数字化动态测量针对特定电压测量中的应用

摘要

精密测量是从高技术到实际工程应用广泛领域中最基础的工作，它反映了各方面的技术发展和水平。所有的测量都存在设备分辨率的问题，而测量分辨率总是有限的，这就使得在测量时以标准值为中心的区域形成了一个模糊区。这个模糊区是根据两个比对对象间的信号变化特性形成的。无论是集中的模糊区还是离散的模糊区，参考信号与被测信号间的比对特征能够在模糊区的边沿灵敏检测出模糊区内外的不同结果。这样，检测精度将大幅高于测量分辨率本身，并表现为更高的测量分辨率的稳定度指标，进而明显提高很多物理量测量的最终精度。这种现象在广泛物理量的测量中具有普遍性，我们称之为边沿效应。
　　基于对动态模糊区边沿效应更深入的研究，我们在原静态模糊区测量中提高分辨率的基础之上，创新出一种新的理论方法，即获取动态模糊区边沿有效信息来提高量化精度，从而提高测量的精度。我们将此方法应用于交流电压测量来验证该理论的可实施性。结果表明，其测量精度和频率响应有显著提高。
　　本文所述的典型的应用例子是针对动态信号，如交流正弦信号的有效值电压的测量。即使A/D转换器的位数有限，量化误差比较大的情况下，借助于A/D转换发生的跳变沿处的稳定度会获得远远高于A/D转换的量化值的精度。对于变化着的交流电压信号，A/D转换器多个跳变沿捕捉在电压信号上的对应的时间处的电压-数字对应的值。这些采集点及其采集的时刻信息在一起准确地表达了信号的波形参数。其准确度已经不受A/D转换的量化误差的影响，而是取决于该量化值在跳变沿处的“稳定度”以及A/D转换的线性度、噪声的影响等。基于这样的认识，从整体上通过边沿效应的应用可以大幅度地提高测量的精度，为了证明这一点以及边沿效应带来的测量和处理方面的优点，我们针对不同的被测交流电压的有效值把经过边沿效应处理的测量装置分别与普通的A/D转换器(均是8位)、6位半和3位半数字电压表，以及标准电压源和标准的交流电压测量装置同时测量进行比较。另外，也测量了不同频率下的交流电压的有效值。从总体上看，这种借助于多模糊区结构的边沿效应的数字化的测量方法通过量化值的稳定度及其边沿-跳变沿信息的利用，具有大幅度提高精度的潜力。

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第一章 绪论

1.1研究背景和应用

1.2发展前景

1.3本文主要内容

1.4本章小结

第二章 交流电压有效值的测量

2.1交流电压有效值测量的基本概念

2.2交流电压的测量方法

2.3数字化测量技术及其电压测量

2.4数字化测量中的模糊区

2.5本章总结

第三章 边沿效应及其理论基础

3.1测量分辨率及分辨率的稳定性

3.2模糊区及边沿

3.3集中模糊区和离散模糊区

3.4边沿效应的定义

3.5边沿效应的特性

3.6影响边沿效应的因素

3.7边沿效应的优势

3.8本章总结

第四章 边沿效应的应用

4.1基于边沿效应的长度测量

4.2相位噪声的测量

4.3基于边沿效应的电压测量

4.4本章小结

第五章 边沿效应测量电压实验及分析

5.1边沿稳定度与均匀性实验及分析

5.2不同输入信号幅度测量及分析

5.3不同输入信号频率测量及分析

5.4数据处理过程

5.5基于边沿效应的曲线拟合

5.6比较其他方法是否有明显的优点

5.7本章总结

第六章 结论和展望

6.1研究结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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