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　　摘要：數(shù)字信號處理和電子測量與儀器有密切關(guān)聯(lián)。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字信息處理對電子測量與儀器有著非常重要的影響。將數(shù)字信號處理中涵蓋的理念和技術(shù)引入到電子測量與儀器中，有助于推動電子測量與儀器的發(fā)展。本文將探討數(shù)字信號處理對電子測量與儀器產(chǎn)生的影響。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理;電子測量;影響

　　1 電子測量與儀器

　　1.1 電子測量

　　測量作為一種手段，是人們對客觀世界不斷進(jìn)行獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析的過程。它能夠?qū)⑿盘柼卣?、相關(guān)參數(shù)、系統(tǒng)特征等各方面進(jìn)行測量。并且在對其進(jìn)行測量這個過程中，人們將電子科學(xué)作為測量的基礎(chǔ)進(jìn)行指導(dǎo)。通過使用電子技術(shù)主要方式和相關(guān)設(shè)備，使人們獲得想要的數(shù)據(jù)從而達(dá)到測量最終目的。在測量過程中，信號包含多個方面，如光、生物、機(jī)械等等。所以，電子測量是在各種領(lǐng)域都被廣泛利用。

　　1.2 電子測量儀器

　　多數(shù)情況下，電子儀器測量主要包括三個方面，首先，在測量時(shí)具備處理能力，包括放大、縮小、減弱、增強(qiáng)以及對濾波進(jìn)行處理等;其次，在測量過程中能將被測量信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號的能力;最后，能夠分別顯示測量結(jié)果的能力。目前，我們最常見幾種儀器分別是測量信號參數(shù)和特征的儀器、測量系統(tǒng)特點(diǎn)及參數(shù)的儀器。這兩種儀器所涉及的范圍與內(nèi)容有所不同，前一種儀器是主要是對時(shí)域、頻域等進(jìn)行測量，后一種儀器則是運(yùn)用到各種信號源和多種特性的參數(shù)進(jìn)行測量。

　　2 數(shù)字信號處理對電子測量與儀器產(chǎn)生的影響

　　2.1 對信號源性能的影響

　　信號源作為在進(jìn)行電子測量過程中使用到的一種關(guān)鍵性測量儀器。目前，頻率合成技術(shù)作為高質(zhì)量信號源應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。除了頻率合成技術(shù)之外，濾波也是數(shù)字信號處理處理的關(guān)鍵之一。晶振通過只提供自身所具備的特定頻率，不過在某些實(shí)際操作時(shí)候，也能提供變化的頻率，這就會顯露出晶振存在的特點(diǎn)。合成信號的出現(xiàn)能夠更好解決這個問題，通過保持基準(zhǔn)頻率保持在同一水平上，從而提高信號源的性能。

　　2.2 對示波器的影響

　　對于模擬示波器的應(yīng)用，僅僅能探測到觸發(fā)點(diǎn)以后的信號，而且是僅能在觸及到信號后，才能形成波形。與之相比，數(shù)字示波器使用更加方便且準(zhǔn)確度高，得到的信號能夠及時(shí)存儲，并直觀的呈現(xiàn)到窗口上?；谕獠钍筋l譜分析儀進(jìn)行數(shù)字化處理，就可以得到更加有效的實(shí)時(shí)頻譜分析儀，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的處理，通過DSP實(shí)現(xiàn)對各個信號域的分析，進(jìn)行頻域、時(shí)域以及調(diào)制域的不同顯示。此外，數(shù)字濾波式頻譜分析儀的優(yōu)點(diǎn)較多，包括濾波性能強(qiáng)、穩(wěn)定性好、攜帶方便、易于推廣應(yīng)用等，發(fā)展?jié)摿薮?。它可以有效地對多個頻率進(jìn)行即時(shí)的檢測與處理，其他分析儀所難以實(shí)現(xiàn)。

　　2.3 對頻譜分析儀的影響

　　當(dāng)人們對信號中各個頻率主要成分進(jìn)行分析時(shí)，需要運(yùn)用到頻譜分析儀，這就是在頻域測量中需要用到的關(guān)鍵儀器之一。頻譜分析儀不僅能夠擴(kuò)大測量范圍，還能夠增加測量頻率，所以人們也稱之為射頻萬用表。在實(shí)際操作中，運(yùn)用離散傅里葉算法和數(shù)字濾波技術(shù)等相關(guān)信號處理技術(shù)在頻譜分析中進(jìn)行運(yùn)用，能夠促進(jìn)整個信號朝著數(shù)字化方向發(fā)展。目前，世界上大多數(shù)國家在這個領(lǐng)域已經(jīng)取得很大成績?？焖俑道锶~變換式儀器與模擬式頻譜分析儀進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，快速傅里葉變換式分析儀在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會受到模數(shù)轉(zhuǎn)換的制約，其工作頻段相對較低。在掃描外差技術(shù)與快速傅里葉變化結(jié)束的有效結(jié)合形成的頻譜分析儀能夠拓寬整個頻譜分析范圍，從而提高頻譜分辨力、如果防止頻段遭受制約，則需運(yùn)用到數(shù)字和模擬相融合的頻譜分析儀，這種分析儀具有很高性能。所以，數(shù)字處理技術(shù)的運(yùn)用在很大程度上提升了頻譜分析儀的相關(guān)性能。

　　3 數(shù)字信號處理在電子測量領(lǐng)域的應(yīng)用方向

　　3.1在信號源發(fā)生器中的應(yīng)用

　　在電子測量領(lǐng)域，信號源是信號主要發(fā)出載體，根據(jù)目前電子測量領(lǐng)域測量內(nèi)容，常見的信號發(fā)出特征主要集中在電平、波形以及頻率等幾個方面，測量工作需要通過對該部分電參數(shù)進(jìn)行分析，完成特征量獲取。隨著技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)電子測量方式精度、分析能力不斷下降，逐漸被數(shù)字信號處理技術(shù)所取代。數(shù)字信號處理技術(shù)通過與電子測量技術(shù)結(jié)合，能夠?qū)y量對象的特征量數(shù)據(jù)分析作為主要測量工作內(nèi)容，并在測量中獲取信號源發(fā)出的電子設(shè)備頻率、傳輸、振幅等內(nèi)容。數(shù)字信號處理技術(shù)通過處理這些內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)頻率合成，完成濾波。結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，數(shù)字信號處理后的濾波信號，能夠在測量信息后期處理當(dāng)中提高定頻水平與準(zhǔn)確度，避免出現(xiàn)波動缺陷等問題。

　　3.2在電壓測量當(dāng)中的應(yīng)用

　　由于含有電壓信息的電子設(shè)備應(yīng)用十分廣泛，因此電子測量技術(shù)需要透過電壓測量與分析，對被測電子設(shè)備性能進(jìn)行評判，例如發(fā)射機(jī)、接收機(jī)等電子設(shè)備，其內(nèi)部電壓特性當(dāng)中的場強(qiáng)信息、衰減信息等重要參數(shù)直接關(guān)系著設(shè)備使用狀況，因此電子測量應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮測量這些內(nèi)容。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)普及，目前電子測量儀器在開展電壓測量過程中，可以借助 A/D 轉(zhuǎn)換等方式完成交流電壓與直流電壓轉(zhuǎn)換和分析。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字信號處理技術(shù)可通過轉(zhuǎn)換方式使交流電壓轉(zhuǎn)換為支流電壓，再借助模擬量連續(xù)變化分析，實(shí)現(xiàn)離散化統(tǒng)計(jì)。相比于傳統(tǒng)電子測量，數(shù)字信號處理技術(shù)能夠通過抽樣、量化、編碼等流程實(shí)現(xiàn)電壓測量和信息統(tǒng)計(jì)，提高電壓測量抗干擾性能。

　　3.3 在示波器中的應(yīng)用

　　在初步定性測量上，示波器成為目前世界上最精密的定量測量儀器。在逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、半智能化同時(shí)，也出現(xiàn)多種類型，比如，處理數(shù)字儲存示波器、模擬和數(shù)字混合示波器、多處理數(shù)字儲存示波器等。不管哪種類型的示波器，能夠?qū)π阅苓M(jìn)行明確的都是使用技術(shù)水平，并且技術(shù)與理論的相互扶持使其得到發(fā)展。理論知識在技術(shù)使用上起到指導(dǎo)作用，而技術(shù)則是在理論論證過程中逐步被證實(shí)。數(shù)字化相關(guān)采樣技術(shù)能夠讓示波器型性能得以提升，并且示波器的發(fā)展使采樣技術(shù)也得到相應(yīng)提升。信號采集過程中，數(shù)字儲存示波器是根據(jù)奈奎斯特采樣相關(guān)理論進(jìn)行采樣。因此，對于示波器而言，波形顯示需要適應(yīng)顯示相關(guān)要求，通過改變掃描等方法對采樣速度及西寧改變。不過，在實(shí)際操作工程中，這種方式存在很大難度及問題。比如，低頻信號經(jīng)常會出現(xiàn)采樣點(diǎn)冗余的現(xiàn)象，這樣會增加儲存成本;對于一些高頻信號采樣就會出現(xiàn)波形失真現(xiàn)象，這樣就導(dǎo)致采集到的采樣點(diǎn)太少。除上述幾點(diǎn)之外，內(nèi)插技術(shù)也被廣泛應(yīng)用，最常見的是正弦內(nèi)插和線性內(nèi)插。在信號發(fā)出之后掃面通常會出現(xiàn)鋸齒波。模擬示波器能夠提前檢測到信號波形，并將其收集到的信號儲存到采樣儲存器內(nèi)，然后根據(jù)實(shí)際需求將儲存器儲存到的特定信號發(fā)送到顯示口，最終通過顯示口將整個信息顯示出來，這就是所謂的正延遲與負(fù)延遲的觸發(fā)。最后就能根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)，對任何位置的波形進(jìn)行觀測。在觀測過程中，如果要對觀測出發(fā)點(diǎn)之前的波形進(jìn)行觀測就采用負(fù)延遲觸發(fā)，而對要觀測出發(fā)點(diǎn)之后的波形則要運(yùn)用到正延遲觸發(fā)。

　　3.4 在頻譜分析儀中的應(yīng)用

　　頻譜分析儀主要是被應(yīng)用在頻域測量領(lǐng)域之中，運(yùn)用頻譜分析儀既能夠擴(kuò)大測量具體范圍，還能夠全面拓寬測量頻率。隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展，頻譜分析儀開始采用離散傅里葉算法進(jìn)行數(shù)字濾波，這也使頻譜分析儀應(yīng)用價(jià)值和信號處理能力得到了極大提高，使現(xiàn)代電子測量技術(shù)向數(shù)字化方向不斷發(fā)展，以時(shí)域測量分析為例，頻譜分析儀在測量分析當(dāng)中，通過數(shù)字信號處理技術(shù)快速傅里葉變換策略，能夠突破模數(shù)轉(zhuǎn)換等一系列限制，拓寬了工作頻段。

　　結(jié)語

　　由上可知，數(shù)字信號處理對電子測量結(jié)果有明顯的影響，能夠增強(qiáng)信號源的可用性，提高電業(yè)測量的準(zhǔn)確度和示波器的探測性能，對電力測量行業(yè)有一定的促進(jìn)作用。——論文作者：田峰

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