數(shù)字信號處理對電子測量與儀器的影響研究

李航 趙娟娟

摘要：電子測量儀器是通過集成的傳感技術、儀器儀表技術實現(xiàn)外界信號到電信號轉(zhuǎn)換的測量儀器。電子測量儀器是測量工作最為先進的設備，目前我國對數(shù)字信息化的重視也有了很大的提高，這就從根本的角度上決定了數(shù)字信息化在我國的應用范圍。文章研究了電子測量儀器和數(shù)字信號處理的關系，并提出電子測量的重要性，在此基礎上分析了數(shù)字信號處理技術信號發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀等電子測量設備中的作用，研究了數(shù)字信號處理是如何促進電子測量儀器性能的提高。

關鍵詞：數(shù)字信號處理;電子測量儀器;性能;影響

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，在理論上來說就是通過數(shù)字計算的方法對相應的信息進行合理的收集和識別加工，使得信息可以達到一定使用目的的過程。測量結(jié)果的有效性和實時性需要再次進行測量，自然事物的測量是定量的表述事物屬性的關鍵。綜上所述，電子測量具有重要意義。

一、電子測量的重要性

在各種生產(chǎn)活動中，測量都占據(jù)著非常重要的位置，并能夠促進人類社會的進一步發(fā)展。運用數(shù)字信號處理可使現(xiàn)有的電子測量技術得到進一步優(yōu)化，并能夠增加測量的精準度與有效性，因此說數(shù)字信號處理在電子測量過程中起著至關重要的作用。

1.1測量的作用

首先，運用測量，能讓社會中一些抽象事物的描述更加具象化。如在生產(chǎn)制造行業(yè)中，如果想對某一產(chǎn)品進行批量制造，生產(chǎn)企業(yè)就需充分了解該產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的各項參數(shù)，而這些參數(shù)就是對該產(chǎn)品測量結(jié)果的具體應用。其次，測量能夠使得生產(chǎn)活動的行為得到進一步規(guī)范，幫助工作人員清晰的了解到該零件的具體形狀以及尺寸等固定參數(shù)。

1.2數(shù)字信號處理的意義

隨著測量技術的不斷發(fā)展，電子測量儀器也在測量工作中得到了廣泛應用。一般情況下，運用電子測量儀器來進行物體的測量工作時，其測量結(jié)果都會借助于電信號的方式來進行表示，這就會使得測量人員難以對其進行度數(shù)，也就無法對該物體的測量結(jié)果進行有效的處理與分析。運用數(shù)字信號處理則可以將測量結(jié)果中的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學信號，或者將其表現(xiàn)為工作人員可以識別的信號相關工作人員對這些測量結(jié)果可以進行直接的分析，并為其后續(xù)工作的進行提供了一定的便利性。比如在對直流電壓進行測量時，就需要先對其測量結(jié)果進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，在無法得到具體直流電壓的情況下，還需要對其進行交流-直流的轉(zhuǎn)換，最后在進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，這樣才能夠取得一個準確的測量結(jié)果。借助于該實例可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字信號處理能夠使得測量過程中的一些復雜問題得以簡化，并能夠有效減少測量過程中各種因素對于測量結(jié)果所產(chǎn)生的影響。

二、數(shù)字信號處理對電子測量與儀器的相關影響

2.1數(shù)字信號處理提升信號源性能

信號源是發(fā)生器中電子測量中的一種關鍵的測量儀器，目前頻率合成技術是高質(zhì)量信號源中廣泛運用的一種技術。除此之外，濾波是數(shù)字信號處理中的關鍵內(nèi)容。晶振通常性只可以提供其自身具備的特定頻率，不過在有些時候的實際操作中可以提供能夠變化的頻率，因此就導致了晶振存在的特點逐漸顯露出來。合成信號源不僅克服了“晶振”只提供特定頻率的缺點，而且還把輸出信號的頻率穩(wěn)定度和準確度提高到與基準頻率相同的水平。顯然，數(shù)字信號處理技術提高了信號源的性能。

2.2數(shù)字信號處理提升示波器性能

示波器在初的定性測量上發(fā)展成為了目前的精密定量測量電子儀器，并且逐漸的數(shù)字化以及半智能化。示波器有很多種，其中具體包含了處理數(shù)字儲存示波器，多處理數(shù)字儲存示波器以及模擬和數(shù)字混合示波器等等。不過不管是哪種示波器，對其性能進行明確的都是使用的技術水平，技術和理論知識相輔相成共同發(fā)展。理論知識是技術的指導，而技術在實踐中讓理論能夠被證實。數(shù)字化相關的采樣技術讓示波器性能有了很大的提升，并且示波器的發(fā)展也讓采樣技術有了相應的提高。數(shù)字存儲示波器在進行信號采集是需要遵守奈奎斯特采樣相關的理論，因此對一個示波器而言具有相關的采樣率，在波形顯示時要適應顯示的要求，能夠經(jīng)過改變掃描辦法對采樣速率進行改變。不過在實際使用過程中存在著一些難度，其中依舊有一些問題。比如對于低頻信號就會有采樣點冗余的現(xiàn)象，采樣點冗余會讓儲存成本增加。不過對一些高頻信號而言就會有波形失真的現(xiàn)象，這是因為采樣點太少。在對這些問題數(shù)字信號的處理中，抽取和內(nèi)插技術能夠?qū)?shù)字儲存示波器中存在的問題進行解決。峰值點標定和防治混疊失真的抽取器均是數(shù)字儲存示波器專門進行抽取的。

模擬示波器只能觀測觸發(fā)點以后的信號波形，這是因為只有觸發(fā)信號出現(xiàn)后才產(chǎn)生掃描鋸齒波的緣故。而在數(shù)字存儲示波器中，被觀測的信號波形是先存儲在采樣存儲器中，然后可根據(jù)需要將采樣存儲器中的某部分信號波形送至顯示窗口。這樣就可以自由地改變觸發(fā)點的位置，實現(xiàn)所謂正沿遲觸發(fā)和負延遲觸發(fā);用正延遲可以觀測觸發(fā)點以后的信號波形，用負延遲可以觀測觸發(fā)點以前的信號波形。

2.3數(shù)字信號處理提升頻譜分析儀性能

在對信號中的各個頻率的成分進行分析的時候，就要運用到頻譜分析儀，其是在頻域測量中十分關鍵的儀器，不但測量的范圍廣并且其測量的幅度也很大，所以被稱之為射頻萬用表。把數(shù)字濾波技術和離散傅里葉算法等相關的數(shù)字信號處理技術運用到頻譜分析儀器中，促使其能夠朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，目前已經(jīng)在這個領域中獲取了很大的成績。和模擬式頻譜分析儀相較，快速傅里葉變換式的分析儀能夠進行實施的檢測與分析，不過在實際運用過程中經(jīng)常會因為模數(shù)轉(zhuǎn)換的制約，因此工作的頻段比較低。要想頻段不會遭到制約以及實施測量，則就能夠運用模擬和數(shù)字相融合的頻譜分析儀，這種分析儀有著很高的性能。所以，數(shù)字信號處理技術在一定程度上提升了頻譜分析儀的相關性能。

2.4對電壓測量工作的影響

電壓測量作為一種最常用的測量方式。它包含電參數(shù)和非電量，最基本的原理則是首先把其轉(zhuǎn)變成直流電壓，然后再對其采取測量。當前該種測量已經(jīng)達到了數(shù)字化水平。如此便使得相關測量器具，例如電壓表等穩(wěn)定性等性能有了極大程度的提高，但在其測量過程中依舊存在著兩個核心問題：一是在面對能夠直接得到的直流電壓時，就可以直接進行模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，另一種則是需要先去進行交直流的轉(zhuǎn)換，然后再進行模/數(shù)的轉(zhuǎn)換。電壓表就是運用了取樣以及量化的數(shù)字電子儀表之一。運用數(shù)字信號技術，能夠使得電壓表在測量的精準度、測量的氛圍以及抗干擾能力方面都得到一定程度的提升，因此說數(shù)字信號技術對于電壓測量工作也有著一定的促進作用。

三、結(jié)語

人類社會的生存和發(fā)展少不了測量工作，測量在現(xiàn)代社會中的地位不言而喻，在人類的生存活動中，測量也是最根本、不可缺少的實踐活動。電子測量是實現(xiàn)數(shù)字化、數(shù)據(jù)化、信息化的必要手段，數(shù)字信號處理技術可以更新目前的電子測量設備，促進測量設備性能的提高。多種信號處理技術集成到電子測量設備中將豐富電子設備的測量功能，優(yōu)化測量效率和品質(zhì)，提高測量設備的智能化、集成化。

參考文獻

[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].電子測量與儀器學報，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、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.