廣義的電子測量儀器是指利用電子技術(shù)進行的測量分析的儀器,是測量儀器的一大類別。
電子測量儀器的原理
一般電子測量儀器的技術(shù)基礎(chǔ)是微電子技術(shù)、數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)和計算機技術(shù)。它的演變與發(fā)展從總體上看沿兩條主線展開,一是從所采用的技術(shù)上看,經(jīng)歷了模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器的發(fā)展過程;二是從儀器結(jié)構(gòu)(可擴展性)和實現(xiàn)形式上看,經(jīng)歷了單臺儀器、模塊化儀器和虛擬儀器的發(fā)展過程。但無論儀器最終如何發(fā)展,任何一臺儀器測量系統(tǒng)都包括下面三個功能模塊:信號采集模塊(包括傳感器電路、信號調(diào)理電路)、信號分析與處理模塊、結(jié)果表達與輸出模塊。
針對不同的測量對象,測量儀器的傳感器的形式也不同,但各傳感器的作用都是相同的,即把自然界的模擬量(信號)轉(zhuǎn)換成電信號(電壓或電流);信號變換和調(diào)理電路對來自傳感器的電信號進行放大、衰減、變換(包括變頻、檢波等)、濾波以及調(diào)整到適合于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化的狀態(tài)。在可以預(yù)見的未來,各種傳感器、放大器、變換器還是模擬器件,傳感器是關(guān)鍵,它決定了儀器的應(yīng)用范圍;模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與信號變換調(diào)理電路共同決定儀器頻帶寬度和測量精度,當(dāng)然模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的作用更為關(guān)鍵。
信號處理部分的數(shù)字化、軟件化是儀器發(fā)展的必然選擇,也是虛擬儀器(VI)的發(fā)展基礎(chǔ)。數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)的應(yīng)用,大大拓展了儀器的功能,儀器功能大小更多地取決于儀器的數(shù)字信號處理能力。另外高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)也是決定未來測試儀器、特別是電子測試儀器發(fā)展方向的重要因素,目前高速ADC的采集帶寬已開始進入微波波段。
信號數(shù)字處理的實現(xiàn)途徑主要有兩種:一種是基于數(shù)字信號處理器(DSP)的形式,一種是基于微處理器(或單片機)的形式。采用數(shù)字信號處理(DSP)或者是微處理器(MCU)結(jié)構(gòu)要針對不同的測量對象而定。通常,DSP主要針對運算復(fù)雜,實時性要求高、但程序不太大,任務(wù)相對單一的場合:如頻譜分析儀,信號分析儀等。微處理器主要針對運算復(fù)雜,需要大量的數(shù)據(jù)和程序存儲器,實時性要求適中,需要對測量數(shù)據(jù)進行復(fù)雜的分析和處理的場合上:如邏輯分析儀,網(wǎng)絡(luò)分析儀,生化分析儀等。
儀器在形式上不斷翻新,從獨立儀器、基于PC的卡式儀器、到基于VXI、CPCI、PXI模塊化的虛擬儀器,層出不窮,但其關(guān)鍵技術(shù)都是相通的。目前制約我國儀器發(fā)展行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),主要是對高速、高精度模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)、數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)開發(fā)能力不足。A/D、D/A、DSP即是電子儀器的關(guān)鍵技術(shù),也是通用技術(shù),這幾項技術(shù)在電子儀器中的應(yīng)用,必然帶動電子儀器的性能指標(biāo)的突破。
電子測量儀器的優(yōu)點
1、測量量程廣
電子測量儀表的量程是測量范國的上限值與下限值之差。由于被測量的電量大小差別較大故而要求電子測量儀器要有足夠的測量范圍。例如常用的MF-30型三用表電阻測量t1當(dāng)?shù)姆秶鷱膸讱W姆到幾兆歐,量程可達6個數(shù)量級; 高靈敏度的數(shù)字式電壓表可用來測量10 mv~1kv的電壓值有11個數(shù)量級的量程電子計數(shù)式頻率計的量程范圍更大,可達到17個以上的數(shù)量級。
2、則量準(zhǔn)確度高
電子測量儀器的測量準(zhǔn)確度相當(dāng)高,對于長度測量的準(zhǔn)確度最高可達到約10-8; 對于熱量測量的準(zhǔn)確度最高可達約10-5O 力學(xué)測量的淮確度最高約為10-9。但如采用電子測量儀器對力學(xué)方面的待測量進行測量。測量的淮確度則可達到10-13~ 10-140 這主要是通過電子測量儀器的高精度來保證的。
3、測量頻率范圍寬
采用電子測量儀器對頻率進行測量時,低端除了可以測量直流量的數(shù)值外,還可以測量數(shù)值低到0~4 Hz的頻率高端可測量到可見光范圍約88X1012HZ。必須注意的是并不是所有電子測量儀器的頻率范同都很寬有些電子測量儀器的工作頻率僅側(cè)重于某一頻段故應(yīng)根據(jù)實際需要選用相應(yīng)的測量儀器。
4、測量速度快
? ? ? ? 電子測量速度快主要是由于電子測量儀器的工作是通過電子運動和電磁波的傳播進行的,故在尖端科學(xué)技術(shù)中如原子核裂變的研究、手-彈發(fā)射速度的測量、超高速電子計- 算機工作狀態(tài)的檢查等都是采用電子測量方式來完成的。
5、容易實現(xiàn)無線遙控
遙測電子測量很容易通過無線或有線系統(tǒng)對人體不使于接觸的區(qū)域(例如有毒、污染、易爆等場所) 或無法到達的區(qū)域(例如核反應(yīng)堆內(nèi)部、發(fā)射中的導(dǎo)彈、高空、海洋深處等)進行測量,這是其他測量方式無法實現(xiàn)的。
6、容易實現(xiàn)智能化和自動化
由于電子測量儀器可與微處理器組合在一起,構(gòu)成智能化的測量儀器,故可將電子測量儀做得很小功能更多、性能更強使它適用范圍更廣泛。對于具有通用標(biāo)準(zhǔn)接口的GP- 1B獨立儀器還可通過與母線互連并在計算機的控制下實現(xiàn)自動、智能測試可以用來進行白動測量,自動診斷故障,自動記錄,白動完成數(shù)據(jù)的運算、分析與處理等。
電子測量儀器有哪些
萬用表分為數(shù)字和指針兩類,在這介紹的是型號為FLUKE的萬用表,其實FLUKE分為很多個系列。
萬用表的性能指標(biāo)有:響應(yīng)速度,測量精度,安全保護和牢固度。FLUKE-B1的性能指標(biāo):6 1/2 位數(shù)字分辨率 ,最快50,000讀數(shù)/秒@4 1/2 位,數(shù)據(jù)直接傳至 PC ,30PPM基本直流年精度 。
常用的萬能表的價格在30—100元左右,主要功能是測量電阻,電流,電壓。高端的萬用表還可以自動轉(zhuǎn)換測量范圍,電流的最大最小值等。
常用的類型有數(shù)字和模擬示波器。我現(xiàn)在介紹的是PDS7102T數(shù)字示波器,它的性能指數(shù)如下:雙通道1 00MHz帶寬,實時采樣率為500MSa/s,存儲深度為5K?;究梢杂嫈?shù)到 1 20MH***it水平。價格為人民幣2000元一臺。簡單的說,示波器的功能就是把電壓波形化。
計數(shù)器
計數(shù)器按構(gòu)成計數(shù)器中各觸發(fā)器時鐘端連接的方式分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩類。YAOYE-4計數(shù)器性能指標(biāo):工作電壓:DC5V正脈沖;工作功耗: 1W;速度: 小于10CPS/秒(加算)最佳5CPS/秒;脈沖比:10:1或100:1;環(huán)境溫度:-10℃--+60℃;使用壽命:100萬次。
信號發(fā)生器
常用信號發(fā)生器有正弦信號發(fā)生器,高頻信號發(fā)生器,文氏電橋正弦信號發(fā)生器,函數(shù)信號發(fā)生器。E4432B 3G高頻數(shù)字信號發(fā)生器的性能指標(biāo):頻率范圍250KHz -3GHz ,RF 調(diào)制帶寬達35 mhz ,可選的雙任意波形發(fā)生器和/或?qū)崟ri/q 基帶發(fā)生器 ,40mhz 采樣率和14-bit i/q 分辨率。價格人民幣4980元/臺,購買請到常熟市維特隆自動化儀表廠。
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