电子测量技术教材

1课程的目的和意义12主要研究内容和研究方法12.1主要研究内容12.2主要研究方法23国内外的发展状况34我国电子测量技术的不足35激光测距仪说明46电子测量技术的发展趋势47常用电子测量仪器的使用方法57.1熟悉掌握的电子仪器5双踪示波器5数字万用表67.2最有用的两种电子测量仪器7激光测距仪7数字式覆层测厚仪88总结99参考文献111课程的目的和意义杰出科学家门捷列夫曾说“没有测量，就没有科学”。测量技术是科学研究中信息的 获取、处理和显示的重要手段，是人们从事客观世界并取得定性或定量信息的基本方法， 是信息工程的源头和重要组成部分。电子测量技术是指利用电子技术对电量或非电量进行 测量的方法。它是进行军事装备研究，新产品试制和开发，以及生产与维护运转中不可缺 少的测试手段和工具。一切重大的科学技术成就都与测试技术有直接关系。因此，电子测 量技术的水平常常是衡量一个国家科技发展和生产技术水平的重要标志，也是军事实力的 重要表现。电子技术在航空航天、工业、农业、交通运输、国防安全等国民经济诸多领域中得到 了广泛应用，而电子测量又是电子技术信息检测的重要手段，它是一门发展快、应用面宽、 实践性强的应用学科，在当今的信息化社会中正发挥这中流砥柱的作用。在我国实现四个现代化与中国梦的宏伟事业中，科学技术的现代化是关键，科学实验 手段的现代化是实现科学技术现代化的必要条件，而电子测量的方法与手段是否现代化正 是科学实验手段是否现代化的必要条件，而电子测量的方法与手段是否现代化正是科学实 验手段是否现代化的重要标志。宇宙飞船、航天飞机的发射，火箭、导弹飞行轨道的控制， 人造卫星姿态的调整，核潜艇的潜、浮操纵，都必须有快速、精确的信息检测；现代化的 大地测量、气象遥感、地震预测预报、震后救灾、医疗诊断等都少不了应用电子技术进行 高精度的电子信息检测。2主要研究内容和研究方法2.1主要研究内容通常人们把电参数测量分为电磁测量和电子测量两类。电子测量的内容包括对电量和 非电量所进行的测量。其中，对电量的测量可细分为以下几分方面。 电能量的测量：包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等的测量; 电路参数的测量：包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等测量; 特性曲线的测量：包括电阻、电容、电感、阻抗、品质因数、电子器件参数等的 测量；电信号特征的测量：包括信号、频率、周期、时间、相位、调幅度、调频指数、失真度、噪声以及数字信号等的测量；电子设备性能的测量：包括放大倍数、衰减、灵敏度、频率特性、通频带、噪声 系数的测量。2.2主要研究方法在运用电子测量技术进行研究分析时，为了恰当实现对不同电参量的研究，应该运用 不同的方法去研究。在研究随时间变化而变化的被测量，采用时域研究方法；在研究获取 待测量与频率之间的关系时，宜采用频域研究方法；在用逻辑分析仪等设备对数字量或电 路的逻辑状态进行测量时，应采用数据域研究方法；在研究对各类噪声信号进行动态测量 和统计分析时，最适合的研究方法就是随机方法了。3国内外的发展状况电子测量仪器是知识和技术密集化，正处于高速发展中的行业。电子测量的基础是电 子电路技术，同时也融合了信号处理、通信工程、数字技术、测量测试技术、计算机、微 电子以及软件等技术共同构成的的单独的测量设备或系统。通过电量、光量等形式来实现 对被测对象中的各项参数进行测量或对被测系统的运行进行一定的控制。由于各种相关技 术的高速发展，并逐步应用到电子测量技术和仪器中，再加上更高级的测量理论和方法不 断出现，还有测量领域的不断拓展，电子测量仪器和设备已经在航空、航天、电视、广播、 电子、能源、交通、通信以及信息系统、微电子和电子元器件测试等方面达到了新的高度， 远远突破了传统仪器的测量范围和精度。快速、实时、精确、自动的测量已经成为现代测 量技术和仪器的发展主流。大规模集成电路在20世纪的发展，同时促使了电子测量仪器技术的革命的发生。大规 模集成电路的广泛使用，使得现代电子测量仪器功耗更低、体积更小、功能更全面、可靠 性更高。经过几十年的发展，我国的电子测量仪器也取得了一定的成就，规模不断扩大， 技术也不断更新。全球各大仪器厂商在我国市场的激烈竞争，也带动了我国本土测试测量 仪器研发与测试技术应用的迅速发展。4我国电子测量技术的不足现在人们通过实践已越来越认识到测试技术的重要性，国内测试技术也已有了很大的 发展，现在已基本上采用了标准化、模块化设计体制。已从CAMAC、PC总线、STD总线 向VXI、PXI总线发展，从堆叠式测试系统向标准化、模块化测试系统发展，并先后研制出 国产化VXI模件、VXI测试系统及PXI系统，使我国测试系统技术水平逐步进入国际先进行 列。在航天器、武器系统的单元系统中也设计了自检测功能，但在实用的自动测试系统中， 尤其在武器系统的测试中，缺少实用的人工智能测试技术，故障诊断水平低、实用性差、 网络化水平低。从测试体制的变革方面，国内尚没有边缘扫描技术和完善的智能内装测试 系统。因此，与国外存在比较大的差距，国外20世纪八十年代末，九十年代初即提出了内 装测试系统和可测试性概念，随后研制出了设备，并制订出了相应标准。近年来中国测量 技术的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试技术行业目 前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土测量技术取 得了长足的进步，特别是通用电子测量设备和汽车电子设备的研发方面，与国外先进产品 的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟 技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及 中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电 子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快 速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批 批可靠性和稳定性较高的产品。拥有中国该领域唯一重点实验室的中国电子集团公司第41 研究所，凭借着本土测试领域的龙头地位，通过属下的青岛兴仪电子设备有限责任公司， 成功地实现了由技术到产品的转化，开发出了多款具有很高技术水平的产品。该所研制出 的高纯微波合成信号发生器、微波噪声系数分析仪、便携式射频频谱分析2.5Gb/sSDH/PDH 数字传输分析仪、高性能的光通讯设备，包括光谱分析仪和高性能微型光时域反射计，还 有高速数字示波器等，目前都已经形成比较完整的产品系列。其中AV1489型高纯微波合成 信号发生器采用全正向设计方法，突破了高纯度微波频率合成等多项关键技术；AV3984 型微波噪声分析仪突破了智能微波噪声源等多项关键技术;AV4022型便捷式射频频谱分析 仪突破了小型化设计与制造等关键技术，还有高性能的AV3600系列的宽带矢量网络分析 仪，DT系列数字电视码流实时检测仪等。另外，该所还与海信集团一道，研制出了数字电 视全部四个层次上的测试仪器。无疑这对中国的数字电视产业的发展将起到很大的推动作 用。这些仪器除了能解决所有通用协议分析外以及物理层的各种指标的测试外，还有一个很重要的特点，就是结合中国数字电视标准和特点，保留了很好的可升级性。5激光测距仪说明激光测距技术是目前应用较为广泛的一种激光技术，它与其他常用的测距方法相比相 比，具有操作方便、精度高和随时随地均可使用等优点。随着激光、数字信号处理、集成 电路、精密机械等技术的快速发展，激光测距仪向着高精度、小型化、低功耗的方向不断 改进，尤其是在半导体激光器的大规模使用后。且激光测距仪以其优良的精度性、便携性、 易操作行等特性在军事上应用非常广泛。其在对空火炮和导弹防御保护措施、封锁光电飞 行器、拦截飞机和导弹的攻击以及侦查等方面发挥着巨大的作用！激光测距仪，是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向 目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射 到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速 度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。国外高炮激光测距仪发展与70年代初，大都采用YAG激光器。由于其测距精度和分辨 率高、抗干扰性强，得到了广泛应用，国内高炮激光测距仪发展与80年代初，由于基础技 术和工业与国外先进国家比较，尚存在一定差距，其中关键是Q开关速度和激光器冷却技 术需要克服。激光测距仪广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮激光测距仪对目 标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。它是提高坦克、飞机、舰艇和 火炮精度的重要技术装备。由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测 距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。6电子测量技术的发展趋势我国测试技术已经进入标准化设计阶段，而且已采用了工业界先进的计算机I/O总线标 准和数字化总线、仪器总线相结合的标准，逐步接近国际先进水平。但如何进一步发展， 发展的主要内容是什么，这是摆在从事测试技术的每个工程人员需要认真思索的问题。任 何技术的发展均取决于社会发展的需求。根据安捷伦公司在1996年对检测成本统计：硬件 成本6%,检测开发24%，检测操作57%，维护成本占13%。除了硬件成本外，其它三项基 本是软件开发、维护、操作成本。因此，对TPS的开发、移植、维护、重用，应是测试系 统的重要研究内容。因此，美国在ABBET （广域测试）对测试软件作了重点描述和规范。 它以信息模型对测试信息进行规格化描述，消除了层次间测试信息移植、共享和应用的障 碍。将测试从宏观上划分为产品描述层、测试策略和要求层、测试过程层、测试资源管理 层、仪器控制层等内容。其根本目的是建立一种通用的ATS开放系统体系结构，从该体系 结构再衍生出由具体硬件、软件和系统实现的体系结构，达到测试贯穿于产品从设计思想 到装备现场的整个寿命周期，包括从一个寿命周期阶段到另一个寿命周期阶段相关测试信 息的传递；生成所需测试程序与过程中信息的使用；故障隔离和修理时，在编写报告和诊 断操作中测试维护信息收集和诊断信息反馈。同时通过渐近方法确定ATS开放系统体系结 构。计划了四个发展项目，每个发展项目完成后，产生一个ATS开放系统体系结构的完好 部件，从而增加了该体系结构的开放程度与能力水平。四个发展项目分别解决“仪器互换 性和互操作性”、“TPS可移植性和互操作性”、“寿命周期信息交换”、“过程与工具”。 通过四个发展项目产生了 ATS信息架构和软件架构。在测试领域对人工智能技术应给予高 度重视。21世纪的电子测量仪器随着芯片技术和DSP技术的发展将达到前所未有的高性能，随 着计算机技术与仪器的进一步融合，仪器的易操作性，易升级性，测量能力，数据处理和 分析能力，都得到了大幅度提高。与此同时，软件无线电正越来越多地被应用到各个领域, 仿真技术将为用户的设计和验证提供了更加强大和方便的工具。自动测试系统经历了从 GPIB系统到VXI系统，从VXI系统到VXI与GPIB混合系统的发展历程，越来越多的军工用 户希望拥有一种长寿命且高性能的系统标准体系来承担日益复杂的测试压力和维护成本 的压力，面对未来的挑战，LXI仪器将在继承现有测试技术的基础之上，为下一代测试技 术和测试仪器，特别是ATS测试系统的革新带来新的希望。7常用电子测量仪器的使用方法7.1熟悉掌握的电子测量仪器双踪示波器MOS-620是一种便携式双综示波器。带宽20MHZ。最大灵敏度为1 mv/di v最大扫描速 度为0.2us/di v。并可扩展10倍使扫描速度达至【100ns/di v。该示波器采用6英寸并带有红色刻 度的矩形CRT，操作简单，稳定可靠。(1) 使用方法 电源接通，电源批示灯亮约20秒后，屏幕出现光迹。如果60秒后还没有出现光迹, 返回头再查开关和控制的设置； 应调节示波器峰峰值为2 V, 1KHZ的初始波形，即校准示波器波形；将AC-GND-DC开关设置在AC状态；调整聚焦使图形清晰； 对于其他信号的观察，可通过调增垂直衰减开关，扫描时间到所需的位置，从而 得到清晰的图形；调整垂直和水平位移旋钮，使得波形的幅度与时间容易读出。(2) 注意事项 检查电源电压，确定电压选择设定在正确的位置上；工作坏境温度应在040度之间之间；确定示波器上的散热孔没有被其他物品堵住； 为了避免永久性的损坏CRT内的磁光质涂层，不要将CRT的轨迹设在极亮的位置 或把光点停留不必要长的时间；输入端和探头的最大电压不能超过限制电压。数字万用表数字万用表，一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能， 有时也称为万用计、多用计、多用电表，或三用电表。数字万用表有用于基本故障诊断的 便携式装置，也有放置在工作台的装置，有的分辨率可以达到七、八位。(1)使用方法测量直流电压，交流电压，电阻，电容，二极管，三极管，检查线路通断，等，将红 表笔插入VQ孔，黑表笔插入COM孔。测量mA级别的电流或yA级的电流将红表笔插入mA 电流专用插孔，黑表笔插入COM孔。测量高于mA级别的电流将红表笔插入10A或20A孔黑 表笔插入COM孔，COM孔也称公共端是专门插入黑表笔的插孔。(2)注意事项 数字万用表使用前应掌握被测量元器件的种类、大小，选择合适的量程，测试表 笔的位置；在测量未知的量程时应尽量选择较大的量程测量；数字万用表测量电阻、电压时显示屏显示的是有效值； 在测量时若显示屏始终显示数字“1”，其他位均消失，则说明该量程不满足被测 量的量程，此时应从新选择更高的量程测量；禁止在测量时更换量程。7.2最有用的两种电子测量仪器激光测距仪(1) 使用方法启动/关闭：启动：短暂按启动-键A，1。在按动下个按键前，电池的显示会一 直显示在显示屏上的。关闭：按住关闭-键A, 9直到仪器关闭，为了延长电池的 使用寿命，在3分钟内未触摸任何键盘时，激光将会自动关闭，6分钟后仪器将会 自动关闭；清除键：使用清除键A, 9回到上一指令。在测量面积或体积时，可以用清除键 清除单个测量结果，重新进行测量；测量基准边在固定挡板打开时，仪器能自动识别测量基准边，并设置测量基准边 以使得到正确的测量值。测量基准边的标准设置是后沿。按测量基准边-键A, 8， 可将测量基准边一次性地设置为从这个边出发的测量。在测量后测量基准边会自 动还原为以后沿为基准的设置。也可以将测量基准边常设为前沿，较长时间按测 量基准边-键A，8来完成此设置。较长时间按测量基准边-键A，8，将测量基 准边返回到后沿。(2) 注意事项手持式激光测距仪，由于采用激光进行距离测量，而脉冲激光束是能量非常集中的单 色光源，所以在使用时不要用眼对准发射口直视，也不要用瞄准望远镜观察光滑反射面， 以免伤害人的眼睛。一定要按仪器说明书中安全操作规范进行测量。野外测量时不可将仪 器发射口直接对准太阳以免烧坏仪器光敏元件。数字式覆层测厚仪（1）使用方法准备好待测试件； 检查电源：无“丰”显示，表示电池电压正常；“丰”出现，表示电池电压已低落， 应充电；开机后，出现半'并自动关机，表示电池电压已低至极限，应立即充电; 测量：迅速将测头与测试面垂直地接触并轻轻压住，随着一声鸣响，屏幕显示测 量值，提起测头可进行下次测量；如果在测量中测头放置不稳，显示一个明显的 可疑值，可在“DELONE? ”状态删除该值；重复测量三次以上，在"DISSTATS? ” 状态，可依次显示五个统计值，即：平均值（MEAN）、最大测量值（MAX）、 最小测量值（MIN）、测量次数（NO.）、标准偏差（S. DEV）。（2）注意事项对本仪器影响测量精度的因素主要有：基体金属厚度、边缘效应、曲率、附着物质、 测头压力、试样的变形等。 基体金属厚度：每一种仪器都有一个基体金属的临界厚度。大于这个厚度，测量 就不受基体金属厚度的影响； 边缘效应：本仪器对试件表面形状的陡变敏感。因此在靠近试件边缘或内转角处 进行测量是不可靠的；曲率：试件的曲率对测量有影响，这种影响总是随着曲率半径的减少明显地增大;附着物质：本仪器对那些妨碍测头与覆盖层表面紧密接触的附着物质敏感，因此, 必须清除附着物质，以保证仪器测头和被测试件表面直接接触；测头压力：测头置于试件上所施加的压力大小会影响测量的读数，因此本仪器测 头用弹簧保持一个基本恒定的压力； 试件的变形：测头会使软覆盖层试件变形，因此在这些试件上会测出不太可靠的 数据。通过电子测量这门课程，自己学到了很多东西，比如：了解掌握了测量的基本方法， 包括静态、动态测量法、频域测量法以及随机测量法、电流和电压的测量等等，这其中的 学问可谓是博大精深啊，自己感觉也就在这个大海里取了一瓢水，以后在这方面的研究还 得靠自己。电子测量这门课程使得我们具有了电子测量技术和测量电子仪器的基础知识和基本 能力，也培养了我们用科学的眼光和技术知识去看待在电子测量领域内的问题，这对以后 自己从事本专业的工作是极其有用的。通过本学期的学习，我觉得电子测量技术离我们的生活真的很近很近，小到头发丝， 大到航天航空、军事等等方面，都离不开电子测量这门工具，所获得数据的精确度也取决 于电子测量技术水平的高低，这充分说明了大力发展电子测量技术和电子测量仪器的重要 性，要想科技强国，赶上美国，必须得在电子测量这一方面，下足功夫才行。另外，个人 觉得电子测量技术对军事方面尤为重要，因为国家的安全来源于军事力量的保证，而军事 设备仪器又大大的依赖于电子测量发展的水平，从这点，也更能看出电子测量技术发展的 重要性。说实话，要把这一门电子测量技术课程学到家还真是有点不太现实，我觉得要想把这 门课程、这门技艺真正融会贯通的话还是得靠自己平时的努力，如做一些小电子产品，把 自己学到的知识跟实践结合以来，更的在以后的工作中，努力积累经验，查阅各种书籍， 理论结合实际，充实自己等等。参考文献李立功现代电子测试技术M.北京：国防工业出版社，2008 （7）： 1-21.2 汪晓东.21世纪电子测量仪器及自动测试系统的新概念和新趋势J电子测量与仪器学报，2005, 19（1）： 75-85.3 蒋焕文，孙续电子测量M.北京：中国计量出版社（第三版），2009（1）： 1-14.4 张永瑞电子测量技术基础M陕西：西安电子科技大学出版社（第三版）.2014（7）:1-15.陆绮荣电子测量技术（第二版）北京：电子工业出版社，2007（1）： 1-5.杨咸华常用电工测量技术北京：机械工业出版社，2002（5）： 1-55.林德杰.电气测试技术（第二版）.北京：机械工业出版社，2002（6）： 1-19.林占江.电子测量技术.北京；电子工业出版社，2004（7）： 1-21.9 申业刚.电子测量M.南京：江苏科学技术出版社，1986： 1-35.10 唐德琴军用电子侧量仪器技术发展战略研究J 电子科学技术1993 （ 1 ）： 1-23.-11 李保安，李行善.基于组件的自动测量系统（ATS ）软件体系结构.电子测量与仪器学报， 2002 年 04 期:34-40.