cook研究的论文中文版

电子测量技术的发展及应用 英国科学家A • H • 库克（cook ）说：“测量是技术生命的神经系统。我们通过测量认识周围的物质世界，通过测量把这些知识变成数字语言，然后用数学方法把它整理成合乎逻辑的系统；通过测量，可使这种系统性知识借助于工程技术用来改造物质；世界精密的测量是精确的知识和经济的设计所必需，方便的测量是敏捷的通讯和有效的组织所必需。”这一段话深刻地揭示出了测量对于我们人类社会的重要性。人类社会从远古时代发展到物质文明和梢神文明都高度发达的今天，没有测量技术的作用是不可想象的。 一、测量的意义 所谓测量就是借助于专用的技术工具通过实验和（或）计算，对被测对象收集信息的过程。在自然界中，对于任何被研究的对象，若要定量地进行评价，必须通过测量来实现。在电子技术领域中，中肯的分析只能来自正确的测量。通过测量，我们对大自然认识才由感性世界跨入了理性世界，才逐步对大自然有了理性的分析，通过分析和归纳，我们才能得到规律性的知识来改造世界，科学技术才能得以高速发展。牛顿开创的早期自然科学的工作方法可归纳为“观察、实验、理论”，可见，人们是通过观测试验的结果和已经掌握的规律，进行概括、推理，再对所研究的事物取得定量的概念和发现它的规律性，然后上升到理论。因此，测量技术的水平在相当程度上影响着科学技术的发展速度和深度，科学技术上有一些突破是以测试技术的突破为基础的。 这种例子在科学发展史上是不胜枚举的。 在没有显微镜时，人眼只能看清大小为— 毫米的东西，这大大限制了人类对自然界中微观世界的认识，在这种情况下，绝对不会有微生物学等技术的产生。16 世纪出现了光学显微镜，它的分辨率可达2000埃，相应的放大率约为1500倍，大大扩展了人的眼力。在显微镜的帮助下，人类发现了构成生物基础的细胞（大小约为10-100微米），使人类对生物界的认识有了一个极大的飞跃，这一发现对推动生物学各方面的研究作出了重要贡献，被恩格斯誉为19世纪三大发现之一。20 世纪30 年代出现了电子显微镜，它的分辨本42领高达2一3 埃，又比光学显微镜提高了约三个数量级。由此可见电子技术引入测量领域的巨大的推动作用。在电子显微镜下，可以洞察小小细胞内的超微机构，连细胞膜也可清晰地辨出是由三个薄层组成的，并发现了致病的病毒、形成了生物科学的又一次飞跃。现代科学技术、生产和国防的重要特点之一，就是要进行大量的观测和统计。现代工业大生产，用到测量上的工时和费用约占整个生产所用的20％一30％。提高测量水平，降低测量成本，减少测量误差，提高测量效率，对国民经济各个领域都是至关重要的。 二、电子测量技术的发展 电子测量技术的发展是建立在测量技术的发展最新电子技术的发展基础之上的。广义地说，凡是利用电子技术进行的测量都称为电子测量。从现存的史料上我们得知古人用漏斗滴水来测量时间，用草绳打结来计数，这可以说是原始的测量方法，以后人们逐渐发明了称、算盘等较为先进的测量和运算工具，到了本世纪20年代，科学技术的发展导致了电子管的出现，即电子技术的出现。由于电子技术独特的优点：频率范围宽，测量快速，易于实现遥控等，使得电子技术迅速被应用并普及到国民经济各个领域，包括测量技术中，开创了测量技术的新天地。但是由于电子管的体积较大，从而造成了电子管做成的测量仪器体积较大，耗电量多，价格贵，工作效率也不是很高，到了本世纪50年代，半导体技术有了飞速的发展，晶体管相对于电子管而言，体积大为减小，功耗降低，稳定性大为提高，同时其应用频率范围更宽，除测直流量外，还可以测高至100GHZ 左右的信号，从而使晶体管迅速取代了电子管的位置，如各种示波器、晶体管测试仪，频谱测试仪等。这些测量仪器仍在国民生产各个领域中发挥着极大的作用。到了本世纪60年代中期，中小规模集成电路问世。所谓集成电路，就是将电阻、电容、二极管、三极管等各种元器件经过半导体工艺或薄膜工艺制作在同一块硅片上，并按某种电路互联起来，制成的具有一定功能的电路，从而打破了半导体元器件组成的传统电路的概念，实现了材料、元件、电路三位一体。由于集成电路的问世，使得原来的电路变得更小，因此，由集成电路做成的电子测量仪器体积更为减小，同时其测量范围更为宽广，测量精度大为提高。现在一些比较先进的电子测量仪器均用集成电路做成，并且有了智能功能，特别是在尖端技术和现代化的工农业生产中，集成电路测量仪器的优势更为明显。例如，一个射程为八千公里的洲际导弹，如果航向误差有度，也会造成导弹偏离目标5一8公里，那样，导弹的威力将大为降低，甚至起不到作用。制造炸药的甲苯，在生产中测量温度如有一定的误差，也可能造成严重的事故。现代化科学技术和现代化大生产中那些要求精密和准确测量的内容通常都是运用了电子测量的方法来实现的。 三、电子测量的特点及应用 随着电子技术的不断发展，测量的内容愈来愈多，通常包括以下几个方面： ① 电能量的测量，包括对于电流、电压、电功率的测量；② 信号的特性及所受干扰的测量，例如信号的失真度、频率相位、脉冲参数、调制度、信号频谱、信噪比等；③ 元件和电路参数的测量，例如电限、电感、电容、电子器件（电子管、晶体管、扬效应管等）的测量，集成电路的测量，电路频率响应、通频带宽度、品质因数、相位移、延时、衰减和增益等的测量。 随看电子技术的发展，由于电子测量技术的许多无可比拟的优点，许多非电量的测量也可以通过传感器转换成电信号，再利用电子技术进行测量。例如，高温炉中的温度、深海的压力等许多人们不能亲身到的地方或无法直接测量的量，都可以通过这种方式进行测量．电子测量除了对电参数进行稳态测量以外，还可以对自动控制系统的过渡过程及频率特性进行动态测量。例如，对一个轧钢的电气传动系统通过模拟计算机可以自动描绘出动态过程曲线；对于化工系统的生产过程进行自动检测与分析等。与其它的测量相比，电子测量具有以下几个明显的特点： ① 测量频率范围极宽，电子测量能工作在这样宽的频率范围，这就使它的应用范围很广。 ② 量程很广，由于所测量的大小相差极大，要求测量仪器的量程也极宽．同一台电子仪器，经常能做到量程宽达很多数量级。例如一台普通的欧姆表，可以测出几欧姆至几十兆欧姆的电阻，量程宽达六、七个数量级。电子计数器的量程更宽，可达17个数量级。量程宽正是电子仪器的突出优点。 ③ 测量准确度高。电子仪器的准确度通常可比其它测量仪器高很多。特别是对频率和时间的测量，由于采用了原子频标和原子秒作为基准，使误差减小到极小量级，这是目前人类在测量准确度方面达到的最高标准。电子测量准确度高，正是它在现代科技领域得到广泛应用的重要原因。例如发射人造卫星的控制和遥测系统，如果不够准确，最后一级火箭的速度有千分之二的相对误差，卫星就会偏离预定轨道一百公里． ④ 测量速度快．电子测量由于是通过电子运动和电磁波的传播来进行工作的，因此具有其它测量方法通常无法类比的高速度。 ⑤ 易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式又可以做到清晰、直观。由于可以把电子仪器或与它连接的传感器放到人类不便长期停留或无法到达的区域去进行遥测，而且可在被测对象正常工作的情况下进行测量。对于测量结果，电子测量的显示方法也比较清晰、直观，例如发光二极管直接数字显示，便于直接给出结果；荧光屏示波方法，便于形象直观地给出被测量的特征。测量结果还便于打印、绘图或启动指示灯或替铃显示。 ⑥ 易于利用计算机，形成电子测量与计算技术的紧密结合。电子测量的测量结采和它所需的控制信号都是电信号，这非常有利于它宵接或通过A/D、D/A变换与计算机连接，现在随着微型计算机功能的提高和成本的降低，就可以在不增加仪器体积和不明显增加成本的情况下，使测量仪器的性能发生很大的飞跃，使它具有高性能、多功能的特点。由于以上电子测量技术的一系列特点，使它广泛应用于自然科学的一切领域．大到天文观测、宇宙航天，小到物质结构、基本粒子，从复杂深奥的生命、细胞、遗传间题到日常的工农业生产、医学、商业各部门，都越来越多地采用了电子测量技术和设备。电子测量技术的发展是与自然科学特别是电子技术的发展互相促进、互相推动的一方面电子测量技术的发展为自然科学特别是电子学的研究、实验、分析和检验提供了条件，另一方面自然科学的发展特别是电子科学技术的发展向电子测量技术不断提出新课题。同时，近代电子学、计算科学、物理学和材料学等的发展又反过来为电子测量提供了新理论、新技术、新工艺、新材料、新器材，形成了相辅相成不可分割的关系。 目前电子测量设备在性能、测试功能、工艺结构等各方面都取得了很大的进展，其研制和生产正向着自动化、系统化、数字化、高性能、多功能、快速、小型等方面发展．拥有先进的科学实验手段，这是科学技术现代化的一个重要标志，而一个国家电子测量水平的高低，往往是反映这个国家科技水平的重要方面。所以，我们必须努力提高我们的电子测量技术，争取早日达到国际先进水平。

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