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《電子測量技術(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。從實際應(yīng)用出發(fā)，系統(tǒng)地闡述了電子測量的方法，以及現(xiàn)代電子測量儀器的原理。全書分為10章，內(nèi)容包括：電子測量的基本概念、測量誤差和測量結(jié)果處理、頻率和時間的測量、電壓的測量、信號發(fā)生器、波形測試、阻抗測量、相位測量、頻域測量和數(shù)據(jù)域的測量。重點講述了電壓、頻率、時間、阻抗等主要物理量的基本測量原理和方法，以及示波器、信號源、頻率計等常規(guī)儀器的工作原理和使用方法。

第1章緒論

1.1電子測量概述

1.1.1測量與電子測量

1.1.2電子測量的內(nèi)容

1.1.3電子測量的特點

1.2電子測量的方法

1.3電子測量儀器概述

1.3.1電子測量儀器的功能

1.3.2電子測量儀器分類

1.3.3電子測量儀器的主要技術(shù)指標

1.3.4電子測量儀器的發(fā)展概況

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第2章測量誤差與數(shù)據(jù)處理

2.1測量誤差的基礎(chǔ)知識

2.1.1研究測量誤差的目的

2.1.2測量的基本概念

2.1.3誤差的表示方法

2.1.4測量誤差的來源

2.1.5測量誤差的分類

2.2隨機誤差的分析

2.2.1隨機誤差的統(tǒng)計處理

2.2.2隨機誤差的分布

2.2.3有限次測量的計算方法

2.2.4測量結(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最佳測量方案的選擇

2.6測量數(shù)據(jù)的處理

2.6.1測量結(jié)果的評價

2.6.2有效數(shù)字的處理

2.6.3等精度測量結(jié)果的處理

2.6.4非等精度測量結(jié)果的處理

本章小結(jié)

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第3章頻率與時間測量技術(shù)

3.1概述

3.1.1時頻基準

3.1.2頻率與時間測量的特點

3.1.3頻率與時間測量的方法

3.2電子計數(shù)法測量頻率

3.2.1測頻基本原理

3.2.2測頻結(jié)構(gòu)組成

3.2.3測頻誤差分析

3.3電子計數(shù)法測量周期

3.3.1測周基本原理

3.3.2測周誤差分析

3.3.3中界頻率

3.4電子計數(shù)法測量時間間隔

3.4.1時間間隔測量原理

3.4.2測量時間間隔的誤差分析

3.4.3測量時間間隔的應(yīng)用

3.5通用計數(shù)器

3.5.1電子計數(shù)器的分類

3.5.2電子計數(shù)器的主要技術(shù)指標

3.5.3通用計數(shù)器的功能

3.6頻率測量的其他方法

3.6.1諧振法測量頻率

3.6.2電橋法測量頻率

3.6.3頻率電壓（FU）變換法

3.6.4拍頻法測量頻率

3.6.5差頻法測量頻率

3.6.6示波法測量頻率

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第4章電壓測量技術(shù)

4.1概述

4.1.1電壓測量的基本要求

4.1.2電壓測量儀表的分類

4.2直流電壓的模擬式測量

4.2.1磁電式表頭

4.2.2動圈式電壓表

4.2.3電子電壓表

4.3交流電壓的模擬式測量

4.3.1交流電壓的表征

4.3.2交流電壓的測量方法

4.4電壓的數(shù)字式測量

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

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第5章信號發(fā)生器

5.1概述

5.1.1信號發(fā)生器的用途

5.1.2信號發(fā)生器的分類

5.1.3信號發(fā)生器的參數(shù)指標

5.2低頻及高頻信號發(fā)生器

5.2.1低頻信號發(fā)生器

5.2.2高頻信號發(fā)生器

5.2.3脈沖信號發(fā)生器

5.3合成信號發(fā)生器

5.3.1合成信號發(fā)生器的原理及技術(shù)指標

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

5.4.3任意波形發(fā)生器的波形編輯功能

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第6章波形測試技術(shù)

6.1概述

6.1.1示波器的特點

6.1.2示波器的分類

6.1.3示波器的主要技術(shù)指標

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

6.6數(shù)字存儲示波器

6.6.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理

6.6.2主要性能指標

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用示波器測量電壓

6.7.3用示波器測量周期和時間間隔

6.7.4用示波器測量頻率

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第7章阻抗測量技術(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阻抗的測量方法

7.2電橋法測量阻抗

7.2.1電橋法測量阻抗的原理

7.2.2電橋法測量電阻

7.2.3電橋法測量電容

7.2.4電橋法測量電感

7.2.5自動平衡電橋(手持數(shù)字電橋)

7.3諧振法測量阻抗

7.3.1諧振法測量阻抗的原理

7.3.2諧振法測量電感

7.3.3諧振法測量電容

7.3.4Q表的工作原理

7.4阻抗的數(shù)字化測量方法

7.4.1阻抗時間變換法測量阻抗

7.4.2阻抗電壓變換法測量阻抗

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第8章相位差測量技術(shù)

8.1概述

8.2用示波器測量相位差

8.2.1直接比較法

8.2.2橢圓法

8.3相位差的數(shù)字化測量

8.3.1相位時間變換式數(shù)字相位差計

8.3.2相位電壓變換式數(shù)字相位計

8.4相位差測量系統(tǒng)的性能指標

8.5相位計的分類

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第9章頻域測量技術(shù)

9.1線性系統(tǒng)幅頻特性的測量

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

9.5頻譜儀的應(yīng)用

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第10章數(shù)據(jù)域測量技術(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

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測量新技術(shù)簡介

10.3.1智能儀器

10.3.2虛擬儀器

10.3.3自動測試系統(tǒng)

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附錄A正態(tài)分布在對稱區(qū)間的積分表

附錄Bt分布在對稱區(qū)間的積分表

參考文獻

第3章CHAPTER 3

頻率與時間測量技術(shù)

第3章頻率與時間測量技術(shù)學(xué)習(xí)要點 了解時頻測量的特點及測量方法；  掌握電子計數(shù)法測量頻率的工作原理以及誤差的來源；  掌握電子計數(shù)法測量周期原理、誤差分析及削弱方法；  掌握中界頻率的確定及應(yīng)用；  掌握電子計數(shù)法測量時間間隔原理、誤差分析及削弱方法；  掌握電子計數(shù)法測量上升時間的工作原理；  了解通用電子計數(shù)器的主要技術(shù)指標及功能；  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量頻率原理。

頻率與時間測
量技術(shù)概述.mp4

3.1概述時間與頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域兩個重要的基本參量，時間是國際單位制中七個基本物理量之一，頻率是時間的導(dǎo)出量，在通信、航空航天、軍事、醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都存在時頻測量。目前，在電子測量中，時間和頻率的測量精度是最高的。因此，時間與頻率的測量在電子測量領(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)換為頻率或時間進行測量，以提高測量的準確度。3.1.1時頻基準時間的單位是秒（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（Universal Time，UT）最早的時間（頻率）標準是由天文觀測得到的，以地球自轉(zhuǎn)周期為標準而測定的時間稱為世界時（UT）。當(dāng)?shù)厍蚶@軸自轉(zhuǎn)一周，地球上任何地點的人連續(xù)兩次看見太陽在天空中同一位置的時間間隔為一個平太陽日。1820年法國科學(xué)院正式提出：一個平太陽日的1/86400為一個平太陽秒，稱為世界時的1s。這種直接通過天文觀察而測定的時間稱為零類世界時（UT0）。其準確度在10-6量級。后來，對地球自轉(zhuǎn)軸微小移動（稱極移）效應(yīng)進行了校正，得到第一類世界時（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稱為第二類世界時（UT2），其準確度在3×10-8量級。然而地球自轉(zhuǎn)是不均勻的，為了得到更準確的均勻不變的時間標準，國際天文學(xué)會定義了地球繞太陽公轉(zhuǎn)為標準的計時系統(tǒng)，稱為歷書時ET。并在1960國際計量大會上正式定義1900年1月1日0時起的回歸年長度的31556925.974 7分之一為1s，這種秒稱為歷書時秒，同時規(guī)定86400歷書時秒為1歷書日。這是個不變的量，在理論上是一種均勻時標，但觀測困難，過程復(fù)雜。而且不能立即得到，利用三年中對太陽和月亮的綜合觀測資料歸納計算才能得到10-9的準確度。
2. 原子時（Atomic Time，AT）為了尋求更加恒定，又能迅速標定的時間標準，人們從宏觀世界轉(zhuǎn)向微觀世界，利用原子能級躍遷頻率作為計時標準。1967年10月，第十三屆國際計量大會正式通過了秒的定義： “秒是Cs133原子基態(tài)的兩個超精細結(jié)構(gòu)能級［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個周期的時間”。以此為標準定出的時間標準為原子時秒。并自1972年1月1日零時起，時間單位秒由天文秒改為原子秒。這樣，時間標準改為由頻率標準來定義，其標準度可達±5×10-14量級，是所有其他物理量標準所遠遠不能及的。如今，銫原子鐘的精度已達10-13~10-14量級，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驗室的頻率基準，小銫鐘則可作為良好的頻率工作標準。氫原子鐘亦稱氫原子激射器。它是從氫原子中選出高能級的原子送入諧振腔，當(dāng)原子從高能級躍遷到低能級時，輻射出頻率準確的電磁波，可用其作為頻率標準。氫原子鐘的短期穩(wěn)定度很好，可達10-14~10-15量級；但由于儲存泡壁移效應(yīng)等影響，其精度只能達到10-12量級。銣原子鐘是一種體積小、重量輕、便于攜帶的原子頻標，由于存在老化頻移等影響，其精度約為10-11量級，只能作為工作標準。離子儲存頻標，亦稱離子阱頻標，該種頻標存在的主要問題是儲存的離子與殘存氣體碰撞產(chǎn)生的碰撞頻移，以及由于儲存的離子數(shù)量少而使信噪比較低等。預(yù)計離子阱頻標的精度可達10-15~10-16量級，甚至更高。從基本原理和技術(shù)方案來看，離子阱頻標的確有較大的發(fā)展?jié)摿�，可能成為未來的時間頻率基準。
3. 協(xié)調(diào)世界時（Coordinated Universal Time，UTC）世界時和原子時之間互有聯(lián)系，可以精確運算，但不能彼此取代。原子時只能提供準確的時間間隔，而世界時考慮了時刻和時間間隔。協(xié)調(diào)世界時秒是原子時和世界時折中的產(chǎn)物，即用閏秒的方法來對天文時進行修正。這樣，國際上可采用協(xié)調(diào)世界時來發(fā)送時間標準，既擺脫了天文定義，又可使準確度提高4~5個數(shù)量級�，F(xiàn)在，各國標準時號發(fā)播臺所發(fā)送的就是世界協(xié)調(diào)時，其準確度優(yōu)于±2×10-11量級。中國計量科學(xué)院、陜西天文臺、上海天文臺都建立了地方原子時，參加了國際原子時，與全世界200多臺原子鐘聯(lián)網(wǎng)進行加權(quán)平均修正，作為我國時間標準由中央人民廣播電臺發(fā)布。實際上，高度準確的標準頻率和時間信號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，分別由專用授時發(fā)播或?qū)Ш脚_、電視臺、通信衛(wèi)星等兼任。1999年，人們基于近周期量級飛秒激光脈沖技術(shù)提出并實現(xiàn)了用超穩(wěn)飛秒頻率梳測量光頻的嶄新方法。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”成為國際計量科學(xué)發(fā)展的一個新熱點，它以原子分子在光學(xué)波段的躍遷頻率（10-14~10-15）為頻率標準。光鐘的建立，有望使人類在頻率測量與實現(xiàn)方面的水平從10-18提高到10-22的量級，國際計量局時頻委員會已計劃在2020年用光鐘替代原子鐘。至此已明確，時間標準和頻率標準具有同一性，可由時間標準導(dǎo)出頻率標準，也可由頻率標準導(dǎo)出時間標準，通常統(tǒng)稱為時頻標準。

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