數字信號處理對電子測量與儀器的影響

朱展樞

（汕尾職業技術學院，廣東 汕尾 516600）

0 引言

信息本身不具備傳輸等能力，需要通過信號來實現，因此，信號處理工作至關重要。數字信號處理是一門新的學科，在多年發展中歷經變化。測量主要是人們對客觀事物定量分析從而獲取相關數據的過程。電子測量是基于電子科學原理，借助電子技術設備，對信號參數等進行測量。

1 電子測量的意義分析

1.1 測量的應用

測量能使一些抽象的事物變得具體化，如在產品生產中，要實現批量化生產，需要掌握產品不同目標的相關參數，此時就需要運用到測量技術[1]。測量技術的應用，還能在一定程度上提升產品生產的標準化，加快制度化建設。產品零部件生產的過程中，運用電子測量技術，可以準確測量零部件的相關參數信息，這與人工測量技術相比具有明顯優勢，能為生產提供準確的生產數據，提升生產效率。

1.2 數字信號處理

生產發展中，對測量的準確度要求越來越高，加上技術的改進和發展，電子測量技術的深入運用，根據其發展原理，在電子測量工作完成后，通過電信號的形式輸出得到的數值，但這種結果無法被人工讀取，難以快速分析應用測量的結果[2]。此時可以采用數字信號處理技術，將得到的電信號轉化為對應的數字信號或者是更容易辨別的形式，方便人們分辨，工作人員也能快速分析最終得到的測量結果，為后續工作的開展提供依據。例如在電壓測量中，信號轉換的使用頻繁，如果測量直流電，會實現從交流到直流的轉換，最后再通過數字轉換，獲得比較準確的數字結果[3]。在實例分析中，可以了解到數字信號處理技術在測量中的應用，降低其他因素對結果準確性的干擾。

2 數字信號處理對電子測量帶來的影響

2.1 信號源

在生產中生產源的使用頻率較高，主要是應用頻率的合成手段完成處理，但是信號合成技術的運用中，要用到低通濾波，這是數字信號處理技術中的關鍵環節[4]。因此，信號源技術的運用，能高效避免晶振只能提供某項特殊頻率的缺陷，還能很大程度上提升信號的穩定性，從而最終確保數值的準確性，故應用數字信號處理能提升信號源測試的性能。

2.2 電業測量

這是當前相對比較常見的測量工作，涉及相關的電參數和多項測量工作，在具體操作中，主要是先將信號轉變成直流信號，然后再開展測量工作。在多年發展中，電業測量也逐漸實現了數字化發展，在這個發展過程中，數字信號技術的深入運用，能提升數據測量的準確度，并提升其抗信號干擾的能力[5]。因此數字信號處理技術帶來的影響較大，能提升測量結果的準確度。

2.3 示波器

對模擬示波器的應用，只能探測觸發點發出的信號，且僅僅接觸到信號之后才形成波形。數字示波器的使用，其準確率更高，且能對所得到的信號進行儲存，在窗口上直觀地呈現出來。從外差式頻道對數字化處理進行分析，能得到較為有效的實時頻譜分析數據，不僅僅能實現數字化處理，還能實現各信號域的分析，最后分別顯示出不同的頻域、時域等。除此之外，數字濾波式頻譜分析儀具有良好的發展前景，濾波穩定性好，性能強，且方便攜帶，易于推廣等，具有較大的發展潛力[6]。在具體的應用中，能對多個頻率實行即時的檢測處理，具有明顯的優勢，但是實際應用過程中也會受到不同因素的制約，工作范圍內其頻段不能達到更高。

2.4 頻譜分析儀

主要是應用在頻域測量中，對數字信號頻域的特性進行分析，是常見的電子測量儀器。頻譜分析儀采用的是數字處理技術，包括高斯濾波、拉普拉斯變換等。其中，高斯濾波頻譜分析能提升電子測量設備的可靠性，而快速傅里葉變換，則能對模擬信號進行變換處理，確保實時測量和分析信號，將掃描外差技術與此項技術集合，能有效拓展頻譜分析儀的應用范圍，不斷提升頻率的分辨力。還可實時頻譜分析，對帶通濾波輸出的信號和A/D轉換，從而實現數字化，并能分析、顯示信號信息。

2.5 實時頻譜分析儀

在掃頻外差頻譜儀的基礎上，增添了數字化、多功能化等功能，在數字化轉換過程中，增加了專門的數字信號處理器，對其加以處理，從而完成對不同信號域的分析。實現頻域、調制域和時域不同顯示。

2.6 混合域示波器

主要是將算法轉化、技術融合和系統集成等有效結合，除了具備頻譜分析儀功能，還采用了專門的DSP芯片，加上數字信號處理算法等，能實現在時域和頻域相關系統級的觀測，從而能尋找噪聲和元器件的狀態。當前推出的混合域示波器，具有頻率計、頻譜分析儀、邏輯分析儀等不同的功能。

3 數字信號處理在電子測量領域中的應用探討

3.1 在電業測量中的應用

電業測量的原理，簡單講主要是將測量電壓轉變為直流電壓，在此基礎上再進行相關的測量工作[7]。當前電業測量發展中其數字化程度越來越深，數字信號處理應用的過程中，也有重要的問題需要處理。第一個主要問題是交流電壓、直流電壓轉換之后，在此基礎上進行A/D轉換，另一個問題則是在直流電壓基礎上，直接進行A/D轉換。但是這兩種轉換方式中，A/D轉換需要量化和取樣處理，這些都是數字信號處理技術中相對基礎性的環節。實際的應用過程中，需要將兩者應用到電壓表上，這樣能有效提升電壓表的測量準確度，也能提升其應用范圍，信號抗干擾能力等。

3.2 在示波器中的應用分析

這主要是將顯示的結果以波形的形式呈現的電子測量儀器，被測信號需要將電子束打在對應的熒光物質上，從而在屏幕上顯示對應的圖像，相關人員可以通過呈現出來的圖像進行分析解讀。如果使用常規的電量，示波器能呈現對應的顯示，包括頻率、峰值、電壓電流等，但是在遇到特殊的電量之后，必須進行相應的調整，借助示波器進行測量，對對應的相位差和幅度加以調整，確保結果的準確性。示波器是比較常見的電子測量儀器，具體應用中需要參照相應的規范，按照要求進行操作，否則測量結果容易出現誤差。一般情況下，示波器設備顯示出來的圖像，能準確描述被測量的信號。電示波器中數字信號處理技術的應用具體分析為：

將示波器設備看作是一個完整的信息系統，則可以得到對應的關系式：

s（t）是我們需要測量和觀察的信號，s0（t）主要是示波器顯示的對應的波形，*則是運算符號，h（t）指的是輸入的信號源。要確保工作人員觀察的信號和最終顯示出來的信號吻合度比較高，則需要確保示波器輸入機箱能滿足對應的迪拉克函數。只有滿足這一要求時，s0(t)和s（t）才能對等，再結合相關理論研究，如果這一關系域里，示波器的寬帶需要無限大，但是在實際工作中，條件無法實現。同時，示波器在使用中還會受到寬帶的影響，估算過程中，要使用方根原則，被測量的信號即高斯信號，方根原則能否成立，高斯信號是關鍵所在，高斯信號在實際應用過程中相對比較少，也會帶來高斯信號和示波器之間容易出現較大的誤差。如何減少和避免誤差，可以采用數字信號處理技術中的反卷積技術。可以得到以下關系式：

1/*指的就是反卷積計算，這種關系式中，能有效縮小誤差，具有一定的理論基礎，但是在傳統發展中其應用范圍并不廣闊。當前信息技術的高速發展，數字信號技術的具體應用，在項目測量中發揮著重要的作用，也拓寬了電子測量儀器的應用范圍。

如果使用一個標準信號，并輸入到相對應的示波器中，如果將輸出的信號設定成s（k），一般情況下，能準確地計算出示波器對信號的離散型算式h（k），對離散型算式存儲中，還要增加信號重構的反卷積算法，此種情況下，無論什么標準的示波器，最終的信號是否會存在失真現象，則需要根據當前現有的信號進行重構，最后才能得到想要的信號，最終減少示波器對電量信號觀測結果的影響。

4 結語

綜上所述，隨著信息技術和科學技術的發展，電子測量技術也迅速發展，電子測量儀器是測量中的先進儀器，數字信號處理技術的應用，能更新當前的電子測量相關設備，提升測量設備的整體性能，促進測量設備的智能化、集成化和信息化水平。