电子测量技术课程论文

电子测量技术课程论文 题 目 电子测量仪器的现状与发展 姓 名 孙鹏 学 院 自动化学院 专 业 测控与仪器 班 级 232122 学 号 20121003920 摘摘 要 要 科学技术及工业的发展 促进了电子测量技术的迅速 发展 使得电子测量仪器的测量范围和测量精度都有了很 大的提升 同时 也对测量技术和测量仪器等提出来更好 的要求 电子测量仪器广泛应用在国民经济各个领域 是 国民生产发展 技术进步必需的条件 然而 电子测量仪 器的现状并不能满足要求 它的发展道路仍然很漫长 市 场需求量也还很大 发展前景十分广阔 关键词关键词 电子测量仪器电子测量仪器 现状现状 发展发展 数字示波器数字示波器 1 引言引言 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 2 我国电子测量仪器现状我国电子测量仪器现状 2 1 发展模式发展模式 改革开放对我国电子测量仪器的发展来说 挑战与机遇并存 所谓的挑战 主要指对我国的电子测量 仪器而言 由于与国外电子测量仪器的技术水平以及产品性能相差甚远 国内外的市场很不乐观 处境的 地位十分尴尬 这种情况 也促使我国电子测量仪器行业进行了产业结构的调整 着重提高产品质量 提 高产品技术水平 并通过引进 消化 吸收和国产化等工作促进电子测量仪器的快速发展 2 2 我国电子测量仪器骨干企业我国电子测量仪器骨干企业 中国电子科技集团公司第 41 研究所是成功的科技创新型企业 它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 江苏绿扬电子仪器集团有限公司是成功的名牌创业型企业 大连辽无二电器有限 公司是典型的出口创业型企业 该行业中另一不能不提的就是北京普源精电科技有限公司 目前 该公司的产品已经成功销往 42 个国家与地区 2 3 中国高科技测量仪器方面取得的成果中国高科技测量仪器方面取得的成果 1 成功研制出微波毫米波矢量网络分析仪 2 掌握了调制域测试技术 研制成功调制域分析仪 3 VXI 总线技术取得重大进展 4 电子测试仪器向毫米波推进 5 通信测量仪器达到高技术水平 6 数字化仪器迅速发展 2 4 中国电子测量仪器存在的问题中国电子测量仪器存在的问题 尽管经过几十年的发展 我国电子测量仪器行业取得了非常大的进步 但同国外厂商 相比 差距仍然不容小视 这主要表现在下列几个方面 1 数字化电子测量仪器的使用率还比较低 需要进一步提高 2 电子测量仪器中的软件技术还没有体现出来 3 LXI 等总线技术差距还很大 4 模块化是国际电子测量仪器发展的方向 模块化与总线技术 软件技术是三位一 体的 这方面也相差很远 5 电子电路技术 同轴器件组件技术以及波导器件组件的技术集成技术还有待进一 步发展 3 电子测量仪器的发展电子测量仪器的发展 3 1 发展方向发展方向 电子测量仪器的发展是各种高新技术共同发展的产物 其发展应该与它们同步 甚至 要领先于它们 为各种高新技术发展奠定工具基础 当前电子测量仪器的发展趋势可以概 括为如下几个方面 1 出现了单台仪器向系统融合 以及元器件测试仪器同专用设备慢慢融合为一体的 发展趋势 2 随着数据采集 模 数变换等技术在电子测量中的应用 电子测量仪器以极快的 速度向数字化 自动化 智能化和多功能自动测量的方向发展 未来仪器的性能会更好 测量的精度和灵敏度将更高 动态范围会更大 3 集成化的计算机辅助测试环境和功能很强的应用软件 使得计算机与电子测量仪 器实现了大融合 这使得电子测量仪器精度和可靠性以及测试技术水平向着更高层次的方 向发展 4 测试及仿真软件在仪器中广泛应用 仪器的硬件 相关测试软件和仿真软件等随 着计算机性能的逐步提高结合变得愈加紧密 首先 硬件模块化的设计与功能更为强大的 软件的结合在一起 构成了具有新功能的仪器 其次 软件无线电的概念已有了全新的解 释和现实的应用 将实现设计 仿真 测量和验证的有机结合 5 测量仪器的数据采集和数据 信号处理功能不断增强 大量先进仪器的更新和功 能扩展 不再是单单地靠制作的精细等方法去拼硬件 而是采用数据处理 信号处理和误 差修止等方法来实现 6 新的总线技术的发展 CAD CAT 等技术的逐步应用 还有模块化技术 加快 了测量仪器的研发周期 也使仪器的结构更紧凑 可靠性更高 性能价格比更好 3 2 技术发展趋势技术发展趋势 从技术和市场的角度看 电子仪器今后的发展趋势是各种高技术的综合 全方位服务于各个产业和国民经济市场 具体应关注以下几个方面 第一 数字化电子测量仪器的普及率必须提升 数字化时代已经到来 数字化时代是社会生活与经济现代化的最新标志 关系着一个国家在科技领域 核心竞争力的高低 如果对此重视不够 电子测量仪器将失去在技术上的领先 地位 也将失去市场 第二 总线技术必须跟踪国际发展水平 VXI PXI LXI USB 接口 总线技术在电子测量仪器领域国外已经发展到一个很高的水平 目前 有三个 趋势在推动测试测量行业的发展 首先 要有系统就绪的硬件 即模块化的产 品 可以很快构建一个系统 其次 要有基于标准的与 PC 兼容的输入输出接 口 以及输入 输出驱动程序 可以基于局域网 也可以基于互联网 最后 要有灵活的软件解决方案 不论客户需要的是 Excel 界面还是文字界面 都可 以给客户灵活的选择 国际电子测量仪器 LXI LANeXtensionforIn strument 联 盟的产生 就是为了迎合这个变化 国外企业已经开发出 LXI 总线电子测量仪 器产品 国内一些大学已开始着手研究 国内电子测量仪器企业尚未开始启动 如果着手太晚 将会再一次拉大我国电子测量仪器与国际技术水平的差距 因 此我国电子测量仪器企业应该尽快启动 LXI 总线技术在电子测量仪器中的应用 测量仪器 第三 软件技术必须尽快提上日程 电子测量仪器 软件 是电子测量 仪器智能化的核心技术 而且 软件修正测量误差 是目前修正测量误差既经 济又最有效的办法 此外 特别是软件定义的无线电测量仪器 在国外得到了 特别的重视和发展 自从无线接收系统从超外差变频结构 转变成无外差变频 的零中频结构之后 无线电发射接收系统简化成为数字变频 基带放大器 基 带滤波器 数模转换器 模数转换器 数字信号处理器等数字部件 使软件定 义无线电 SDR 测量仪器得以实现 总之 电子测量仪器没有软件技术 就好 像我们的电子测量仪器还处于 冷兵器 时代 然而软件技术在我们的电子测 量仪器中还远远没有充分体现出来 这一点不解决 我们的电子测量仪器就永 远不是现代化水平的电子测量仪器 第四 模块化技术必须加紧跟上 这是国际电子测量仪器发展的方向 实际上模块化技术与总线技术 接口技术 软件技术是三位一体 我们必须尽 快把三者有机地接合起来 形成有竞争力的电子测量仪器产品 第五 合成仪器必须尽快实施 合成仪器采用可互换的标准模块 标准 电路 标准接口 实现从单元电路至系统的积木化结构 由于美国国防部门是 全球电子测量仪器的最大采购商 合成仪器将推动美国 欧洲 日本投入更多 人力物力 开发从器件 模块 子系统至完整的自动测量系统 成为电子测量 仪器技术创新的新动力 4 数字示波器的介绍 数字示波器的介绍 4 14 1 简介简介 是一种能够显示电压信号动态波形的电子测量仪器 它能够将时变的电压信号 转换 为时间域上的曲线 原来不可见的电气信号 就此转换为在二维平面上直观可见光信号 因此能够分析电气信号的时域性质 更高级的示波器 甚至能够对输入的时间信号 进行 频谱分析 反映输入信号的频域特性 4 24 2数字示波器基本指标数字示波器基本指标 带宽 采样率和存储深度是示波器的三大技术指标 如国内领先品牌 Micsig 示波器带宽最大为 1G 采样率 5GS s 可选存储深度 450M 带宽是示波 器的基本指标 示波器的带宽定义为信号衰减 3dB 时的信号频率 若一台示波 器带宽不够会导致看到的信号失真 测试不准确 带宽指标主要体现在衰减器 与放大器的指标 实时采样率体现出示波器的 ADC 的指标 采样率通常要大 于等于带宽的 4 倍 存储深度影响观测时间的长短 另外也会影响到示波器的 采样率 因为存储深度 采样率 观测时间 若观测时间较长 与水平观测时间 相关 则采样率会下降 除此之外 波形捕获率和示波器响应速度 触发条 件的多少 底噪的情况 使用的方便性 及扩展性也体现了示波器的性能 带宽选择实例 已知条件 示波器主机 1GHz 探头配置 1 5GHz 被测 信号 200MHz 上升时间 500ps 示波器参数示波器参数参数值参数值 示波器上升时间 0 35 1GHz 350ps 探头上升时间 0 35 1 5GHz 233ps 整个测量系统上升时间 350 233 420ps 整个测量系统实际带宽0 35 420 833MHz 实测信号所得上升时间 420 500 653ps 实际测量误差 653 500 500 30 6 4 34 3 原理原理 示波器主要由电源系统 同步系统 水平偏向系统 垂直偏向系统 延迟 扫描系统 显示系统和标准信号源等部分组成 4 44 4 优势优势 由于数字科技的发达 已经让示波器从传统的模拟式 发展到数字式 数 字系统 给示波器带来了大量强大的特性 优于传统的示波器之处 光明大屏幕彩色区分多重痕迹 等效时间采样和平均跨连续样品或扫描导致更高的分辨率降至第五 峰值检测 默认触发 易潘变焦和多个存储痕迹让初学者工作无触发 大多数字式示波器的缺点是屏幕更新的速度过慢 但最近几年也有数字示波器 的波形捕获率超过模拟示波器 典型的产品是安捷伦科技 其波形捕获率达每 秒 100 万次每秒 超过模拟示波器的 50 万次每秒 4 54 5 发展趋势发展趋势 高性能与通用是示波器发展的两个趋势 体现高性能的例子是安捷伦科技 的 63GHz 模拟带宽 160GSa s 采样的实时示波器 同时具有低噪声和高输入动 态范围的特性 美国力科公司宣布了 65GHz 模拟带宽 160GS s 实时采样率 4 40 通道的任意通道示波器系统 大幅的优化了示波器的通道选择性 另一个 趋势是通用 将更多的功能集成到示波器中 常见的有将逻辑分析功能集成 形成混合型号示波器 将协议分析功能集成 最近安捷伦又将信号源集成到示 波器中 力科也在全系列示波器中加上逻辑模组 随着技术的发展 也许示波 器会集成越来越多的功能 4 64 6 主要厂商主要厂商 泰克 Tektronix 安捷伦 Agilent 台湾固纬 Gwinstek 力科 LeCroy 深圳麦科信 Micsig 青岛汉泰 HANTEK 深圳鼎阳 SIGLENT 普源精电 RIGOL 必拓 4 74 7 混合信号示波器混合信号示波器 混合信号示波器 MSO 有两种输入 一小部分 通常是 2 个或 4 个 的模拟通道 更多 通常为 16 个 的部份是属于数字通道 即 含逻辑分析仪 的数字示波器 不过逻辑分析仪的功能非常弱 只做简单时序分析和串行解码 用 无法和传统逻辑分析仪的强大功能相比 适合只需简单功能的应用 最新 的混合信号示波器加入其它仪器元素 除示波器和逻辑分析仪外 还有串行信 号解码分析 任意波形发生器 数字电压表功能 5 结束语结束语 以信息技术为代表的新技术的发展促进了电子行业的快速增长 也极大地推动了测试 测量仪器和设备的快速发展 计算机技术与