《电子测量原理》课程教学大纲 课程编号:07082004 开课单位:自动化工程学院 学时数:60课堂授课12实验学时学分数:4 开课学期:第5学期 适用专业:测控技术及仪器专业,自动化专业,通信工程专业,电子信息工程专业, 电子科学与技术专业,电气工程及自动化专业,探测制导与控制技术 先修课程:模拟电路、数字电路、概率论、信号与系统、微机原理 执笔者:童玲,田雨 编写日期:2012/12/2审核人:田书林 一、课程性质和目标 授课对象:本科 课程类别:专业核心课 教学目标:通过对《电子测量原理》的学习,培养学生具有电子测量技术和仪器方面的 基础知识和应用能力:开拓学生思路,培养综合应用知识的能力和实践能力:培养学生严肃 认真,求实求真的科学作风,为后续专业课程的学习和从事测量技术与仪器的研发工作打下 基础。最终实现培养具有扎实的电子测量基础理论、具备熟练使用和操作相关电子测量仪器、 具有研发相关电子测量仪器能力人才的教学目标。 二、课程内容安排和要求 (一)教学内容及要求 本课程的教学内容共分10章,包括以下七部分内容:电子测量基本原理、测量误差与 数据处理、基本电参量测量、时域测量、频域测量、信号产生以及网络分析。各部分教学内 容分别如下: 第1章.测量的基本原理 (1)了解测量的基本概念、基本要素,测量误差的基本概念和计算方法。 (2)了解计量的基本概念,单位和单位制,基准和标准,量值的传递准则。 (3)理解测量的基本原理,信息获取原理和量值比较原理。 (4)掌握电子测量的实现原理:变换、比较、处理、显示技术。 第2章.测量方法与测量系统 (1)电子测量的概念和基本特点,电能量参数测量,电路参数测量,电信号特征参数测 量,电子设备测量。 (2)电子测量的对象一一信号与系统。信号的分类,系统的分类。 (3)测量方法。直接测量与间接测量,有源量测量与无源量测量,集中式与分布式测量, 频域、时域、数据域测量的概念和基本方法,动态测量和静态测量,常见的动态参数和静态 参数是重点。 第3章,测量误差及数据处理 (1)了解与掌握测量误差的分类、估计和处理:随机误差的统计特性及减少方法,系统 误差的判断及消除方法,粗大误差及判断准则。测量结果的处理步骤,等精度测量和不等精 度测量
《电子测量原理》课程教学大纲 课程编号:07082004 开课单位:自动化工程学院 学 时 数:60 课堂授课 12 实验学时 学 分 数:4 开课学期:第 5 学期 适用专业:测控技术及仪器专业,自动化专业,通信工程专业,电子信息工程专业, 电子科学与技术专业,电气工程及自动化专业,探测制导与控制技术 先修课程:模拟电路、数字电路、概率论、信号与系统、微机原理 执 笔 者:童玲,田雨 编写日期:2012/12/2 审核人:田书林 一、课程性质和目标 授课对象:本科 课程类别:专业核心课 教学目标:通过对《电子测量原理》的学习,培养学生具有电子测量技术和仪器方面的 基础知识和应用能力;开拓学生思路,培养综合应用知识的能力和实践能力;培养学生严肃 认真,求实求真的科学作风,为后续专业课程的学习和从事测量技术与仪器的研发工作打下 基础。最终实现培养具有扎实的电子测量基础理论、具备熟练使用和操作相关电子测量仪器、 具有研发相关电子测量仪器能力人才的教学目标。 二、课程内容安排和要求 (一)教学内容及要求 本课程的教学内容共分 10 章,包括以下七部分内容:电子测量基本原理、测量误差与 数据处理、基本电参量测量、时域测量、频域测量、信号产生以及网络分析。各部分教学内 容分别如下: 第 1 章.测量的基本原理 (1)了解测量的基本概念、基本要素,测量误差的基本概念和计算方法。 (2)了解计量的基本概念,单位和单位制,基准和标准,量值的传递准则。 (3)理解测量的基本原理,信息获取原理和量值比较原理。 (4)掌握电子测量的实现原理:变换、比较、处理、显示技术。 第 2 章. 测量方法与测量系统 (1)电子测量的概念和基本特点,电能量参数测量,电路参数测量,电信号特征参数测 量,电子设备测量。 (2)电子测量的对象——信号与系统。信号的分类,系统的分类。 (3)测量方法。直接测量与间接测量,有源量测量与无源量测量,集中式与分布式测量, 频域、时域、数据域测量的概念和基本方法,动态测量和静态测量,常见的动态参数和静态 参数是重点。 第 3 章.测量误差及数据处理 (1)了解与掌握测量误差的分类、估计和处理:随机误差的统计特性及减少方法,系统 误差的判断及消除方法,粗大误差及判断准则。测量结果的处理步骤,等精度测量和不等精 度测量
(2)了解测量不确定度概念和分类,标准不确定度的A类评定方法和B类评定方法:合 成标准不确定度的计算方法:扩展不确定度的确定方法。测量不确定度的评定步骤。 (3)了解有效数字的处理,测量数据的表示方法:一元线性回归法、端点法、平均选点 法、最小二乘法。 第4章。时间与颜率的测量 (1)了解时间、频率的基本概念、时间与频率标准。 (2)掌握频率和时间的数字测量原理和模拟测量原理,电子计数器的组成原理,误差分 析。 (3)理解高分辨时间和频率测量技术,闸门同步测量技术、内插法、游标法。 (4)了解微波频率测量技术,变频法、置换法。 第5章.电压测量 (1)了解电压测量的意义、特点,电压测量的基本原理、方法和分类,电压标准。 (2)了解交流电压的基本参数:实现交流电压检波(AC一DC)原理。 (3)重点掌握DVM的组成原理及主要性能指标,A/D转换原理:逐次逼近比较式、单斜 式双斜积分式、三斜积分式。 (4)理解电流、电压、阻抗(AVO)变换技术,数字多用表的组成方框,测量电路,数字 电压表测量的不确定度及自动校准、自动量程技术。 (5)了解串模干扰和共模干扰的概念和抑制措施。 第6章.阻抗测量 (1)了解阻抗定义及表示方法,电阻器、电容器、电感器的电路模型,元件参数的测量 原理和方法概述,仪器分类,水平及应用。 (2)了解阻抗的模拟测量法:电压电流法、电桥法、谐振法、变换法(Ω一f,Ω一T), Q值测量。 (3)掌握阻抗的数字测量法原理,数字LCR测量仪。 第7章.信号波形测量 (1)了解示波器的功能、分类和发展。 (2)理解模拟示波器的组成,CT显示原理,垂直系统和水平系统电路原理。 (3)了解实时取样和等效取样原理,取样示波器组成原理。 (4)理解数字存储示波器组成和工作原理,及特点和指标。 (5)掌握示波器的应用:测量脉冲和正弦信号参数,测量晶体管特性曲线。 (6)了解时域测试方法和应用。 第8章.信号的产生 (1)了解信号源作用和组成及分类,正弦信号源的性能指标。 (2)了解正弦、脉冲及函数发生器的组成、原理。 (3)掌握频率合成原理、分类、特点和发展,锁相环(PLL)的基本工作原理及性能(分 辨力和频率范围),锁相环的几种基本形式。 (4)了解小数分频技术
(2)了解测量不确定度概念和分类,标准不确定度的 A 类评定方法和 B 类评定方法;合 成标准不确定度的计算方法;扩展不确定度的确定方法。测量不确定度的评定步骤。 (3)了解有效数字的处理,测量数据的表示方法:一元线性回归法、端点法、平均选点 法、最小二乘法。 第 4 章.时间与频率的测量 (1)了解时间、频率的基本概念、时间与频率标准。 (2)掌握频率和时间的数字测量原理和模拟测量原理,电子计数器的组成原理,误差分 析。 (3)理解高分辨时间和频率测量技术,闸门同步测量技术、内插法、游标法。 (4)了解微波频率测量技术,变频法、置换法。 第 5 章.电压测量 (1)了解电压测量的意义、特点,电压测量的基本原理、方法和分类,电压标准。 (2)了解交流电压的基本参数;实现交流电压检波(AC—DC)原理。 (3)重点掌握 DVM 的组成原理及主要性能指标,A/D 转换原理:逐次逼近比较式、单斜 式双斜积分式、三斜积分式。 (4)理解电流、电压、阻抗(AVO)变换技术,数字多用表的组成方框,测量电路,数字 电压表测量的不确定度及自动校准、自动量程技术。 (5)了解串模干扰和共模干扰的概念和抑制措施。 第 6 章.阻抗测量 (1)了解阻抗定义及表示方法,电阻器、电容器、电感器的电路模型,元件参数的测量 原理和方法概述,仪器分类,水平及应用。 (2)了解阻抗的模拟测量法:电压电流法、电桥法、谐振法、变换法(Ω 一 f,Ω 一 T), Q 值测量。 (3) 掌握阻抗的数字测量法原理,数字 LCR 测量仪。 第 7 章.信号波形测量 (1) 了解示波器的功能、分类和发展。 (2) 理解模拟示波器的组成,CRT 显示原理,垂直系统和水平系统电路原理。 (3) 了解实时取样和等效取样原理,取样示波器组成原理。 (4) 理解数字存储示波器组成和工作原理,及特点和指标。 (5) 掌握示波器的应用:测量脉冲和正弦信号参数,测量晶体管特性曲线。 (6) 了解时域测试方法和应用。 第 8 章.信号的产生 (1)了解信号源作用和组成及分类,正弦信号源的性能指标。 (2)了解正弦、脉冲及函数发生器的组成、原理。 (3)掌握频率合成原理、分类、特点和发展,锁相环(PLL)的基本工作原理及性能(分 辨力和频率范围),锁相环的几种基本形式。 (4)了解小数分频技术
(5)了解直接数字合成(DDS)基本原理,DDS的性能,任意函数发生器(AFG)或任意波 形发生器(AWG)简介。 第9章.信号分析和频域测量 (1)了解信号分析和信号频谱的概念,周期信号、非周期信号和离散时间信号的频谱。 信号谱分析的内容,频谱分析仪的分类。 (2)掌握付里叶分析仪(FFT分析议)的原理,性能指标。 (3)掌握扫频外差式频谱仪组成,基本工作原理,性能 (4)了解谐波失真度的定义,谐波失真度测量方法,失真度测试仪主要技术指标和组成 原理 第10章线性系统频率特性测量和网络分析 (1)理解线性系统的幅频特性、相频特性测量,扫频信号源: (2)了解网络分析的基本概念,反射参数、传输参数测试。 (二)学时分配 课堂授课60学时,课堂讲授学时分配如下: 章目内容 学时数 教学方法 第1章测量的基本原理 1 课堂授课(多媒体) 第2章测量方法与测量系统 1 课堂授课(多媒体) 第3章测量误差及数据处理 6 课堂授课(多媒体) 第4章时间与频率的测量 6 课堂授课(多媒体) 第5章电压测量 6 课堂授课(多媒体) 第6章阻抗测量 2 课堂授课(多媒体) 第7章信号波形测量 16 课堂授课(多媒体) 第8章信号的产生 8 课堂授课(多媒体) 第9章信号分析和频域测量 8 课堂授课(多媒体) 第10章线性系统频率特性测量和网络分析 6 课堂授课(多媒体) (三)实践性教学环节和要求 实践性教学环节共12学时,学时分配如下: (1)选频电路及频率参数测试实验(3学时) 内容:使用直流电源、频谱分析仪、信号源分别用点频法、扫频法完成实验电路板并联 谐振回路谐振曲线的测试并计算Q值。 要求:掌握频谱分析仪的基本测量过程,包括频率设置、标记频点等仪器功能:学习 信号发生器的使用,输入信号的幅度频率调节设置:理解并联谐振的特点及改变频率特性的 方法:理解R、L、C元件在交流电路中的作用及分析方法,加强对正弦稳态电路中电压、电 流相量分析的理解:掌握频率特性测试的测试内容:掌握频率特性测试的测试方法:了解 小信号调谐放大器的工作原理。 (2)基本电参量测量实验(3学时)
(5)了解直接数字合成(DDS)基本原理,DDS 的性能,任意函数发生器(AFG)或任意波 形发生器(AWG)简介。 第 9 章.信号分析和频域测量 (1)了解信号分析和信号频谱的概念,周期信号、非周期信号和离散时间信号的频谱。 信号谱分析的内容,频谱分析仪的分类。 (2)掌握付里叶分析仪(FFT 分析议)的原理,性能指标。 (3)掌握扫频外差式频谱仪组成,基本工作原理,性能 (4)了解谐波失真度的定义,谐波失真度测量方法,失真度测试仪主要技术指标和组成 原理 第 10 章 线性系统频率特性测量和网络分析 (1) 理解线性系统的幅频特性、相频特性测量,扫频信号源。 (2) 了解网络分析的基本概念,反射参数、传输参数测试。 (二)学时分配 课堂授课 60 学时,课堂讲授学时分配如下: 章目 内 容 学时数 教学方法 第 1 章 测量的基本原理 1 课堂授课(多媒体) 第 2 章 测量方法与测量系统 1 课堂授课(多媒体) 第 3 章 测量误差及数据处理 6 课堂授课(多媒体) 第 4 章 时间与频率的测量 6 课堂授课(多媒体) 第 5 章 电压测量 6 课堂授课(多媒体) 第 6 章 阻抗测量 2 课堂授课(多媒体) 第 7 章 信号波形测量 16 课堂授课(多媒体) 第 8 章 信号的产生 8 课堂授课(多媒体) 第 9 章 信号分析和频域测量 8 课堂授课(多媒体) 第 10 章 线性系统频率特性测量和网络分析 6 课堂授课(多媒体) (三)实践性教学环节和要求 实践性教学环节共 12 学时,学时分配如下: (1)选频电路及频率参数测试实验(3 学时) 内容:使用直流电源、频谱分析仪、信号源分别用点频法、扫频法完成实验电路板并联 谐振回路谐振曲线的测试并计算 Q 值。 要求:掌握频谱分析仪的基本测量过程,包括频率设置、标记频点等仪器功能; 学习 信号发生器的使用,输入信号的幅度频率调节设置;理解并联谐振的特点及改变频率特性的 方法;理解 R、L、C 元件在交流电路中的作用及分析方法,加强对正弦稳态电路中电压、电 流相量分析的理解;掌握频率特性测试的测试内容;掌握频率特性测试的测试方法; 了解 小信号调谐放大器的工作原理。 (2)基本电参量测量实验(3 学时)
内容:使用直流电源、任意波形发生器、数字存储示波器完成实验电路板上三角波、方 波、正弦波电路的测量并记录波形的关键参数。使用电桥法测量电容、电感。 要求:熟悉三角波,方波,正弦波发生电路,掌握其电路原理:掌握函数/任意波形发 生器和数字存储示波器的使用方法:通过不同的电路实现波形的转换,并测量其波形主要参 数:掌握交流电桥结构特点:学习和掌握交流电桥的平衡及调节平衡的方法,掌握交流电桥 测电感、电容的方法 (3)简易F接收机测量(3学时) 内容:使用频谱仪测量R℉接收机的接收灵敏度、接收带宽以及动态范围。 要求:理解RF接收机的接收灵敏度、带宽以及动态范围的物理意义:掌握频谱分析仪 的基本操作方法:掌握RF接收机的工作原理及组成:掌握RF接收机的测试方法:掌握调 频接收机的设计方法。 (4)微带巴伦电路频响测量(3学时) 内容:使用频谱仪、高频信号发生器测量无源微带巴伦电路的幅频特性。 要求:了解微带巴伦电路的原理:了解高频测量频响特性的注意事项:掌握频谱分析仪 高频信号发生器的连接和设置方法:掌握频谱分析仪测量电路频响特性的方法。 三、考核方式 平时成绩25%,实验15%,期末考试60% (1)平时成绩主要以考勤和各章作业、报告为考核依据,比重25%: (2)实验成绩主要以实验结果和实验报告作为考核依据,比重15%: (3)期末考试比重占总成绩60%,闭卷考试,卷面满分100分,120分钟考试时间。 四、教材及参考资料 主讲教材: 古天祥等编著,电子测量原理(第1版),机械工业出版社出版,2004.9。 辅助教材: 田书林等编著,电子测量技术(第1版),机械工业出版社,2012,5。 参考资料: 1.《电子测量原理》精品课程网站 2.蒋换文,孙续编著,电子测量(第2版),中国计量出版社,1988 3.陈光禹,王厚军等编著,现代测试技术(第1版),电子科技大学出版社,2002
内容:使用直流电源、任意波形发生器、数字存储示波器完成实验电路板上三角波、方 波、正弦波电路的测量并记录波形的关键参数。使用电桥法测量电容、电感。 要求:熟悉三角波,方波,正弦波发生电路,掌握其电路原理;掌握函数/任意波形发 生器和数字存储示波器的使用方法;通过不同的电路实现波形的转换,并测量其波形主要参 数;掌握交流电桥结构特点;学习和掌握交流电桥的平衡及调节平衡的方法,掌握交流电桥 测电感、电容的方法 (3)简易 RF 接收机测量(3 学时) 内容:使用频谱仪测量 RF 接收机的接收灵敏度、接收带宽以及动态范围。 要求:理解 RF 接收机的接收灵敏度、带宽以及动态范围的物理意义;掌握频谱分析仪 的基本操作方法;掌握 RF 接收机的工作原理及组成;掌握 RF 接收机的测试方法; 掌握调 频接收机的设计方法。 (4)微带巴伦电路频响测量(3 学时) 内容:使用频谱仪、高频信号发生器测量无源微带巴伦电路的幅频特性。 要求:了解微带巴伦电路的原理;了解高频测量频响特性的注意事项;掌握频谱分析仪、 高频信号发生器的连接和设置方法;掌握频谱分析仪测量电路频响特性的方法。 三、考核方式 平时成绩 25%,实验 15%,期末考试 60% (1)平时成绩主要以考勤和各章作业、报告为考核依据,比重 25%; (2)实验成绩主要以实验结果和实验报告作为考核依据,比重 15%; (3)期末考试比重占总成绩 60%,闭卷考试,卷面满分 100 分,120 分钟考试时间。 四、教材及参考资料 主讲教材: 古天祥等编著,电子测量原理(第 1 版),机械工业出版社出版,2004.9。 辅助教材: 田书林等编著,电子测量技术(第 1 版),机械工业出版社,2012,5。 参考资料: 1.《电子测量原理》精品课程网站 2.蒋换文,孙续编著,电子测量(第 2 版),中国计量出版社,1988 3. 陈光禹,王厚军等编著,现代测试技术(第 1 版),电子科技大学出版社,2002