代，便開始了測量科學與電子科學的結合，產生了電子測量技術 處理信息最有效、最成功的是電子科學技術 具有極快的速度 具有極精細的分辨能力，很寬的作用范圍。 極有利于信息傳遞 極為靈活的變換技術。 巨大的信息處理能力 2.1.2 電子測量的特點（1）測量頻率范圍寬。被測信號的頻率范圍除測量直流外，測量交流信號的頻率范圍低至10-6Hz以下，高至THz（1THz=1

2、012Hz）（2）量程范圍寬。如數字萬用表對電壓測量由納伏（nV）級至千伏（kV）級電壓，量程達12個數量級 （3）測量準確度高。例如，用電子測量方法對頻率和時間進行測量時，由于采用原子頻標和原子秒作為基準，可以使測量準確度達到10-1310-14的數量級。（4）測量速度快。因為電子測量是通過電子運動和電磁波傳播進行工作 （5）易于實現遙測 （6）易于實現測量過程的自動化和測量儀器智能化2.1.3 電子測量的內容從廣義上說，電子測量是泛指以電子科學技術為手段而進行的測量，即以電子科技理論為依據，以電子測量儀器和設備為工具，對電量和非電量進行的測量。從狹義上講，電子測量則是利用電子技術對電子學中

3、有關的電量所進行的測量。 2.1.3 電子測量的內容（續）電子測量的內容是：（1）按具體的測量對象來分類，包括下列電參數的測量電能量的測量 包括各種頻率及波形下的電壓、電流、功率、電場強度等的測量。電路參數的測量電信號特征的測量 包括信號、頻率、周期、時間、相位、調幅度、調頻指數、失真度、噪音以及數字信號的邏輯狀態等的測量。電子設備性能的測量 包括放大倍數、衰減、靈敏度、頻率特性、通頻帶、噪聲系數的測量。特性曲線的測量 包括幅頻特性曲線、晶體管特性曲線等的測量和顯示。2.1.3 電子測量的內容（續）（2）按基本的測量對象來看，電子測量是對電信號和電系統的測量：電子測量的基本對象是未知的信號與系

4、統 電子測量的基本工具是已知的信號與系統 電子測量的基本工作機理是信號與系統的相互作用2.2 電子測量的對象信號與系統 2.2.1 信號的基本概念測量的目的是獲取被測對象的信息，信息描述了被測對象的狀態及其變化方式。信號就是信息的某種物理表現方式，信號是信息的載體，是物質，具備能量。 同一個信息可以用不同的信號來運載，反之，同一種信號也可以運載不同的信息。2.2.2 信號的分類1.確定性信號和非確定性信號電子測量中被測信號大多是時間的函數x(t)，按其性質不同可分類如下：確定性信號：在相同試驗條件下，能夠重復實現的信號。非確定性（隨機）信號：在相同試驗條件下，不能夠重復實現的信號。2.周期性信

5、號與非周期性信號 3.連續信號與離散信號 4.信號的空間分布結構 許多信號，既具有時間特性、也還具有空間特性2.2.3 系統的基本概念 信號的產生、傳輸、處理、存儲和再現都需要一定的物理裝置，這種裝置通常就稱為系統。從一般意義講，系統是由若干相互依賴、相互作用的事物組合而成的具有特定功能的整體。1.系統的外部特性即系統的輸入與輸出之間的關系或系統的功能。2.2.3 系統的基本概念（續）2.系統的內部結構測量系統的外部特性是由其內部參數也即系統本身的固有屬性決定。系統模型指系統物理特性的數學抽象，即以數學表達式或具有理想特性的符號組合圖形來表征系統的輸入-輸出特性 2.2.4 被測系統的分類1.

6、單輸入/輸出與多輸入/輸出系統 2.線性系統與非線性系統 線性系統滿足兩個基本條件： 疊加原理。 系統的響應與輸入信號的作用無關。線性系統對任意輸入的響應都可用傅氏變換表示。輸出信號的頻譜函數為 線性系統具有頻率保持性。測量、分析或比較線性系統在正弦信號激勵下的響應，就可以對系統的各種電氣特性作出全面的評價2.2.4 被測系統的分類（續） 3.即時系統與動態系統即時系統（瞬時系統或無記憶系統）：系統在任何時刻t的輸出都只與該時刻的輸入有關；動態系統（存儲系統或有記憶系統）：在時刻t的輸出不僅與該時刻的輸入有關，而且還與該時刻以前或以后的輸入有關。記憶系統的輸入輸出關系是一般是微分或差分方程 。

7、4.模擬系統與數字系統 模擬系統是分析和處理模擬信號的系統，數字系統是分析和處理脈沖與數字信號的系統。 2.3 測量方法的分類概述2.3.1 直接測量與間接測量2.3.2被測對象可按有源量或無源量劃分為兩大類 1. 有源量的測量 2. 無源量的測量 信號特性參量為常見的有源量，主要包含信號的電壓與功率、頻率與波長、周期與時間、波形與頻譜等。電壓表、電流表、功率計、頻率計、示波器、頻譜儀、邏輯分析儀等儀器不含激勵信號源系統特性參數為常見的無源量，包括集總與分布參數系統的特性，例如，電阻、電感、電容、品質因數、阻抗、導納、介電常數、導磁率、駐波比、反射系數、散射系數、衰減以及單位階躍響應或單位沖激

8、（脈沖）響應與傳遞函數等。RLC測試儀、阻抗分析儀、網絡分析儀、頻率特性測試儀（掃頻儀）、晶體管特性圖示儀等儀器，均包含有激勵信號源。2.3.3 現代測試系統的組成1.集中式多路測試系統 2.分布式多路測量系統（a）網絡化測量系統 （b）無線電遙測系統 2.3.4 頻域、時域、數域及隨機域測量1.頻域測量技術：幅值和相位隨頻率的變化（1）正弦波點頻法（2）正弦波掃頻法 2.時域測量技術： 幅值隨時間的變化3.隨機測量技術：測量噪聲信號和使用隨機信號源對噪聲的研究使用概率統計方法：（1）噪聲信號統計特性的測量，如時域中的均值、均方根性，頻域中的頻譜密度函數、功率譜密度函數等；（2）將已知特性的噪

9、聲作激勵源對被測系統進行統計性測量，研究被測系統的特性；4.數字測量技術：測量數字系統的功能和故障診斷2.4 現代測試系統的靜態特性2.1 測試系統的靜態特性和動態特性概述測量系統(廣義)指單臺的測量儀器，和由多臺儀器及設備等組成的完整測試系統，也可指組成測量系統中的某一環節或單元。測量系統的基本特性可分為兩類：一類被測量是靜止不變或變化極緩慢的情況，此時工作在靜止狀態下的測量系統，其輸入與輸出量間的函數關系，稱為測量系統的靜態特性；另一類是被測量不斷變化的情況，此時，工作在動態下的測量系統其輸入量與輸出量間的函數關系稱為測量系統的動態特性。 2.4.2 測量系統的靜態特性指標1.靜態特性的數

10、學模型不線性時：獲得靜態特性的方法： 對一個測量系統進行標定或定期進行校準。 2.靜態特性的基本參數（1）零位（零點）當輸入量為零x=0時，測量 系統的輸出量不為零的數值零位值為非線性2.4.2 測量系統的靜態特性指標（續）（2）靈敏度是描述測量系統對輸入量變化反應的能力。靈敏度：當靜態特性為一直線時，直線的斜率即為靈敏度，且為一常數 （3）分辨力又稱靈敏度閾，它表征測量系統有效辨別輸入量最小變化量的能力。對模擬式測量系統，其分辨力一般為最小分度值的1/21/5。2.4.2 測量系統的靜態特性指標（續）3.靜態特性的質量指標（1）遲滯亦稱“滯后”或“回差”，表征測量系統在全量程范圍內，輸入量由

11、小到大（正行程）或由大小到（反行程）兩者靜態特性不一致的程度。（2）線性度測量系統的輸出輸入關系應當具有直線特性，線性度（又稱非線性誤差）說明輸出量與輸入量的實際關系曲線偏離其擬合直線的程度2.4.2 測量系統的靜態特性指標（續）（3）準確度測量系統的準確度，俗稱精度用準確度等級指數來表征： 準確度等級指數a的百分數a%所表示的相對值是代表允許誤差的大小用不確定度來表征：在規定條件下系統或裝置用于測量時所得測量結果的不確定度。 （4）測量范圍、量程測量范圍測量系統所能測量到的最小被測量（輸入量）與最大被測量（輸入量）之間的范圍。2.5 測量系統的動態特性2.5.1 測試系統動態特性的描述數學模型1.微分方程(時域)2.傳遞函數(復頻域)傳遞函數其表達式為在初始條件為零時，系統輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。Y(S)=H(S)X(S) 3.頻率響應函數(頻域)對于穩定的常系數線性系統，可用傅里葉變換代替拉氏變換 Y(j)=H(j)X(j)從物理意義上說，通過傅里葉變換可把滿足一定條件的任意信號分解成不同頻率的正弦信號之和。2.5.1 測試系統動態特性的描述數學模