《数字示波器测量幅度的误差分析资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字示波器测量幅度的误差分析资料（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 年月宇航计测技术 第卷第期 数字示波器测幅度的误差分析 申其祥 舒艳于丽娟 文摘 分析了用数字示波器测量脉冲幅度带来的测量误差 给出了计算相对误差的公 式 对测量中产生的超差现象和异常现象的原因进行了分析 主肠词 数字示波器脉冲幅度 十垂直偏转 不确定度 测误差分析 测量的随机误差 主要是仪器 内部在对模拟信号进行数字化的过程 中 最后一位加或 减带来的误差 换句话说 是由仪器分辨力带来的误差 或士位计数带来的误差 分析 这一误差
2、可以得出数字示波器作为测量仪器时 测试结果的随机误差 进行实验用的数字示波器都是美国公司的产品 垂直分辨力都是 即位 对每一个取样点进行数字化 都依次执行次逼近 最后一位的分辨力达到 约 但是 不能说用数字示波器测量时 它能给出的相对误差 而要依据被测信号在屏幕 上偏转的实际高度来一一推算 首先 按仪器说明书给出的满量程来计算 这是仪器能给出的准确度最高的 情况 假如垂直灵敏度挡打在位置上 满量程 幅度为 那么仪 器 内部在进行数字化过程 中 最后一次逼近的分辨力为 这 的值存在两种可能 加或减 无法肯定是加或是减更接近真值但是可以断定 真值的 最末一位存在的一段范围 即 一 一之间 就是通常
3、所说的士 于是可以给 出一个准确 的说法 测量的结果是 士 结果分为两部分 是测量给出的数 据 接近真值的数据 士 是最末一位可能存在的范围 通常也可以表示为 士 士 是测量中的绝对误差 换算成相对误差就是 即 由 此得出结论用数字示波器测量波形 当波形垂直偏转为时 测量结果的相对误 差为 其次 仪器的屏幕上座标的垂直分度只有 在超出的范围上使用时 有许 多技术上的困难 一般使用人员较难掌握 因此建议 在使用中 尽量不使被测信号出屏 仍以挡为例 如果测量的信号在屏幕上垂直偏转 那么 它的相对误差就不是 而是 它的计算过程是由满度值的相对误差得到的 如果被测信号的峰 一峰值在屏 幕上的偏转不足
4、那么 在取样点数字化过程中 第一次比较时 被测量小于参考标准 减码 第二次比较时被测量大于参考标准 加码 收稿 以犯 一 一 西北核技术研究所计量站 高级工程师 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 虽然最末一位的分辨力仍然是 但由于被测信号只接近满度值的一半 所以这时测 量结果的绝对误差虽然不变 但相对误差却下降了一倍 只有 依次类推 可以得 出 偏转不足的信号 测量结果的相对误差只有 偏转不足的信号 测量 结果的相对误差只有 偏转不足的信号 测量结果的相对误差大约 等
5、等 根据这一分析 可以给出数字示波器测量结果的相对误差的经验公式 旦里些 生兰 公式中 为满度值时的相对误差 上垂直偏转的格度 公式可简化为 生 为满度值 为被测信号在屏幕 式中 仍是格数 去掉量纲 这一分析结果和 电学计量中指针式表头测量结果的不确定度现象完全吻合 在电学测 量中 测量结果的准确度出现最高的情况是接近表头度值的位置 由误差分析 可以得出如下结论用数字示波器进行测量 垂直偏转格数越多 其测 量结果的准确度越高 根据这一结论 建议在使用数字示波器时 被测信号的峰 一峰值在屏 偏转格数应大于 小于 超差现象及原因 在检定过程中 信号偏转高度小于时 测量结果数据变化大 出现严重超差现
6、象 下面 分析产生超差现象的原因 这种现象的产生是 由于极大地增大了测量的随机误差而引起 的 测量的随机误差取决 于仪器内部的分辨力 当被测信号相对于示波器的测量范围很小时 在屏幕上 的偏转高度 就很小 极大的损失了仪器测量的动态范围 当然也损失了测量准确度 位数的 刀 转 换器 在进行 刀 转换时共执行次比较 使用基准电压一次一次地逼近被测 电压 最后 给出测量结果 在第一次比较时 判断被测量处于哪一个区间第二次比较时 判断 被测量处于哪一个区间 最后一次比较 判断被测量处于哪一个区间 因此 基准电压的最小可分辨电压为 满量程的 这里仍以偏转为例 取样点 为的信号 进行数字化 要逐次逼近次
7、在第一次比较时 与比较 相差太大 减码在第二次比较时 与比较仍相差太大 减码在第三次比 较时 与比较 还是减码 这三次比较都 白白地浪费掉了 只有当第四次比 较时 和相比 才出现加码 相当于仪器的分辨力在这时只有了 的分辨力折算成相对误差 大于 根本保证不了测试准确度要求 如果峰 一 峰幅度偏转 高度更小 便如 那么测量结果的相对误差只有 在前面已经建议 被测信 号的峰 一峰值在屏 偏转格数应大于 小于 这是为保证得到更高准确度而提出的 在这里再提出一项规定 在使用数字示波器时 不允许被测信号的峰 一峰值在屏 偏转格数小 1994 2010 China Academic Journal Ele
8、ctronic Publishing House All rights reserved 于 这是为了保证测量结果的相对误差不大于而提出的 信号出屏 测数据紊乱 应该事先说明 并不是所有信号出屏都出现数据紊乱 当被测信号峰 一峰值偏转 时 如果很好地掌握上下出屏范围 尽量等分 那么被测信号用菜单测量时 也会出现很 好的测量结果 对于信号偏转大于的 也可 以出现很好的测量结果 但是信号出屏有 一个极限值 这个值小于 一旦信号偏转超过 无论如何调试仪器 都 不可能使它产生正常的测量结果 这一异常现象说明 被测信号垂直偏转高度的极限值是 为了避开紊乱的测 量结果 建议被测信号的垂直偏转高度为 即不超
9、出显示屏幕的范围 产生紊乱数据的原因 是由于用以比较的测量基准 在比较数值时 找不到被测量的 起始端或找不到终止端而造成的 测量基准在与被测信号比较时 有一个活动范围 这一 范围是从座标屏幕底线下一格起始 到座标屏幕顶线上 终止 即在的垂直动 态范围之外 大约又增加 共 当被测信号的垂直偏转 其底部低于 一 时 超出了测量基准的活动范围 由于用以比较的测量基准 找不到被测量的起始端 就 无法比较 从一开始就给不 出数据来 所以产生紊乱结果是很自然的 当被测信号的垂直 偏转 其顶部高于时 由于用以比较的测量基准 一次一次的比较 最后找不到 被测量的终止端 不知剩余量是多大的值 所以也就给不 出被
10、测量的正确值 产生紊乱结 果也是正常的 这就象人们用一根长的尺子量的布 如果找不到起始端 就根本 无法给出这块布的长度来如果在量度过程中 找不到终止端 也无法给出这块布的长度 来 为了验证以上的分析 曾经上下移动位移旋钮 有意识地让在屏偏转的信号上下 出屏发现 当基线移动到底线下一格的时候 无论怎样向下旋转位移旋钮 基线固定在 一 位置上 决不下降 也就是说 仪器 内部已经设置 了避免丢失测量起始端的功能 这一功能保证了被测信号的起始端总处于测量基准能发现的范围之 内 现在只剩下一个产 生紊乱结果的原因 了 就是被测量顶部超过屏幕顶线上 移动位移旋钮 让偏转的信号向上位移 在信号顶部接近顶线上
11、一格即基线接 近中心水平线时 特别注意观察 在基线接近中心水平线时 一点一点变化位移量 测 量结果一直是很准确的 当基线调在中心水平线时 结果也是准确的 但是 基线继续上 升 一旦超过中心线上 结果马上紊乱 无法给出 这就证实了 仪器的垂直测量 范围是 超出的被测量仪器无法给出准确的结果来 但是不好 掌握 通常仍以作为测量满度值 这一实验说明 被测量超出不超出仪器的动态范围 仪器本身已经在起始端增加把关 设置 决不会让起始端通常叫扫描基线低到不能测量的区域去 使用者可以放心地把 基线向下调 任意调 都没关系 但是 被测信号的垂直偏转顶部 需要使用者 自己把关 自己设置垂直偏转灵敏度 使信号偏转
12、不超过 调试示波器的过程 是一个人为的观察比较过程 而偏转一旦 出屏 无论向下出屏 或是向上 出屏 操作者都观察不到屏外波形变化 也无从修改偏转因子 所以 还是建议 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 尽量让被测量信号落在屏幕之内 被测信号的峰 一峰值偏转不超 出 这样做 虽然失 去了加的动态范围 丢掉了测量的最佳准确度 但是却增加了测量的保险系数 这对于 执行单次记录使用来说 尤其重要 今考文献 一一 一一 申其祥 房士良示波器检定规程 一 年 八 加 恤 旅 雌 毗 胡习 面 化 翻 讨伙 龟垃 上接第页 由纷 七 翻 刁刁 扮叫 扮叫 面 比胡 山云化 刀 加 勿 口 硕 明
