[拼音]：moni celiang yu shuzi celiang

[外文]：analog and digital measurements

宏觀物理量本質(zhì)上大都是固定或連續(xù)變化的模擬量。迄今為止的測量儀器的示值都模擬著被測量的變化。由于儀器本身的局限性，示值的分辨力只能達到2～3位有效數(shù)字，而且模擬式信號（測量數(shù)據(jù)）在測量過程中易受噪聲和干擾的影響而變值。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，測量儀器日漸數(shù)字化。它使被測的模擬量通過模－數(shù)變換成為數(shù)字量，再利用數(shù)字技術(shù)和計算機成就來提高測量的精確度、可靠性、靈活性和自動化程度。數(shù)字式儀器用數(shù)碼顯示結(jié)果，讀數(shù)方便，不易讀錯，示值分辨力可達6、7位(電壓表)乃至 9、10位（頻率計數(shù)器）有效數(shù)字。而且數(shù)字信號（測量數(shù)據(jù)）采用高－低兩個電平編碼信號，不易受干擾而出錯。

數(shù)字量是離散量，以一定的跨步(量子值)躍變。每個數(shù)字量是一系列階躍跨步的總和，通常用n比特二進制編碼來表示。量化即模－數(shù)變換的結(jié)果（圖中粗線）只能在一些個別點全同于模擬量(細線)。二者之間不可避免的差異，稱為量化誤差或量化噪聲。二進編碼時，分辨率(一個量子)為1/(2ⁿ-1)，8比特的分辨率為±2×10^-3，16比特的為±8×10^-6，24比特的為±3×10^-8。測量的動態(tài)范圍為n×6.02分貝。

量化過程需要一定時間τ，即模-數(shù)變換器的總采樣時間。τ值正比于比特數(shù)n，反比于時鐘（采樣節(jié)拍）頻率。顯然，τ應(yīng)與被測之量v的變化速率(dv/dt)相適應(yīng)。測量誤差為??v=(??v/??t)τ。對于正弦變化量vsinωt，最大誤差將為??v=vωτ或??v/v=ωτ。把1千赫正弦信號量化到10比特，若要求??v/v與數(shù)字分辨率(1×10^-3)相當(dāng)，則要求τ≤160納秒。測量速度與精確度之間存在矛盾，精確度要求越高，則總采樣時間越長。

為了提高效率，可用較低的重復(fù)頻率f_s<<1/τ來進行采樣，并在相繼二次采樣之間用保持電路來保持采得的值。若要從采樣結(jié)果復(fù)現(xiàn)原來的信號，根據(jù)采樣定理至少要求f_s＞2f_n，這里f_n是信號中所含的最高傅氏頻率分量，這樣復(fù)現(xiàn)的信號將無失真。然而，由于噪聲的影響，而且需要濾除采樣頻率f_s，實際上要求f_s＞5f_n。采樣保持電路的作用猶如一個低通濾波器，其截頻為f_s/2，并會產(chǎn)生一個相位延遲，其值為1/(2f_s)。模-數(shù)變換在高速、高頻方面受到限制。

模-數(shù)變換的逆過程就是數(shù)-模變換，即從數(shù)字式編碼信號變換為對應(yīng)的模擬式信號。當(dāng)被變換的信號變化時，所得模擬信號呈現(xiàn)出量化階梯。用低通濾波器濾除階躍所產(chǎn)生的諧波，即得到平滑的模擬信號。若模擬信號中低頻傅氏分量的諧波低于高頻傅氏分量，則諧波的濾除顯然有困難。

除了可以用數(shù)-模變換電路作反饋來構(gòu)成模-數(shù)變換器之外，在測量儀器和系統(tǒng)中，數(shù)-模變換器常用以產(chǎn)生模擬信號來驅(qū)動模擬式終端設(shè)備（例如X－Y繪圖儀和示波器等）和用于任意波形信號發(fā)生器。

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標簽：模擬測量與數(shù)字測量

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文章名稱：《模擬測量與數(shù)字測量》

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