第八章数字化测量技术 发展概况: >测量是获得信息的重要手段。在自动化信息化社 会中,要求测量的精度高、速度快,要求实现测 量自动化。同时,被测对象范围也不断扩大,由 单一物理量扩展为多个物理量,由静态量扩展为 动态量。对于这样的测量任务,传统的模拟指针 式仪表是无法完成的。数字化测量技术正是适应 这一需要而发展起来的 数字化测量是将被测的连续物理量转化为相应的 量子化的离散的物理量,以数字的形式进行编码 传输、存储、数据处理和显示的测量方法。数字 楼绷 量原理、方法及仪器结构等方面完全不同于 的指针式仪表
第八章 数字化测量技术 ➢ 发展概况： ➢ 测量是获得信息的重要手段。在自动化信息化社 会中，要求测量的精度高、速度快，要求实现测 量自动化。同时，被测对象范围也不断扩大，由 单一物理量扩展为多个物理量，由静态量扩展为 动态量。对于这样的测量任务，传统的模拟指针 式仪表是无法完成的。数字化测量技术正是适应 这一需要而发展起来的。 ➢ 数字化测量是将被测的连续物理量转化为相应的 量子化的离散的物理量，以数字的形式进行编码、 传输、存储、数据处理和显示的测量方法。数字 化测量原理、方法及仪器结构等方面完全不同于 传统的指针式仪表
数字化测量技术发展概况 它具有测量速度快、精确度高、操作方便等优点。 数字化测量将被测量转换成数字量后,可直接送 到计算机中进行数据处理或实时控制。因此,数 字化测量技术广泛应用于数字仪表、非电量测量 数据采集系统、自动控制等各个领域。 >数字化测量技术的发展与电子技术、计算机的发 展密切相关,自1952年世界上第一台数字电 压表问世以来,数字仪表所用的器件经历了由电 子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路、专 用集成电路的演变历程。70年代由于微处理器 和微型计算机的出现智能仪器
数字化测量技术发展概况 ➢ 它具有测量速度快、精确度高、操作方便等优点。 数字化测量将被测量转换成数字量后，可直接送 到计算机中进行数据处理或实时控制。因此，数 字化测量技术广泛应用于数字仪表、非电量测量、 数据采集系统、自动控制等各个领域。 ➢ 数字化测量技术的发展与电子技术、计算机的发 展密切相关，自１９５２年世界上第一台数字电 压表问世以来，数字仪表所用的器件经历了由电 子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路、专 用集成电路的演变历程。７０年代由于微处理器 和微型计算机的出现智能仪器
数字仪表的特点 >1准确度高如现代数字电压表测量直流的准确 度可以达到满度的0001%,甚至更高。数字式 频率的准确度可以达到1×10-。$ 2输入阻抗高,吸收被测量功率很少。如在现代 的数字电压表中,基本量限的输入阻抗高达 25000MΩ。 3由于测量结果直接以数字形式给出,所以示数 读出方便,没有读数误差。 >4测量速度快。数字电压表的最高测量速度可达 每秒钟几万到几十万次
数字仪表的特点 ➢ 1.准确度高__如现代数字电压表测量直流的准确 度可以达到满度的0.001％，甚至更高。数字式 频率的准确度可以达到１×１０-9 。$ ➢ 2.输入阻抗高，吸收被测量功率很少。如在现代 的数字电压表中，基本量限的输入阻抗高达 25000ＭΩ。 ➢ 3.由于测量结果直接以数字形式给出，所以示数 读出方便，没有读数误差。 ➢ 4.测量速度快。数字电压表的最高测量速度可达 每秒钟几万到几十万次
数字仪表的特点 >5.灵敏度高。现代积分式数字电压表的分辨率可 达001μV。 >6数字仪表操作简单,测量过程自动化,可以自 动地判断极性、切换量限。目前,带有微机处理 器的数字仪表具有自动校零、自动校准、补偿非 线性和提供自动打印及数码输出等功能。 >7.可以方便地与计算机配合。数字仪表可以通过 输出接口把测量结果直接送给计算机,以便进 步计算和控制
数字仪表的特点 ➢ 5.灵敏度高。现代积分式数字电压表的分辨率可 达0.01μＶ。 ➢ 6.数字仪表操作简单，测量过程自动化，可以自 动地判断极性、切换量限。目前，带有微机处理 器的数字仪表具有自动校零、自动校准、补偿非 线性和提供自动打印及数码输出等功能。 ➢ 7.可以方便地与计算机配合。数字仪表可以通过 输出接口把测量结果直接送给计算机，以便进一 步计算和控制
连续量的不连续表示方法-离散化1 时间离散: 自然界中各种物质的量一般是连续的。所谓连续, 是指一个量X(t)在某一时段T的无穷多个时刻上 具有无穷多个值,这些无穷多个值不超过某一个 已知的范围。自然界中也有以不连续形式出现的 物理量,特别是在微观世界中更是多见,但在日 常生活、生产和科研活动中较少遇到,因此有必 要讨论一直连续量转化为数字量的方法。 >根据上述连续量的定义,一个连续量X(t)可以用 图81-1表示。它在时段T和范围A内是连续的
连续量的不连续表示方法-离散化1 ➢ 时间离散： ➢ 自然界中各种物质的量一般是连续的。所谓连续， 是指一个量X(t)在某一时段Ｔ的无穷多个时刻上 具有无穷多个值，这些无穷多个值不超过某一个 已知的范围。自然界中也有以不连续形式出现的 物理量，特别是在微观世界中更是多见，但在日 常生活、生产和科研活动中较少遇到，因此有必 要讨论一直连续量转化为数字量的方法。 ➢ 根据上述连续量的定义，一个连续量X(t)可以用 图8.1-1表示。它在时段Ｔ和范围Ａ内是连续的
连续量的不连续表示方法-离散化2 >如果不是在无穷多个时刻上,而是在相隔△T和 若干个有限个数的时刻上去测量并确定X(t),则 可以得到相应各时刻的X1,X2,…,Xmn,它们将 以自己的群体来代替X(t)。于是,我们得到的已 不是真正的连续量X(t),而是在时间上的不连续 量X(t),这样的量称为离散化的量,时间间隔△ T称为“步距”。由图81-2可见,在平面坐标 上,被离散化了的连续量变成一系列的断续的点 而不再是一条曲线。显然,步距相等的相邻两个 离散量之间的差值不一定相等
连续量的不连续表示方法-离散化2 ➢ 如果不是在无穷多个时刻上，而是在相隔△Ｔ和 若干个有限个数的时刻上去测量并确定X(t)，则 可以得到相应各时刻的X1，X2，…Xn，它们将 以自己的群体来代替X(t)。于是，我们得到的已 不是真正的连续量X(t)，而是在时间上的不连续 量X(t)，这样的量称为离散化的量，时间间隔△ Ｔ称为“步距”。由图8.1-2可见，在平面坐标 上，被离散化了的连续量变成一系列的断续的点 而不再是一条曲线。显然，步距相等的相邻两个 离散量之间的差值不一定相等
连续量的—时间离散化 X() X() x 连续量 连续量的时间离散化
连续量的——时间离散化 连续量 连续量的时间离散化
连续量的不连续表示方法-量子化1 任何测量仪器的分辨率不可以小到等于零。仪器 只能对大于其分辨力的被测量增量△X作出响应。 因此,若将仪器的测量结果看作是若干个数目的 分辨力的累加,即虽然对被测量在时间上是连续 地观测,而测量结果却是呈阶梯形变化。如图 81-3所示的那样,这种幅值按△X增减变化的量 称为量子化的量。两个阶梯的差距△X称为“级 距”。在数字化仪器中,测量结果的显示完全量 子化了,数字仪表的量子值一般为读数最后一位 的一个单位值
连续量的不连续表示方法-量子化1 ➢ 任何测量仪器的分辨率不可以小到等于零。仪器 只能对大于其分辨力的被测量增量△X作出响应。 因此，若将仪器的测量结果看作是若干个数目的 分辨力的累加，即虽然对被测量在时间上是连续 地观测，而测量结果却是呈阶梯形变化。如图 8.1-3所示的那样，这种幅值按△X增减变化的量 称为量子化的量。两个阶梯的差距△X称为“级 距”。在数字化仪器中，测量结果的显示完全量 子化了，数字仪表的量子值一般为读数最后一位 的一个单位值
连续量的不连续表示方法-量子化2 从图8.1-2和图8.1-3可见,离散化或 量子化后的量已经不能完全反映连续量X(t的真 实情况,丢去了X(t的若干信息。在数字化测量 仪器中,一个连续的被测量每隔一定时间间隔 △T被采样或被测量一次,实际上是把被测量离 散化了。同时又以数字或数码的形式显示测量结 果,是把连续量量子化了。因此,在数字化测量 仪器中,离散化过程和量子化过程是同时存在的, 图81-4说明这个问题
连续量的不连续表示方法-量子化2 ➢ 从图８．１－２和图８．１－３可见，离散化或 量子化后的量已经不能完全反映连续量X(t)的真 实情况，丢去了X(t)的若干信息。在数字化测量 仪器中，一个连续的被测量每隔一定时间间隔 △T被采样或被测量一次，实际上是把被测量离 散化了。同时又以数字或数码的形式显示测量结 果，是把连续量量子化了。因此，在数字化测量 仪器中，离散化过程和量子化过程是同时存在的， 图8.1-4说明这个问题
幅值量子化 x(!) △X x 1
幅值-量子化