數(shù)字信號(hào)處理對(duì)電子測(cè)量與儀器的影響研究

李航 趙娟娟

摘要：電子測(cè)量?jī)x器是通過(guò)集成的傳感技術(shù)、儀器儀表技術(shù)實(shí)現(xiàn)外界信號(hào)到電信號(hào)轉(zhuǎn)換的測(cè)量?jī)x器。電子測(cè)量?jī)x器是測(cè)量工作最為先進(jìn)的設(shè)備，目前我國(guó)對(duì)數(shù)字信息化的重視也有了很大的提高，這就從根本的角度上決定了數(shù)字信息化在我國(guó)的應(yīng)用范圍。文章研究了電子測(cè)量?jī)x器和數(shù)字信號(hào)處理的關(guān)系，并提出電子測(cè)量的重要性，在此基礎(chǔ)上分析了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀等電子測(cè)量設(shè)備中的作用，研究了數(shù)字信號(hào)處理是如何促進(jìn)電子測(cè)量?jī)x器性能的提高。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理;電子測(cè)量?jī)x器;性能;影響

電子測(cè)量系統(tǒng)的重要性在于它解決了從對(duì)象的自然屬性轉(zhuǎn)移到數(shù)字信號(hào)，在理論上來(lái)說(shuō)就是通過(guò)數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)相應(yīng)的信息進(jìn)行合理的收集和識(shí)別加工，使得信息可以達(dá)到一定使用目的的過(guò)程。測(cè)量結(jié)果的有效性和實(shí)時(shí)性需要再次進(jìn)行測(cè)量，自然事物的測(cè)量是定量的表述事物屬性的關(guān)鍵。綜上所述，電子測(cè)量具有重要意義。

一、電子測(cè)量的重要性

在各種生產(chǎn)活動(dòng)中，測(cè)量都占據(jù)著非常重要的位置，并能夠促進(jìn)人類社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展。運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理可使現(xiàn)有的電子測(cè)量技術(shù)得到進(jìn)一步優(yōu)化，并能夠增加測(cè)量的精準(zhǔn)度與有效性，因此說(shuō)數(shù)字信號(hào)處理在電子測(cè)量過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。

1.1測(cè)量的作用

首先，運(yùn)用測(cè)量，能讓社會(huì)中一些抽象事物的描述更加具象化。如在生產(chǎn)制造行業(yè)中，如果想對(duì)某一產(chǎn)品進(jìn)行批量制造，生產(chǎn)企業(yè)就需充分了解該產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，而這些參數(shù)就是對(duì)該產(chǎn)品測(cè)量結(jié)果的具體應(yīng)用。其次，測(cè)量能夠使得生產(chǎn)活動(dòng)的行為得到進(jìn)一步規(guī)范，幫助工作人員清晰的了解到該零件的具體形狀以及尺寸等固定參數(shù)。

1.2數(shù)字信號(hào)處理的意義

隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，電子測(cè)量?jī)x器也在測(cè)量工作中得到了廣泛應(yīng)用。一般情況下，運(yùn)用電子測(cè)量?jī)x器來(lái)進(jìn)行物體的測(cè)量工作時(shí)，其測(cè)量結(jié)果都會(huì)借助于電信號(hào)的方式來(lái)進(jìn)行表示，這就會(huì)使得測(cè)量人員難以對(duì)其進(jìn)行度數(shù)，也就無(wú)法對(duì)該物體的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行有效的處理與分析。運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理則可以將測(cè)量結(jié)果中的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)信號(hào)，或者將其表現(xiàn)為工作人員可以識(shí)別的信號(hào)相關(guān)工作人員對(duì)這些測(cè)量結(jié)果可以進(jìn)行直接的分析，并為其后續(xù)工作的進(jìn)行提供了一定的便利性。比如在對(duì)直流電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，就需要先對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，在無(wú)法得到具體直流電壓的情況下，還需要對(duì)其進(jìn)行交流-直流的轉(zhuǎn)換，最后在進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，這樣才能夠取得一個(gè)準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。借助于該實(shí)例可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字信號(hào)處理能夠使得測(cè)量過(guò)程中的一些復(fù)雜問題得以簡(jiǎn)化，并能夠有效減少測(cè)量過(guò)程中各種因素對(duì)于測(cè)量結(jié)果所產(chǎn)生的影響。

二、數(shù)字信號(hào)處理對(duì)電子測(cè)量與儀器的相關(guān)影響

2.1數(shù)字信號(hào)處理提升信號(hào)源性能

信號(hào)源是發(fā)生器中電子測(cè)量中的一種關(guān)鍵的測(cè)量?jī)x器，目前頻率合成技術(shù)是高質(zhì)量信號(hào)源中廣泛運(yùn)用的一種技術(shù)。除此之外，濾波是數(shù)字信號(hào)處理中的關(guān)鍵內(nèi)容。晶振通常性只可以提供其自身具備的特定頻率，不過(guò)在有些時(shí)候的實(shí)際操作中可以提供能夠變化的頻率，因此就導(dǎo)致了晶振存在的特點(diǎn)逐漸顯露出來(lái)。合成信號(hào)源不僅克服了“晶振”只提供特定頻率的缺點(diǎn)，而且還把輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度提高到與基準(zhǔn)頻率相同的水平。顯然，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)提高了信號(hào)源的性能。

2.2數(shù)字信號(hào)處理提升示波器性能

示波器在初的定性測(cè)量上發(fā)展成為了目前的精密定量測(cè)量電子儀器，并且逐漸的數(shù)字化以及半智能化。示波器有很多種，其中具體包含了處理數(shù)字儲(chǔ)存示波器，多處理數(shù)字儲(chǔ)存示波器以及模擬和數(shù)字混合示波器等等。不過(guò)不管是哪種示波器，對(duì)其性能進(jìn)行明確的都是使用的技術(shù)水平，技術(shù)和理論知識(shí)相輔相成共同發(fā)展。理論知識(shí)是技術(shù)的指導(dǎo)，而技術(shù)在實(shí)踐中讓理論能夠被證實(shí)。數(shù)字化相關(guān)的采樣技術(shù)讓示波器性能有了很大的提升，并且示波器的發(fā)展也讓采樣技術(shù)有了相應(yīng)的提高。數(shù)字存儲(chǔ)示波器在進(jìn)行信號(hào)采集是需要遵守奈奎斯特采樣相關(guān)的理論，因此對(duì)一個(gè)示波器而言具有相關(guān)的采樣率，在波形顯示時(shí)要適應(yīng)顯示的要求，能夠經(jīng)過(guò)改變掃描辦法對(duì)采樣速率進(jìn)行改變。不過(guò)在實(shí)際使用過(guò)程中存在著一些難度，其中依舊有一些問題。比如對(duì)于低頻信號(hào)就會(huì)有采樣點(diǎn)冗余的現(xiàn)象，采樣點(diǎn)冗余會(huì)讓儲(chǔ)存成本增加。不過(guò)對(duì)一些高頻信號(hào)而言就會(huì)有波形失真的現(xiàn)象，這是因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)太少。在對(duì)這些問題數(shù)字信號(hào)的處理中，抽取和內(nèi)插技術(shù)能夠?qū)?shù)字儲(chǔ)存示波器中存在的問題進(jìn)行解決。峰值點(diǎn)標(biāo)定和防治混疊失真的抽取器均是數(shù)字儲(chǔ)存示波器專門進(jìn)行抽取的。

模擬示波器只能觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以后的信號(hào)波形，這是因?yàn)橹挥杏|發(fā)信號(hào)出現(xiàn)后才產(chǎn)生掃描鋸齒波的緣故。而在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中，被觀測(cè)的信號(hào)波形是先存儲(chǔ)在采樣存儲(chǔ)器中，然后可根據(jù)需要將采樣存儲(chǔ)器中的某部分信號(hào)波形送至顯示窗口。這樣就可以自由地改變觸發(fā)點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)所謂正沿遲觸發(fā)和負(fù)延遲觸發(fā);用正延遲可以觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以后的信號(hào)波形，用負(fù)延遲可以觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以前的信號(hào)波形。

2.3數(shù)字信號(hào)處理提升頻譜分析儀性能

在對(duì)信號(hào)中的各個(gè)頻率的成分進(jìn)行分析的時(shí)候，就要運(yùn)用到頻譜分析儀，其是在頻域測(cè)量中十分關(guān)鍵的儀器，不但測(cè)量的范圍廣并且其測(cè)量的幅度也很大，所以被稱之為射頻萬(wàn)用表。把數(shù)字濾波技術(shù)和離散傅里葉算法等相關(guān)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)運(yùn)用到頻譜分析儀器中，促使其能夠朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，目前已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域中獲取了很大的成績(jī)。和模擬式頻譜分析儀相較，快速傅里葉變換式的分析儀能夠進(jìn)行實(shí)施的檢測(cè)與分析，不過(guò)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)因?yàn)槟?shù)轉(zhuǎn)換的制約，因此工作的頻段比較低。要想頻段不會(huì)遭到制約以及實(shí)施測(cè)量，則就能夠運(yùn)用模擬和數(shù)字相融合的頻譜分析儀，這種分析儀有著很高的性能。所以，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在一定程度上提升了頻譜分析儀的相關(guān)性能。

2.4對(duì)電壓測(cè)量工作的影響

電壓測(cè)量作為一種最常用的測(cè)量方式。它包含電參數(shù)和非電量，最基本的原理則是首先把其轉(zhuǎn)變成直流電壓，然后再對(duì)其采取測(cè)量。當(dāng)前該種測(cè)量已經(jīng)達(dá)到了數(shù)字化水平。如此便使得相關(guān)測(cè)量器具，例如電壓表等穩(wěn)定性等性能有了極大程度的提高，但在其測(cè)量過(guò)程中依舊存在著兩個(gè)核心問題：一是在面對(duì)能夠直接得到的直流電壓時(shí)，就可以直接進(jìn)行模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，另一種則是需要先去進(jìn)行交直流的轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行模/數(shù)的轉(zhuǎn)換。電壓表就是運(yùn)用了取樣以及量化的數(shù)字電子儀表之一。運(yùn)用數(shù)字信號(hào)技術(shù)，能夠使得電壓表在測(cè)量的精準(zhǔn)度、測(cè)量的氛圍以及抗干擾能力方面都得到一定程度的提升，因此說(shuō)數(shù)字信號(hào)技術(shù)對(duì)于電壓測(cè)量工作也有著一定的促進(jìn)作用。

三、結(jié)語(yǔ)

人類社會(huì)的生存和發(fā)展少不了測(cè)量工作，測(cè)量在現(xiàn)代社會(huì)中的地位不言而喻，在人類的生存活動(dòng)中，測(cè)量也是最根本、不可缺少的實(shí)踐活動(dòng)。電子測(cè)量是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、數(shù)據(jù)化、信息化的必要手段，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)可以更新目前的電子測(cè)量設(shè)備，促進(jìn)測(cè)量設(shè)備性能的提高。多種信號(hào)處理技術(shù)集成到電子測(cè)量設(shè)備中將豐富電子設(shè)備的測(cè)量功能，優(yōu)化測(cè)量效率和品質(zhì)，提高測(cè)量設(shè)備的智能化、集成化。

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