分析数字信号处理对电子测量的影响

方芳



分析数字信号处理对电子测量的影响

方芳

国家新闻出版广电总局501台，云南 昆明 650302

电子测量工作在一定程度上会受到DSP(数字信号处理)的影响，要想确保电子测量获取数据的准确性，在测量工作开展过程中要做好数字信号处理。以电子测量受DSP的影响为切入点，对两者的关系进行分析，使电子测量获取的数据能够更好地为人们服务。

数字信号；电子测量；信息

信息技术的快速发展使现代社会已经进入到了信息时代，在该背景下，无论是生活还是工业上的许多事情都与信息有着密不可分的关系。不过，至今人们对信息还未有一个严谨的定义。为了方便理解，我们可以认为信息是人获取新知识、对外界物感知的一个过程，而这些信息的传递需要通过信号完成，由此可见信号处理的重要性。因此，加强对数字信号的研究与分析具有现实意义。[1]

1 DSP与电子测量

1.1 DSP概述

简单地说，DSP就是通过对专用设备或计算机对特定的信号进行处理与加工，而学术界则认为，DSP就是通过数值计算方法，通过对专有设备或计算机完成对信号的采集、处理、识别、加工等操作，最终达到提取信息和应用的一门学科。从最终的处理结果来看，DSP就是通过一定的方式与规则，将一个数字信号转变为另一个数字信号的过程。DSP发展于20世纪70年代，至今发展已近50年，在这些年的发展过程中，DSP经历了两个变化，一是由只给本科生讲授，逐渐发展为给硕士和博士生进行讲授，同时为了确保讲授的效果，还需要配比相应的教材。二是由只给电子通讯类的学生讲授发展到给计算机类、控制类的学生讲授，以上两点都体现了人们对DSP研究程度的加深以及其应用范围的扩大。

1.2 电子测量

电子测量主要分为广义电子测量和狭义电子测量两个不同的部分，广义电子测量就利用传感器将非电量通过一系列的合理转变为电量，然后完成最终的测量工作。狭义电子测量主要指的是对电子技术中所涉及到的各项测量进行测量。狭义电子测量包括的内容有：

（1）测量能量，主要指的是对电压、电功率、电流等参量的准确测量。（2）测量电路参数，主要指的是对电容、电感、电阻等参量的具体测量。（3）测量电子设备性能，测量电子设备主要指的是对选择性、通频带、灵敏度等参量的测量。（4）测量信号特性，主要指的是对周期、频率、相位等参量的测量。（5）测量特性曲线，主要指的是对相频特性、幅频特性等特点曲线的测量。电子测量过程中的开展是基于电气设备、方法以及电子科学原理的基础上进行的，需要注意的是，信号包括的内容还有很多，不仅有电子信号，其中还包括机械信号、光信号、生物信号等诸多内容。由此可见，电子测量包含的领域十分广泛。

在解了DSP与电子测量之后，可以发现两者之间有着密切的联系。第一，信息处理需要通过DSP实现，DSP是信息处理中一项重要内容，而电子测量是采集信息、获取信息的一项主要技术手段，简单地说，在整个操作过程中，通过电子测量获取信息，DSP就是对信息进行合理加工，可以将DSP看作是对信息的一种服务。第二，电子测量技术的发展与更新在一定程度上会受DSP水平与程度的影响。第三，DSP的某些理念嫁接到电子测量中，将会使提高电子测量技术，同时也会促进电子测量行业的发展。[2]

2 测量工作的重要性

测量工作在人们的生活与生产中的重要性不言而喻，在具体应用过程中，其主要解决以下几项问题。

2.1 解决“是什么”问题

例如，他是谁，是一个什么样性格的人。那是一个什么东西？这样的例子在人们的生活中不胜枚举。在解决“是什么”过程中，人们比较常用的方法就是对比，通过将分析的东西与已知的东西进行对比，也就是通过已知的东西与待认识的东西进行对比；从本质上来看，比较就是测量，人们在对世界的客观认识上离不了测量工作。[3]

2.2 解禁如何做

通过对空气中二氧化硫污染的分析与测量，判断空气中二氧化硫来自什么何处，是建筑施工中的扬尘、汽车尾气、矿物质的燃烧。通过分析与测量，弄清楚空气中二氧化硫来自何方，就可以找到二氧化硫污染的措施与方法，由此可见，测量将会高速人们如何做。

2.3 解决做什么

例如，近几年，我国雾霾情况日益严重，雾霾的频繁发生已经严重影响到了人们的正常生活。各级政府纷纷制定目标、表决心，出台治理雾霾的措施，也就是说，通过对空气的测量，产生了治理雾霾的决策，简而言之，测量给人们指明了应该做什么。

2.4 解决做得怎么样

在处理具体问题中，将制定的方法付诸于实践，通过检定处理后的效果，来判断做得怎样。例如，在处理空气中的二氧化硫污染上，可以通过测定空气中二氧化硫的含量，判断处理得怎么样。

3 DSP提升了电子测量的经准确性

电子测量工作的开展需要电子测量仪器的支持，一般认为，电子测量仪器的主要发展方向是智能化、数字化和网络化，在这三化发展过程中DSP技术得到了广泛的应用。下面针对集中常见的电子测量仪器进行分析。[4]

3.1 发射器

发射器是电子测量中常用的一种重要仪器，高质量信号源均采用频率合成技术，在具体操作过程中无论是应用间接锁相式频率合成法，还是直接数字频率合成所构成的信号发射器，在具体操作过程中都应用了低通滤波器，滤波是数字信号处理过程中的一项基本内容。信号源的合成，一方面克服了“晶振”，提供了特定频率缺点，另一方面也将输出信号的准确度和频率稳定性提高到了基准频率的相同的水平上。由此可见，DSP使信号源的性能得到了进一步提高。

3.2 显波器

显波器目前已经实现了半智能化和半数字化。目前，已经由定性测量发为精密定量测量的电子仪器。在具体应用中，无论是数字与模拟混合显波器，还是所处理器数字存储示波器，应用何种技术在一定程度上决定了示波器性能。如人们所了解到的一样，一种理论与技术的发展是相辅相成的。示波器性能随着数字化采样技术的应用得到了进一步提高，反之，示波器的进步也促进了采样技术水平的嘎子与提高。通过对示波器进行应用，可以实现实时采样，可以完成对非周期性信号的观测，而再具体采样过程中，利用随机采样、非实时采样、顺序采样，滤波器的等效宽带能够达到110GHZ。

通过模拟示波器观测到的信号波形只能是触发点以后的信号，造成这一现象的主要原因是，只有触发信号出现后，才能对锯齿波形进行扫描。在数字存储示波器中，被观测的信号的波形会被事先存储到采样器中，然后依据具体需求，将存储中的特定部分的信号推送到窗口进行显示。通过以上方式，可以对触发点位置的信号波形进行自由改变，针对触发点之前信号的观察，可以通过负延迟实现。[5]

显波器的信号采集需要遵守奈奎斯特采样定理，具体示波器都具有对应的采样率。但是，显示信号波时，采样率的改变可以通过改变扫速实现，从而使其满足显示要求。但是还会出现以下问题。对低频信号波形进行观测时，采样点会出现冗余，若引起发展，将会提高成本，对高频信号波形进行观测时，由于采样点少，因此波形会失真，此时DSP的“抽取”与“插入”技术得到了充分发挥，满足了显波器的显示需求。

3.3 电压表

电压测量是电子测量中最常见的一种，它涵盖了非电量及电参数测量，测量前必须把电压转变为直流电压，然后再对直流电压进行测量。目前，电压测量已经被合理的数字化，在具体测量过程中涉及到两个核心问题：（1）具体测量过程中如果可以直接测量到直流电压，则需要进行模/数转换。（2）先完成交流电和直流电之间的转换，然后再进行模/数转换。模/数转换包含量化和取样两个数字信号的处理。电压表是最先对取样和量化进行应用，并将其付之于实践的一种电子仪表，取样与量化也使得电压的分辨能力、测量范围、精准性、抵抗干扰等方面的能力得到了进一步提高。

4 结语

测量在人们生活中处处可见，对人们的生活有着重要影响。电子测量是一种高级的测量手段，在电子测量过程中需要对测量仪器进行应用。DSP可以使一些电子测量的理念得到更新，提高电子测量的精准性，而电子测量技术的提高也会促进DSP技术的发展，两者相辅相成，因此需要加强对DSP与电子测量关系的分析，促进两者的发展，使其能够更好地为人们服务。

[1]彭宇，姜红兰，杨智明，等.基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计[J].国外电子测量技术，2013（1）：17-21.

[2]冉鹏，何为，徐征，等.基于数字处理的频差电阻抗成像系统设计[J].仪器仪表学报，2013（2）：448-454.

[3]张明珠，李开成，李振兴.影响电子式互感器校验系统设计精度的关键技术[J].电测与仪表，2012（12）：41-45.

[4]刘娅，李孝辉，王国永，等.一种频标信号数字化测量仪器的研制[J].时间频率学报，2015（2）：73-81.

[5]王庆贺.浅析压电陶瓷式电子电压互感器的信号处理方法[J].太原城市职业技术学院学报，2015（11）：191-192.

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1009-6434(2016)04-0030-02