數(shù)字信號處理對電子測量儀器的影響分析

吳玉春

（西安航空學(xué)院，陜西 西安 710007）

數(shù)字信號處理對電子測量儀器的影響分析

吳玉春

（西安航空學(xué)院，陜西 西安 710007）

電子測量儀器是通過集成的傳感技術(shù)、儀器儀表技術(shù)實(shí)現(xiàn)外界信號到電信號轉(zhuǎn)換的測量儀器，數(shù)字信號的水平可以促進(jìn)電子測量儀器測量性能的提高。文章研究了電子測量儀器和數(shù)字信號處理的關(guān)系，并提出電子測量的重要性，在此基礎(chǔ)上分析了數(shù)字信號處理技術(shù)信號發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀等電子測量設(shè)備中的作用，研究了數(shù)字信號處理是如何促進(jìn)電子測量儀器性能的提高。

數(shù)字信號處理；電子測量儀器；性能；影響

數(shù)字信號處理時(shí)通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理功能，對采集的信息進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和處理，獲取數(shù)據(jù)內(nèi)部的規(guī)律，從而做出估算、識別等處理的過程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理成為信息的提取和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，是將外界信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的一個(gè)關(guān)鍵過程。測量是從客觀環(huán)境中獲取對象的數(shù)據(jù)信息，按照標(biāo)準(zhǔn)的測量規(guī)則，來測定對象的尺寸參數(shù)、物理特性等方面的參數(shù)。自然界的信息通過信號的方式被數(shù)據(jù)采集卡采集到，信號包括尺寸、光信號、電系統(tǒng)等。測量涵蓋的范圍很廣，電子測量儀器是一種通過電子技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信號處理來實(shí)現(xiàn)測量的儀器。電子測量的好壞直接影響了后期的數(shù)據(jù)能否進(jìn)行正確的處理和加工，而數(shù)字信號處理的好壞是保證測量結(jié)果得到使用和分析的關(guān)鍵。數(shù)字信號處理的程度水平促進(jìn)了電子測量儀器的更新，高水平的信息處理能力可以促進(jìn)電子測量儀器性能的進(jìn)步。

1 電子測量的重要性

電子測量設(shè)計(jì)的領(lǐng)域主要是電子電工技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、儀器儀表技術(shù)。電子測量主要是通過傳感器作為數(shù)據(jù)信號采集卡，通過數(shù)據(jù)線或者無線網(wǎng)路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)信號的處理和輸出，輸出的信號經(jīng)過處理和調(diào)制，可以對測量對象的屬性做出描述，或者對測量對象的狀態(tài)做出評價(jià)和預(yù)測。信息的獲取就是電子測量的任務(wù)，而數(shù)字信號處理就是對采集的信號進(jìn)行處理的過程。電子測量儀器具有幾項(xiàng)基本功能：將測量對象的自然信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號；通過濾波、衰減等操作對信號進(jìn)行預(yù)處理；測量結(jié)果的動態(tài)顯示。電子測量儀包括測量信號特性與參數(shù)的測量儀和測量系統(tǒng)特性的測量儀這兩種，數(shù)據(jù)信號、隨機(jī)信號、時(shí)域和頻域測量都是屬于測量信號特性，信號發(fā)生器、模擬數(shù)字電路、電子元件等都屬于測量系統(tǒng)特性的測量儀。

電子測量系統(tǒng)的重要性在于它解決了從對象的自然屬性轉(zhuǎn)移到數(shù)字信號，并提供了測量對象特征的處理對象的數(shù)字。測量對象包括自然界中的任何事物，對某一個(gè)對象進(jìn)行測量主要是通過對比和比較，考察其他事物的屬性。在自然界中的光、熱、力、聲、電等均可以作為測量的目標(biāo)，對一個(gè)事物進(jìn)行測量主要考察這幾方面的性質(zhì)。測量結(jié)果的有效性和實(shí)時(shí)性需要再次進(jìn)行測量，自然事物的測量是定量的表述事物屬性的關(guān)鍵。綜上所述，電子測量具有重要意義。

2 數(shù)字信號處理提高了測量儀器的性能

（1）信號發(fā)生器。信號發(fā)生器是產(chǎn)生設(shè)定信號的電子儀表，利用頻率合成技術(shù)促進(jìn)了信號發(fā)生器質(zhì)量的提高。通常采用直接數(shù)字頻率合成方法的低通信號處理技術(shù)，和間接鎖相式合成信號處理技術(shù)。合成信號處理技術(shù)促進(jìn)了輸出信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性提高，幾乎保持了與基準(zhǔn)信號相同的水平。所以數(shù)字信號處理技術(shù)的提高促進(jìn)了信號發(fā)生器性能的穩(wěn)定和使用范圍。

（2）示波器與模擬示波器。示波器可以測量電子電路中的微量信號，并動態(tài)的實(shí)現(xiàn)在工作平面上，示波器的工作特性很大程度上取決于采樣技術(shù)。數(shù)字化的采樣和處理技術(shù)保證了示波器的采樣質(zhì)量，從而可以為測量人員提供準(zhǔn)確穩(wěn)定的測量波形圖，指導(dǎo)后續(xù)數(shù)據(jù)處理等工作。采樣技術(shù)包括實(shí)時(shí)采樣、非實(shí)時(shí)采樣、順序采樣、隨機(jī)采樣等，擴(kuò)展了示波器的工作范圍。模擬示波器可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量要求，自由的改變波形信號和觸發(fā)點(diǎn)的位置，輸出較為理想的波形。

（3）頻譜分析儀。頻譜分析儀主要應(yīng)用于頻域測量領(lǐng)域，分析數(shù)字信號的頻域特性的一種電子測量儀器。頻譜分析儀采用的數(shù)字信號處理技術(shù)有高斯濾波、離散傅里葉變換、拉普拉斯變換、快速傅里葉變換等。高斯濾波的頻譜分析儀促進(jìn)了電子測量設(shè)備的小質(zhì)量和高可靠性，快速傅里葉變換可以模擬信號處理，實(shí)現(xiàn)了信號的實(shí)時(shí)測量與分析。另外掃描外差技術(shù)和快速傅里葉變換技術(shù)結(jié)合的頻譜分析儀拓寬了頻譜分析的范圍，提高了頻率分辨力。實(shí)時(shí)頻譜分析儀通過帶通濾波的輸出信號與A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，可以分析、調(diào)制和信號顯

3 結(jié)語

電子測量是一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、數(shù)據(jù)化、信息化的必要手段，電子測量儀器是實(shí)現(xiàn)電子測量的必要裝置。數(shù)字信號處理技術(shù)可以更新目前的電子測量設(shè)備，促進(jìn)測量設(shè)備性能的提高。多種信號處理技術(shù)集成到電子測量設(shè)備中將豐富電子設(shè)備的測量功能，優(yōu)化測量效率和品質(zhì)，提高測量設(shè)備的智能化、集成化。

［1］劉明亮，朱江淼.數(shù)字信號處理對電子測量與儀器的影響研究［J］.電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2014，（10）：1041-1046.

［2］曲傳海.數(shù)字信號處理對電子測量與儀器的影響研究［J］.科技、經(jīng)濟(jì)、市場，2016，（4）：207-207.

［3］薛亞峰.數(shù)字信號處理對電子測量與儀器的影響探究［J］.黑龍江科技信息，2016，（18）：81-81.

Analysis of the Influence of Digital Signal Processing on Electronic Measuring Instruments

WU Yu-chun

（Xi'an Aviation College，Xi'an，Shaanxi 710007，China）

Electronicmeasuringinstrumentisameasuringinstrumenttotransformtheoutsidesignaltoelectricalsignalthrough the sensor technology and instrumentation technology integration.The digital signal level can improve the measurement performance of electronic measuring instruments.This paper studies the relationship between electronic measuring instruments and digital signal processing，andputsforwardtheimportanceofelectronicmeasurement，aswellasanalyzestheapplicationofdigitalsignalprocessing technologysignal generator，oscilloscope，spectrum analyzer and other electronic measuring equipment and studies how to promote theperformanceofelectronicmeasuringinstrumentsbydigitalsignalprocessing.

digitalsignalprocessing；electronicmeasuringinstruments；performance；influence

TN911.72

A

2095-980X（2017）01-0070-01

2017-01-13

吳玉春（1983-），男，河北衡水人，碩士，講師，主要研究方向：信息檢測與信號處理。