[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(cè)量?jī)x器的示值都模擬著被測(cè)量的變化。由于儀器本身的局限性，示值的分辨力只能達(dá)到2～3位有效數(shù)字，而且模擬式信號(hào)（測(cè)量數(shù)據(jù)）在測(cè)量過(guò)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(cè)量?jī)x器日漸數(shù)字化。它使被測(cè)的模擬量通過(guò)模－數(shù)變換成為數(shù)字量，再利用數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)成就來(lái)提高測(cè)量的精確度、可靠性、靈活性和自動(dòng)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(cuò)，示值分辨力可達(dá)6、7位(電壓表)乃至 9、10位（頻率計(jì)數(shù)器）有效數(shù)字。而且數(shù)字信號(hào)（測(cè)量數(shù)據(jù)）采用高－低兩個(gè)電平編碼信號(hào)，不易受干擾而出錯(cuò)。

數(shù)字量是離散量，以一定的跨步(量子值)躍變。每個(gè)數(shù)字量是一系列階躍跨步的總和，通常用n比特二進(jìn)制編碼來(lái)表示。量化即模－數(shù)變換的結(jié)果（圖中粗線）只能在一些個(gè)別點(diǎn)全同于模擬量(細(xì)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(jìn)編碼時(shí)，分辨率(一個(gè)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(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍為n×6.02分貝。

量化過(guò)程需要一定時(shí)間τ，即模-數(shù)變換器的總采樣時(shí)間。τ值正比于比特?cái)?shù)n，反比于時(shí)鐘（采樣節(jié)拍）頻率。顯然，τ應(yīng)與被測(cè)之量v的變化速率(dv/dt)相適應(yīng)。測(cè)量誤差為??v=(??v/??t)τ。對(duì)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(hào)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(cè)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(shí)間越長(zhǎng)。

為了提高效率，可用較低的重復(fù)頻率f_s<<1/τ來(lái)進(jìn)行采樣，并在相繼二次采樣之間用保持電路來(lái)保持采得的值。若要從采樣結(jié)果復(fù)現(xiàn)原來(lái)的信號(hào)，根據(jù)采樣定理至少要求f_s＞2f_n，這里f_n是信號(hào)中所含的最高傅氏頻率分量，這樣復(fù)現(xiàn)的信號(hào)將無(wú)失真。然而，由于噪聲的影響，而且需要濾除采樣頻率f_s，實(shí)際上要求f_s＞5f_n。采樣保持電路的作用猶如一個(gè)低通濾波器，其截頻為f_s/2，并會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(guò)程就是數(shù)-模變換，即從數(shù)字式編碼信號(hào)變換為對(duì)應(yīng)的模擬式信號(hào)。當(dāng)被變換的信號(hào)變化時(shí)，所得模擬信號(hào)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(hào)。若模擬信號(hào)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(lái)構(gòu)成模-數(shù)變換器之外，在測(cè)量?jī)x器和系統(tǒng)中，數(shù)-模變換器常用以產(chǎn)生模擬信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)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(hào)發(fā)生器。

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標(biāo)簽：模擬測(cè)量與數(shù)字測(cè)量

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文章名稱：《模擬測(cè)量與數(shù)字測(cè)量》

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