數(shù)字信號處理對電子測量儀器的影響解析

李林珍

太原航空儀表有限公司 山西 太原 030006

引言

數(shù)字信號處理技術(shù)具備精度高、效率快等優(yōu)勢。它能夠允許以單個指令和數(shù)學(xué)計算的形式對信號傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行后處理和匯總。同時,數(shù)字信號處理技術(shù)能夠高效執(zhí)行目標(biāo)語言的指令,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)當(dāng)中。由此可見,數(shù)字信號處理技術(shù)大幅度提高了電子測量工作的精確度,有效解決了傳統(tǒng)測量工作的弊病,為測量工作帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

一、電子測量與儀器

(一)電子測量。人們處于客觀世界當(dāng)中,測量則是在客觀世界當(dāng)中不斷地獲取信息數(shù)據(jù),并進(jìn)行整理與分析的一個過程。在這個過程當(dāng)中,測量可以精準(zhǔn)獲得參數(shù)、信號、特征等相關(guān)數(shù)據(jù)。同時,以電子科學(xué)為引導(dǎo),提高測量工作的有效性。依托電子技術(shù)的設(shè)備在測量當(dāng)中的應(yīng)用,可以讓人們獲得想要的數(shù)據(jù),達(dá)到測量的目的。其中,信號的形式非常多樣,例如機(jī)械、光、聲音等,因而電子測量被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)當(dāng)中,對于我國的各方面的發(fā)展有這一定的促進(jìn)作用。

(二)電子測量儀器。一般而言,電子測量儀器的功能主要包含以下三點。第一,電子測量儀器具備處理功能。例如處理濾波、增強、減弱等。第二,電子測量儀器能夠?qū)⒈粶y量信號轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號,方便信號的分析與處理。第三,電子測量儀器能夠更加直觀地現(xiàn)實測量的結(jié)果。近些年來,我國各行業(yè)常用的電子測量儀器有兩種,分別是測量信號參數(shù)和特征的儀器、測量系統(tǒng)特點以及參數(shù)的儀器。根據(jù)功能的不同,兩者被使用的領(lǐng)域也有一定的差異。測量信號參數(shù)和特征的儀器主要用于頻域、時域當(dāng)中,而測量系統(tǒng)特點以及參數(shù)的儀器被用于各種信號源以及多特性的參數(shù)測量。

二、電子測量技術(shù)和儀器的重要性

一般而言,測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性將會決定對現(xiàn)實描述的質(zhì)量,這是由于測量數(shù)據(jù)能夠反映現(xiàn)實,并以定量的模式表達(dá)出來,也就是我們所謂的對行為有效的值。在這樣的背景下,測量工作當(dāng)中逐漸滲透了電子測量技術(shù)以及工具,推動其進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)上,有效改變了測量理念,使得數(shù)據(jù)具備一定的價值,提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。測量數(shù)據(jù)具備了價值,就能夠在各個行業(yè)當(dāng)中充分發(fā)揮自身的作用,例如建筑工程、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域,促進(jìn)了我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。其中,電子測量技儀器依托先進(jìn)的測量技術(shù),在整個過程當(dāng)中有效利用了傳感器技術(shù)、信號轉(zhuǎn)換技術(shù)、信息技術(shù)等。也涉及到了很多新材料、新工藝的應(yīng)用。同時,電子測量技術(shù)在發(fā)展的進(jìn)城當(dāng)中,主要以實測環(huán)境和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ),呈現(xiàn)出了專業(yè)性、多樣性的特點,對各行業(yè)也的發(fā)展都有所助益。此外,電子測量技術(shù)一定程度上也有效優(yōu)化了配置,推動了技術(shù)變革,促進(jìn)我國技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

三、數(shù)字信號處理對電子測量及其儀器的影響

(一)提升信號源的性能。信號源是能夠電子測量儀器產(chǎn)生作用的的重要儀器。當(dāng)前的信號源由于利用了頻率合成技術(shù),質(zhì)量好、效率高。在信號源當(dāng)中,晶振是非常重要的環(huán)節(jié)之一,然而,在實踐當(dāng)中,晶振由于其自身特性無法提供相應(yīng)的頻率。為此,需要利用到數(shù)字信號處理技術(shù),例如直接數(shù)字頻率合成法、間接鎖相式頻率合成法等。數(shù)字信號處理技術(shù)的有效參與,能夠讓晶振提供更多的特定頻率,提高晶振的有效性。此外,數(shù)字信號處理技術(shù)可以穩(wěn)定信號的輸出頻率,提高輸出信號的準(zhǔn)確性,使其能夠與基準(zhǔn)頻率同步。由此可見,數(shù)字信號處理技術(shù)能夠大幅度提高信號源的有效性,該項技術(shù)應(yīng)用于信號源當(dāng)中是十分必要的。

(二)數(shù)字信號處理提升示波器性能。示波器經(jīng)過多年的實踐與發(fā)展,已經(jīng)變成了當(dāng)前較為精密的電子測量儀器。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,也逐漸趨向于智能化的發(fā)展。示波器的種類有很多,例如數(shù)字儲存示波器、模擬與數(shù)字混合示波器等。這些示波器都有效應(yīng)用了相關(guān)的理論與技術(shù)。其中,數(shù)字化的采樣技術(shù)有效提升了示波器的性能,在此基礎(chǔ)上,也提高了采樣技術(shù)的有效性。數(shù)字儲存示波器應(yīng)用的是奈奎斯特采樣相關(guān)理論,示波器自身具備相應(yīng)的采樣率,當(dāng)信號波形出現(xiàn)時,能夠通過改變掃描方式來改變采樣速率。然而,在實踐當(dāng)中仍然存在一些問題:低頻信號出現(xiàn)波形時,會出現(xiàn)采樣點冗余的現(xiàn)象,進(jìn)而會增加儲存成本;高頻信號出現(xiàn)波形時,則會出現(xiàn)波形失真的問題。以上兩種現(xiàn)象會導(dǎo)致采樣點過少。而數(shù)字信號處理技術(shù)當(dāng)中的“抽取”、“內(nèi)插”等功能就能夠有效解決上述問題。在抽取功能當(dāng)中,數(shù)字儲存示波器則具備峰值點標(biāo)定和防混疊失真的抽取器。此外,內(nèi)插技術(shù)的類型也有很多,較為常用的是線性內(nèi)插以及正弦內(nèi)插。

(三)提升頻譜分析儀的性能。頻譜分析儀是頻域測量工作中的重點儀器,其主要作用就是能夠有效分析信號中各個頻率的主要成分。頻譜分析儀也被稱為射頻萬用表,它能夠提高測量頻率、擴(kuò)大測量范圍。在實踐當(dāng)中,所應(yīng)用的數(shù)字信號處理技術(shù)為離散傅里葉算法和數(shù)字濾波技術(shù)等,這些技術(shù)在頻譜分析儀的那個中的有效運用,可以推動技術(shù)的數(shù)字化發(fā)展。從快速傅里葉變換式儀器與模擬式頻譜分析儀的對比當(dāng)中可以發(fā)現(xiàn),模數(shù)轉(zhuǎn)換會影響到快速傅里葉變換式分析儀的應(yīng)用效果,最終導(dǎo)致其工作的頻段很低。而將掃描外差技術(shù)應(yīng)用于快速傅里葉變換技術(shù)當(dāng)中,可以拓寬頻譜分析儀的分析范圍,提高頻譜的分辨能力。

四、結(jié)束語

總而言之,我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,推動了測量工作的發(fā)展與進(jìn)步。尤其是數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用,對電子測量儀器的影響較為深刻,相關(guān)的數(shù)字信號處理技術(shù)對信號源的性能、示波器性能、頻譜分析儀的性能都有著促進(jìn)作用。此外,在數(shù)字信號處理技術(shù)的影響下,還可以推動測量信號數(shù)據(jù)的可視化發(fā)展。為此,需要強化數(shù)字信號處理技術(shù)與電子測量儀器之間關(guān)系的探究,從而方便人們的生產(chǎn)與生活。