分析數字信號處理對電子測量的影響

方芳

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分析數字信號處理對電子測量的影響

方芳

國家新聞出版廣電總局501臺，云南 昆明 650302

電子測量工作在一定程度上會受到DSP(數字信號處理)的影響，要想確保電子測量獲取數據的準確性，在測量工作開展過程中要做好數字信號處理。以電子測量受DSP的影響為切入點，對兩者的關系進行分析，使電子測量獲取的數據能夠更好地為人們服務。

數字信號；電子測量；信息

信息技術的快速發展使現代社會已經進入到了信息時代，在該背景下，無論是生活還是工業上的許多事情都與信息有著密不可分的關系。不過，至今人們對信息還未有一個嚴謹的定義。為了方便理解，我們可以認為信息是人獲取新知識、對外界物感知的一個過程，而這些信息的傳遞需要通過信號完成，由此可見信號處理的重要性。因此，加強對數字信號的研究與分析具有現實意義。[1]

1 DSP與電子測量

1.1 DSP概述

簡單地說，DSP就是通過對專用設備或計算機對特定的信號進行處理與加工，而學術界則認為，DSP就是通過數值計算方法，通過對專有設備或計算機完成對信號的采集、處理、識別、加工等操作，最終達到提取信息和應用的一門學科。從最終的處理結果來看，DSP就是通過一定的方式與規則，將一個數字信號轉變為另一個數字信號的過程。DSP發展于20世紀70年代，至今發展已近50年，在這些年的發展過程中，DSP經歷了兩個變化，一是由只給本科生講授，逐漸發展為給碩士和博士生進行講授，同時為了確保講授的效果，還需要配比相應的教材。二是由只給電子通訊類的學生講授發展到給計算機類、控制類的學生講授，以上兩點都體現了人們對DSP研究程度的加深以及其應用范圍的擴大。

1.2 電子測量

電子測量主要分為廣義電子測量和狹義電子測量兩個不同的部分，廣義電子測量就利用傳感器將非電量通過一系列的合理轉變為電量，然后完成最終的測量工作。狹義電子測量主要指的是對電子技術中所涉及到的各項測量進行測量。狹義電子測量包括的內容有：

（1）測量能量，主要指的是對電壓、電功率、電流等參量的準確測量。（2）測量電路參數，主要指的是對電容、電感、電阻等參量的具體測量。（3）測量電子設備性能，測量電子設備主要指的是對選擇性、通頻帶、靈敏度等參量的測量。（4）測量信號特性，主要指的是對周期、頻率、相位等參量的測量。（5）測量特性曲線，主要指的是對相頻特性、幅頻特性等特點曲線的測量。電子測量過程中的開展是基于電氣設備、方法以及電子科學原理的基礎上進行的，需要注意的是，信號包括的內容還有很多，不僅有電子信號，其中還包括機械信號、光信號、生物信號等諸多內容。由此可見，電子測量包含的領域十分廣泛。

在解了DSP與電子測量之后，可以發現兩者之間有著密切的聯系。第一，信息處理需要通過DSP實現，DSP是信息處理中一項重要內容，而電子測量是采集信息、獲取信息的一項主要技術手段，簡單地說，在整個操作過程中，通過電子測量獲取信息，DSP就是對信息進行合理加工，可以將DSP看作是對信息的一種服務。第二，電子測量技術的發展與更新在一定程度上會受DSP水平與程度的影響。第三，DSP的某些理念嫁接到電子測量中，將會使提高電子測量技術，同時也會促進電子測量行業的發展。[2]

2 測量工作的重要性

測量工作在人們的生活與生產中的重要性不言而喻，在具體應用過程中，其主要解決以下幾項問題。

2.1 解決“是什么”問題

例如，他是誰，是一個什么樣性格的人。那是一個什么東西？這樣的例子在人們的生活中不勝枚舉。在解決“是什么”過程中，人們比較常用的方法就是對比，通過將分析的東西與已知的東西進行對比，也就是通過已知的東西與待認識的東西進行對比；從本質上來看，比較就是測量，人們在對世界的客觀認識上離不了測量工作。[3]

2.2 解禁如何做

通過對空氣中二氧化硫污染的分析與測量，判斷空氣中二氧化硫來自什么何處，是建筑施工中的揚塵、汽車尾氣、礦物質的燃燒。通過分析與測量，弄清楚空氣中二氧化硫來自何方，就可以找到二氧化硫污染的措施與方法，由此可見，測量將會高速人們如何做。

2.3 解決做什么

例如，近幾年，我國霧霾情況日益嚴重，霧霾的頻繁發生已經嚴重影響到了人們的正常生活。各級政府紛紛制定目標、表決心，出臺治理霧霾的措施，也就是說，通過對空氣的測量，產生了治理霧霾的決策，簡而言之，測量給人們指明了應該做什么。

2.4 解決做得怎么樣

在處理具體問題中，將制定的方法付諸于實踐，通過檢定處理后的效果，來判斷做得怎樣。例如，在處理空氣中的二氧化硫污染上，可以通過測定空氣中二氧化硫的含量，判斷處理得怎么樣。

3 DSP提升了電子測量的經準確性

電子測量工作的開展需要電子測量儀器的支持，一般認為，電子測量儀器的主要發展方向是智能化、數字化和網絡化，在這三化發展過程中DSP技術得到了廣泛的應用。下面針對集中常見的電子測量儀器進行分析。[4]

3.1 發射器

發射器是電子測量中常用的一種重要儀器，高質量信號源均采用頻率合成技術，在具體操作過程中無論是應用間接鎖相式頻率合成法，還是直接數字頻率合成所構成的信號發射器，在具體操作過程中都應用了低通濾波器，濾波是數字信號處理過程中的一項基本內容。信號源的合成，一方面克服了“晶振”，提供了特定頻率缺點，另一方面也將輸出信號的準確度和頻率穩定性提高到了基準頻率的相同的水平上。由此可見，DSP使信號源的性能得到了進一步提高。

3.2 顯波器

顯波器目前已經實現了半智能化和半數字化。目前，已經由定性測量發為精密定量測量的電子儀器。在具體應用中，無論是數字與模擬混合顯波器，還是所處理器數字存儲示波器，應用何種技術在一定程度上決定了示波器性能。如人們所了解到的一樣，一種理論與技術的發展是相輔相成的。示波器性能隨著數字化采樣技術的應用得到了進一步提高，反之，示波器的進步也促進了采樣技術水平的嘎子與提高。通過對示波器進行應用，可以實現實時采樣，可以完成對非周期性信號的觀測，而再具體采樣過程中，利用隨機采樣、非實時采樣、順序采樣，濾波器的等效寬帶能夠達到110GHZ。

通過模擬示波器觀測到的信號波形只能是觸發點以后的信號，造成這一現象的主要原因是，只有觸發信號出現后，才能對鋸齒波形進行掃描。在數字存儲示波器中，被觀測的信號的波形會被事先存儲到采樣器中，然后依據具體需求，將存儲中的特定部分的信號推送到窗口進行顯示。通過以上方式，可以對觸發點位置的信號波形進行自由改變，針對觸發點之前信號的觀察，可以通過負延遲實現。[5]

顯波器的信號采集需要遵守奈奎斯特采樣定理，具體示波器都具有對應的采樣率。但是，顯示信號波時，采樣率的改變可以通過改變掃速實現，從而使其滿足顯示要求。但是還會出現以下問題。對低頻信號波形進行觀測時，采樣點會出現冗余，若引起發展，將會提高成本，對高頻信號波形進行觀測時，由于采樣點少，因此波形會失真，此時DSP的“抽取”與“插入”技術得到了充分發揮，滿足了顯波器的顯示需求。

3.3 電壓表

電壓測量是電子測量中最常見的一種，它涵蓋了非電量及電參數測量，測量前必須把電壓轉變為直流電壓，然后再對直流電壓進行測量。目前，電壓測量已經被合理的數字化，在具體測量過程中涉及到兩個核心問題：（1）具體測量過程中如果可以直接測量到直流電壓，則需要進行模/數轉換。（2）先完成交流電和直流電之間的轉換，然后再進行模/數轉換。模/數轉換包含量化和取樣兩個數字信號的處理。電壓表是最先對取樣和量化進行應用，并將其付之于實踐的一種電子儀表，取樣與量化也使得電壓的分辨能力、測量范圍、精準性、抵抗干擾等方面的能力得到了進一步提高。

4 結語

測量在人們生活中處處可見，對人們的生活有著重要影響。電子測量是一種高級的測量手段，在電子測量過程中需要對測量儀器進行應用。DSP可以使一些電子測量的理念得到更新，提高電子測量的精準性，而電子測量技術的提高也會促進DSP技術的發展，兩者相輔相成，因此需要加強對DSP與電子測量關系的分析，促進兩者的發展，使其能夠更好地為人們服務。

[1]彭宇，姜紅蘭，楊智明，等.基于DSP和FPGA的通用數字信號處理系統設計[J].國外電子測量技術，2013（1）：17-21.

[2]冉鵬，何為，徐征，等.基于數字處理的頻差電阻抗成像系統設計[J].儀器儀表學報，2013（2）：448-454.

[3]張明珠，李開成，李振興.影響電子式互感器校驗系統設計精度的關鍵技術[J].電測與儀表，2012（12）：41-45.

[4]劉婭，李孝輝，王國永，等.一種頻標信號數字化測量儀器的研制[J].時間頻率學報，2015（2）：73-81.

[5]王慶賀.淺析壓電陶瓷式電子電壓互感器的信號處理方法[J].太原城市職業技術學院學報，2015（11）：191-192.

TN911.72;TM93

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1009-6434(2016)04-0030-02