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電子測(cè)量技術(shù)
《電子測(cè)量技術(shù)》為教育部高等學(xué)校電子信息類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材,也是遼寧省精品資源共享課的配套教材,是按照高等院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)要求編寫的。從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),系統(tǒng)地闡述了電子測(cè)量的方法,以及現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器的原理。全書分為10章,內(nèi)容包括:電子測(cè)量的基本概念、測(cè)量誤差和測(cè)量結(jié)果處理、頻率和時(shí)間的測(cè)量、電壓的測(cè)量、信號(hào)發(fā)生器、波形測(cè)試、阻抗測(cè)量、相位測(cè)量、頻域測(cè)量和數(shù)據(jù)域的測(cè)量。重點(diǎn)講述了電壓、頻率、時(shí)間、阻抗等主要物理量的基本測(cè)量原理和方法,以及示波器、信號(hào)源、頻率計(jì)等常規(guī)儀器的工作原理和使用方法。
《電子測(cè)量技術(shù)》是遼寧省精品資源共享課的配套教材,配有豐富的教學(xué)資源,包括:教學(xué)課件(PPT)、授課視頻、學(xué)習(xí)指南、知識(shí)結(jié)構(gòu)、知識(shí)內(nèi)容、練習(xí)、案例、試題等,可到清華大學(xué)出版社網(wǎng)站《電子測(cè)量技術(shù)》頁(yè)面下載。文前配有“學(xué)習(xí)建議”,簡(jiǎn)要概括各章重點(diǎn)、難點(diǎn)及學(xué)時(shí)建議。在相應(yīng)章節(jié)處配有二維碼,可以方便讀者獲取講解視頻、電子教案、習(xí)題解答及測(cè)量?jī)x器的*產(chǎn)品介紹等擴(kuò)展閱讀資料。
《電子測(cè)量技術(shù)》從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),力求體現(xiàn)系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性和前沿性的特點(diǎn),按照測(cè)量原理、測(cè)量方法、儀表使用及誤差分析的主線進(jìn)行編寫,系統(tǒng)地闡述了電子測(cè)量的方法,以及現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器的原理。 特點(diǎn)如下:結(jié)構(gòu)合理。各章都給出了學(xué)習(xí)要點(diǎn)、本章小結(jié)以及難度適中的思考題;另配有二維碼,方便讀者獲得電子教案及擴(kuò)展閱讀資料,有利于提升讀者的自學(xué)效果。內(nèi)容翔實(shí)。重點(diǎn)講述了主要物理量的基本測(cè)量原理和方法,以及常規(guī)儀器的工作原理和使用方法。深入淺出。敘述流暢,圖文并茂,具有極強(qiáng)的可讀性。
目錄
第1章緒論
1.1電子測(cè)量概述
1.1.1測(cè)量與電子測(cè)量
1.1.2電子測(cè)量的內(nèi)容
1.1.3電子測(cè)量的特點(diǎn)
1.2電子測(cè)量的方法
1.3電子測(cè)量?jī)x器概述
1.3.1電子測(cè)量?jī)x器的功能
1.3.2電子測(cè)量?jī)x器分類
1.3.3電子測(cè)量?jī)x器的主要技術(shù)指標(biāo)
1.3.4電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展概況
本章小結(jié)
思考題
隨身課堂
第2章測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理
2.1測(cè)量誤差的基礎(chǔ)知識(shí)
2.1.1研究測(cè)量誤差的目的
2.1.2測(cè)量的基本概念
2.1.3誤差的表示方法
2.1.4測(cè)量誤差的來源
2.1.5測(cè)量誤差的分類
2.2隨機(jī)誤差的分析
2.2.1隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)處理
2.2.2隨機(jī)誤差的分布
2.2.3有限次測(cè)量的計(jì)算方法
2.2.4測(cè)量結(jié)果的置信度
2.3粗大誤差的分析
2.3.1粗大誤差的判斷
2.3.2粗大誤差的剔除
2.4系統(tǒng)誤差的分析
2.4.1系統(tǒng)誤差的特征
2.4.2系統(tǒng)誤差的判斷
2.4.3削弱系統(tǒng)誤差的方法
2.5誤差的合成與分配
2.5.1誤差的合成
2.5.2誤差的分配
2.5.3最佳測(cè)量方案的選擇
2.6測(cè)量數(shù)據(jù)的處理
2.6.1測(cè)量結(jié)果的評(píng)價(jià)
2.6.2有效數(shù)字的處理
2.6.3等精度測(cè)量結(jié)果的處理
2.6.4非等精度測(cè)量結(jié)果的處理
本章小結(jié)
思考題
隨身課堂
第3章頻率與時(shí)間測(cè)量技術(shù)
3.1概述
3.1.1時(shí)頻基準(zhǔn)
3.1.2頻率與時(shí)間測(cè)量的特點(diǎn)
3.1.3頻率與時(shí)間測(cè)量的方法
3.2電子計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率
3.2.1測(cè)頻基本原理
3.2.2測(cè)頻結(jié)構(gòu)組成
3.2.3測(cè)頻誤差分析
3.3電子計(jì)數(shù)法測(cè)量周期
3.3.1測(cè)周基本原理
3.3.2測(cè)周誤差分析
3.3.3中界頻率
3.4電子計(jì)數(shù)法測(cè)量時(shí)間間隔
3.4.1時(shí)間間隔測(cè)量原理
3.4.2測(cè)量時(shí)間間隔的誤差分析
3.4.3測(cè)量時(shí)間間隔的應(yīng)用
3.5通用計(jì)數(shù)器
3.5.1電子計(jì)數(shù)器的分類
3.5.2電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)指標(biāo)
3.5.3通用計(jì)數(shù)器的功能
3.6頻率測(cè)量的其他方法
3.6.1諧振法測(cè)量頻率
3.6.2電橋法測(cè)量頻率
3.6.3頻率電壓(FU)變換法
3.6.4拍頻法測(cè)量頻率
3.6.5差頻法測(cè)量頻率
3.6.6示波法測(cè)量頻率
本章小結(jié)
思考題
擴(kuò)展閱讀
隨身課堂
第4章電壓測(cè)量技術(shù)
4.1概述
4.1.1電壓測(cè)量的基本要求
4.1.2電壓測(cè)量?jī)x表的分類
4.2直流電壓的模擬式測(cè)量
4.2.1磁電式表頭
4.2.2動(dòng)圈式電壓表
4.2.3電子電壓表
4.3交流電壓的模擬式測(cè)量
4.3.1交流電壓的表征
4.3.2交流電壓的測(cè)量方法
4.4電壓的數(shù)字式測(cè)量
4.4.1數(shù)字電壓表概述
4.4.2比較式A/D轉(zhuǎn)換器
4.4.3雙積分A/D轉(zhuǎn)換器
4.4.4脈寬調(diào)制法A/D轉(zhuǎn)換器
4.4.5電荷平衡法A/D轉(zhuǎn)換器
4.5數(shù)字多用表
4.5.1I/V變換器
4.5.2Ω/V變換器
4.5.3AC/DC變換器
本章小結(jié)
思考題
擴(kuò)展閱讀
隨身課堂
第5章信號(hào)發(fā)生器
5.1概述
5.1.1信號(hào)發(fā)生器的用途
5.1.2信號(hào)發(fā)生器的分類
5.1.3信號(hào)發(fā)生器的參數(shù)指標(biāo)
5.2低頻及高頻信號(hào)發(fā)生器
5.2.1低頻信號(hào)發(fā)生器
5.2.2高頻信號(hào)發(fā)生器
5.2.3脈沖信號(hào)發(fā)生器
5.3合成信號(hào)發(fā)生器
5.3.1合成信號(hào)發(fā)生器的原理及技術(shù)指標(biāo)
5.3.2頻率直接合成法
5.3.3頻率間接合成法
5.4任意函數(shù)/波形發(fā)生器
5.4.1任意函數(shù)/波形發(fā)生器的工作原理
5.4.2任意函數(shù)/波形發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)
5.4.3任意波形發(fā)生器的波形編輯功能
本章小結(jié)
思考題
擴(kuò)展閱讀
隨身課堂
第6章波形測(cè)試技術(shù)
6.1概述
6.1.1示波器的特點(diǎn)
6.1.2示波器的分類
6.1.3示波器的主要技術(shù)指標(biāo)
6.2示波管及波形顯示原理
6.2.1示波管
6.2.2波形顯示原理
6.3通用示波器
6.3.1通用示波器的組成
6.3.2通用示波器的垂直偏轉(zhuǎn)通道
6.3.3通用示波器的水平偏轉(zhuǎn)通道
6.4示波器的多波形顯示
6.4.1多線顯示和多蹤顯示
6.4.2雙掃描示波顯示
6.5取樣示波器
6.5.1取樣原理
6.5.2取樣示波器的基本組成
6.5.3主要性能指標(biāo)
6.6數(shù)字存儲(chǔ)示波器
6.6.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理
6.6.2主要性能指標(biāo)
6.6.3基本功能
6.7示波器的應(yīng)用
6.7.1示波器的使用
6.7.2用示波器測(cè)量電壓
6.7.3用示波器測(cè)量周期和時(shí)間間隔
6.7.4用示波器測(cè)量頻率
本章小結(jié)
思考題
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隨身課堂
第7章阻抗測(cè)量技術(shù)
7.1阻抗元件的特性
7.1.1阻抗定義及其表示方法
7.1.2阻抗元件的電路模型
7.1.3阻抗的測(cè)量方法
7.2電橋法測(cè)量阻抗
7.2.1電橋法測(cè)量阻抗的原理
7.2.2電橋法測(cè)量電阻
7.2.3電橋法測(cè)量電容
7.2.4電橋法測(cè)量電感
7.2.5自動(dòng)平衡電橋(手持?jǐn)?shù)字電橋)
7.3諧振法測(cè)量阻抗
7.3.1諧振法測(cè)量阻抗的原理
7.3.2諧振法測(cè)量電感
7.3.3諧振法測(cè)量電容
7.3.4Q表的工作原理
7.4阻抗的數(shù)字化測(cè)量方法
7.4.1阻抗時(shí)間變換法測(cè)量阻抗
7.4.2阻抗電壓變換法測(cè)量阻抗
本章小結(jié)
思考題
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隨身課堂
第8章相位差測(cè)量技術(shù)
8.1概述
8.2用示波器測(cè)量相位差
8.2.1直接比較法
8.2.2橢圓法
8.3相位差的數(shù)字化測(cè)量
8.3.1相位時(shí)間變換式數(shù)字相位差計(jì)
8.3.2相位電壓變換式數(shù)字相位計(jì)
8.4相位差測(cè)量系統(tǒng)的性能指標(biāo)
8.5相位計(jì)的分類
本章小結(jié)
思考題
擴(kuò)展閱讀
隨身課堂
第9章頻域測(cè)量技術(shù)
9.1線性系統(tǒng)幅頻特性的測(cè)量
9.2頻譜分析儀概述
9.3掃頻式頻譜分析儀
9.4頻譜儀的主要性能指標(biāo)
9.5頻譜儀的應(yīng)用
本章小結(jié)
思考題
擴(kuò)展閱讀
隨身課堂
第10章數(shù)據(jù)域測(cè)量技術(shù)
10.1概述
10.2邏輯分析儀
10.2.1邏輯分析儀的分類與特點(diǎn)
10.2.2邏輯分析儀的工作原理
10.2.3邏輯分析儀的應(yīng)用
10.3測(cè)量新技術(shù)簡(jiǎn)介
10.3.1智能儀器
10.3.2虛擬儀器
10.3.3自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)
本章小結(jié)
思考題
擴(kuò)展閱讀
隨身課堂
附錄A正態(tài)分布在對(duì)稱區(qū)間的積分表
附錄Bt分布在對(duì)稱區(qū)間的積分表
參考文獻(xiàn)
第3章CHAPTER 3
頻率與時(shí)間測(cè)量技術(shù) 第3章頻率與時(shí)間測(cè)量技術(shù)學(xué)習(xí)要點(diǎn) 了解時(shí)頻測(cè)量的特點(diǎn)及測(cè)量方法; 掌握電子計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率的工作原理以及誤差的來源; 掌握電子計(jì)數(shù)法測(cè)量周期原理、誤差分析及削弱方法; 掌握中界頻率的確定及應(yīng)用; 掌握電子計(jì)數(shù)法測(cè)量時(shí)間間隔原理、誤差分析及削弱方法; 掌握電子計(jì)數(shù)法測(cè)量上升時(shí)間的工作原理; 了解通用電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)指標(biāo)及功能; 了解諧振法、電橋法、頻率電壓法、拍頻法、差頻法及示波法的測(cè)量頻率原理。 頻率與時(shí)間測(cè) 量技術(shù)概述.mp4 3.1概述時(shí)間與頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域兩個(gè)重要的基本參量,時(shí)間是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一,頻率是時(shí)間的導(dǎo)出量,在通信、航空航天、軍事、醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都存在時(shí)頻測(cè)量。目前,在電子測(cè)量中,時(shí)間和頻率的測(cè)量精度是最高的。因此,時(shí)間與頻率的測(cè)量在電子測(cè)量領(lǐng)域具有非常重要的地位,人們常把一些非電量或其他電量轉(zhuǎn)換為頻率或時(shí)間進(jìn)行測(cè)量,以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。3.1.1時(shí)頻基準(zhǔn)時(shí)間的單位是秒(s)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,“秒”的定義曾做過三次重大的修改。1. 世界時(shí)(Universal Time,UT)最早的時(shí)間(頻率)標(biāo)準(zhǔn)是由天文觀測(cè)得到的,以地球自轉(zhuǎn)周期為標(biāo)準(zhǔn)而測(cè)定的時(shí)間稱為世界時(shí)(UT)。當(dāng)?shù)厍蚶@軸自轉(zhuǎn)一周,地球上任何地點(diǎn)的人連續(xù)兩次看見太陽(yáng)在天空中同一位置的時(shí)間間隔為一個(gè)平太陽(yáng)日。1820年法國(guó)科學(xué)院正式提出: 一個(gè)平太陽(yáng)日的1/86400為一個(gè)平太陽(yáng)秒,稱為世界時(shí)的1s。這種直接通過天文觀察而測(cè)定的時(shí)間稱為零類世界時(shí)(UT0)。其準(zhǔn)確度在10-6量級(jí)。后來,對(duì)地球自轉(zhuǎn)軸微小移動(dòng)(稱極移)效應(yīng)進(jìn)行了校正,得到第一類世界時(shí)(UT1)。再把地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性、年度性的變化校正后的世界時(shí)稱為第二類世界時(shí)(UT2),其準(zhǔn)確度在3×10-8量級(jí)。然而地球自轉(zhuǎn)是不均勻的,為了得到更準(zhǔn)確的均勻不變的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),國(guó)際天文學(xué)會(huì)定義了地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)時(shí)系統(tǒng),稱為歷書時(shí)ET。并在1960國(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式定義1900年1月1日0時(shí)起的回歸年長(zhǎng)度的31556925.974 7分之一為1s,這種秒稱為歷書時(shí)秒,同時(shí)規(guī)定86400歷書時(shí)秒為1歷書日。這是個(gè)不變的量,在理論上是一種均勻時(shí)標(biāo),但觀測(cè)困難,過程復(fù)雜。而且不能立即得到,利用三年中對(duì)太陽(yáng)和月亮的綜合觀測(cè)資料歸納計(jì)算才能得到10-9的準(zhǔn)確度。 2. 原子時(shí)(Atomic Time,AT)為了尋求更加恒定,又能迅速標(biāo)定的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),人們從宏觀世界轉(zhuǎn)向微觀世界,利用原子能級(jí)躍遷頻率作為計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。1967年10月,第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過了秒的定義: “秒是Cs133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)[F=4,mF=0]和[F=3,mF=0]之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)9192631770個(gè)周期的時(shí)間”。以此為標(biāo)準(zhǔn)定出的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為原子時(shí)秒。并自1972年1月1日零時(shí)起,時(shí)間單位秒由天文秒改為原子秒。這樣,時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)改為由頻率標(biāo)準(zhǔn)來定義,其標(biāo)準(zhǔn)度可達(dá)±5×10-14量級(jí),是所有其他物理量標(biāo)準(zhǔn)所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能及的。如今,銫原子鐘的精度已達(dá)10-13~10-14量級(jí),甚至更高,相當(dāng)于數(shù)十萬年乃至百萬年不差1s。銫原子鐘有大銫鐘和小銫鐘兩種,兩者的原理相同,大銫鐘都是安置于專用實(shí)驗(yàn)室的頻率基準(zhǔn),小銫鐘則可作為良好的頻率工作標(biāo)準(zhǔn)。氫原子鐘亦稱氫原子激射器。它是從氫原子中選出高能級(jí)的原子送入諧振腔,當(dāng)原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí),輻射出頻率準(zhǔn)確的電磁波,可用其作為頻率標(biāo)準(zhǔn)。氫原子鐘的短期穩(wěn)定度很好,可達(dá)10-14~10-15量級(jí); 但由于儲(chǔ)存泡壁移效應(yīng)等影響,其精度只能達(dá)到10-12量級(jí)。銣原子鐘是一種體積小、重量輕、便于攜帶的原子頻標(biāo),由于存在老化頻移等影響,其精度約為10-11量級(jí),只能作為工作標(biāo)準(zhǔn)。離子儲(chǔ)存頻標(biāo),亦稱離子阱頻標(biāo),該種頻標(biāo)存在的主要問題是儲(chǔ)存的離子與殘存氣體碰撞產(chǎn)生的碰撞頻移,以及由于儲(chǔ)存的離子數(shù)量少而使信噪比較低等。預(yù)計(jì)離子阱頻標(biāo)的精度可達(dá)10-15~10-16量級(jí),甚至更高。從基本原理和技術(shù)方案來看,離子阱頻標(biāo)的確有較大的發(fā)展?jié)摿,可能成為未來的時(shí)間頻率基準(zhǔn)。 3. 協(xié)調(diào)世界時(shí)(Coordinated Universal Time,UTC)世界時(shí)和原子時(shí)之間互有聯(lián)系,可以精確運(yùn)算,但不能彼此取代。原子時(shí)只能提供準(zhǔn)確的時(shí)間間隔,而世界時(shí)考慮了時(shí)刻和時(shí)間間隔。協(xié)調(diào)世界時(shí)秒是原子時(shí)和世界時(shí)折中的產(chǎn)物,即用閏秒的方法來對(duì)天文時(shí)進(jìn)行修正。這樣,國(guó)際上可采用協(xié)調(diào)世界時(shí)來發(fā)送時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),既擺脫了天文定義,又可使準(zhǔn)確度提高4~5個(gè)數(shù)量級(jí),F(xiàn)在,各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)號(hào)發(fā)播臺(tái)所發(fā)送的就是世界協(xié)調(diào)時(shí),其準(zhǔn)確度優(yōu)于±2×10-11量級(jí)。中國(guó)計(jì)量科學(xué)院、陜西天文臺(tái)、上海天文臺(tái)都建立了地方原子時(shí),參加了國(guó)際原子時(shí),與全世界200多臺(tái)原子鐘聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行加權(quán)平均修正,作為我國(guó)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)由中央人民廣播電臺(tái)發(fā)布。實(shí)際上,高度準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間信號(hào)主要通過無線電波的發(fā)射和傳播提供給使用部門。按其載波頻率可分為超高頻、高頻、低頻和甚低頻發(fā)播,分別由專用授時(shí)發(fā)播或?qū)Ш脚_(tái)、電視臺(tái)、通信衛(wèi)星等兼任。1999年,人們基于近周期量級(jí)飛秒激光脈沖技術(shù)提出并實(shí)現(xiàn)了用超穩(wěn)飛秒頻率梳測(cè)量光頻的嶄新方法。2002年以來,由于飛秒光梳的研制成功和迅速推廣應(yīng)用,“光鐘”成為國(guó)際計(jì)量科學(xué)發(fā)展的一個(gè)新熱點(diǎn),它以原子分子在光學(xué)波段的躍遷頻率(10-14~10-15)為頻率標(biāo)準(zhǔn)。光鐘的建立,有望使人類在頻率測(cè)量與實(shí)現(xiàn)方面的水平從10-18提高到10-22的量級(jí),國(guó)際計(jì)量局時(shí)頻委員會(huì)已計(jì)劃在2020年用光鐘替代原子鐘。至此已明確,時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和頻率標(biāo)準(zhǔn)具有同一性,可由時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn),也可由頻率標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),通常統(tǒng)稱為時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)。
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