数字信号处理对电子测量与仪器的影响

2021-04-20朱展枢

无线互联科技 2021年4期

朱展枢

（汕尾职业技术学院，广东汕尾 516600）

0 引言

信息本身不具备传输等能力，需要通过信号来实现，因此，信号处理工作至关重要。数字信号处理是一门新的学科，在多年发展中历经变化。测量主要是人们对客观事物定量分析从而获取相关数据的过程。电子测量是基于电子科学原理，借助电子技术设备，对信号参数等进行测量。

1 电子测量的意义分析

1.1 测量的应用

测量能使一些抽象的事物变得具体化，如在产品生产中，要实现批量化生产，需要掌握产品不同目标的相关参数，此时就需要运用到测量技术[1]。测量技术的应用，还能在一定程度上提升产品生产的标准化，加快制度化建设。产品零部件生产的过程中，运用电子测量技术，可以准确测量零部件的相关参数信息，这与人工测量技术相比具有明显优势，能为生产提供准确的生产数据，提升生产效率。

1.2 数字信号处理

生产发展中，对测量的准确度要求越来越高，加上技术的改进和发展，电子测量技术的深入运用，根据其发展原理，在电子测量工作完成后，通过电信号的形式输出得到的数值，但这种结果无法被人工读取，难以快速分析应用测量的结果[2]。此时可以采用数字信号处理技术，将得到的电信号转化为对应的数字信号或者是更容易辨别的形式，方便人们分辨，工作人员也能快速分析最终得到的测量结果，为后续工作的开展提供依据。例如在电压测量中，信号转换的使用频繁，如果测量直流电，会实现从交流到直流的转换，最后再通过数字转换，获得比较准确的数字结果[3]。在实例分析中，可以了解到数字信号处理技术在测量中的应用，降低其他因素对结果准确性的干扰。

2 数字信号处理对电子测量带来的影响

2.1 信号源

在生产中生产源的使用频率较高，主要是应用频率的合成手段完成处理，但是信号合成技术的运用中，要用到低通滤波，这是数字信号处理技术中的关键环节[4]。因此，信号源技术的运用，能高效避免晶振只能提供某项特殊频率的缺陷，还能很大程度上提升信号的稳定性，从而最终确保数值的准确性，故应用数字信号处理能提升信号源测试的性能。

2.2 电业测量

这是当前相对比较常见的测量工作，涉及相关的电参数和多项测量工作，在具体操作中，主要是先将信号转变成直流信号，然后再开展测量工作。在多年发展中，电业测量也逐渐实现了数字化发展，在这个发展过程中，数字信号技术的深入运用，能提升数据测量的准确度，并提升其抗信号干扰的能力[5]。因此数字信号处理技术带来的影响较大，能提升测量结果的准确度。

2.3 示波器

对模拟示波器的应用，只能探测触发点发出的信号，且仅仅接触到信号之后才形成波形。数字示波器的使用，其准确率更高，且能对所得到的信号进行储存，在窗口上直观地呈现出来。从外差式频道对数字化处理进行分析，能得到较为有效的实时频谱分析数据，不仅仅能实现数字化处理，还能实现各信号域的分析，最后分别显示出不同的频域、时域等。除此之外，数字滤波式频谱分析仪具有良好的发展前景，滤波稳定性好，性能强，且方便携带，易于推广等，具有较大的发展潜力[6]。在具体的应用中，能对多个频率实行即时的检测处理，具有明显的优势，但是实际应用过程中也会受到不同因素的制约，工作范围内其频段不能达到更高。

2.4 频谱分析仪

主要是应用在频域测量中，对数字信号频域的特性进行分析，是常见的电子测量仪器。频谱分析仪采用的是数字处理技术，包括高斯滤波、拉普拉斯变换等。其中，高斯滤波频谱分析能提升电子测量设备的可靠性，而快速傅里叶变换，则能对模拟信号进行变换处理，确保实时测量和分析信号，将扫描外差技术与此项技术集合，能有效拓展频谱分析仪的应用范围，不断提升频率的分辨力。还可实时频谱分析，对带通滤波输出的信号和A/D转换，从而实现数字化，并能分析、显示信号信息。

2.5 实时频谱分析仪

在扫频外差频谱仪的基础上，增添了数字化、多功能化等功能，在数字化转换过程中，增加了专门的数字信号处理器，对其加以处理，从而完成对不同信号域的分析。实现频域、调制域和时域不同显示。

2.6 混合域示波器

主要是将算法转化、技术融合和系统集成等有效结合，除了具备频谱分析仪功能，还采用了专门的DSP芯片，加上数字信号处理算法等，能实现在时域和频域相关系统级的观测，从而能寻找噪声和元器件的状态。当前推出的混合域示波器，具有频率计、频谱分析仪、逻辑分析仪等不同的功能。

3 数字信号处理在电子测量领域中的应用探讨

3.1 在电业测量中的应用

电业测量的原理，简单讲主要是将测量电压转变为直流电压，在此基础上再进行相关的测量工作[7]。当前电业测量发展中其数字化程度越来越深，数字信号处理应用的过程中，也有重要的问题需要处理。第一个主要问题是交流电压、直流电压转换之后，在此基础上进行A/D转换，另一个问题则是在直流电压基础上，直接进行A/D转换。但是这两种转换方式中，A/D转换需要量化和取样处理，这些都是数字信号处理技术中相对基础性的环节。实际的应用过程中，需要将两者应用到电压表上，这样能有效提升电压表的测量准确度，也能提升其应用范围，信号抗干扰能力等。

3.2 在示波器中的应用分析

这主要是将显示的结果以波形的形式呈现的电子测量仪器，被测信号需要将电子束打在对应的荧光物质上，从而在屏幕上显示对应的图像，相关人员可以通过呈现出来的图像进行分析解读。如果使用常规的电量，示波器能呈现对应的显示，包括频率、峰值、电压电流等，但是在遇到特殊的电量之后，必须进行相应的调整，借助示波器进行测量，对对应的相位差和幅度加以调整，确保结果的准确性。示波器是比较常见的电子测量仪器，具体应用中需要参照相应的规范，按照要求进行操作，否则测量结果容易出现误差。一般情况下，示波器设备显示出来的图像，能准确描述被测量的信号。电示波器中数字信号处理技术的应用具体分析为：

将示波器设备看作是一个完整的信息系统，则可以得到对应的关系式：

s（t）是我们需要测量和观察的信号，s0（t）主要是示波器显示的对应的波形，*则是运算符号，h（t）指的是输入的信号源。要确保工作人员观察的信号和最终显示出来的信号吻合度比较高，则需要确保示波器输入机箱能满足对应的迪拉克函数。只有满足这一要求时，s0(t)和s（t）才能对等，再结合相关理论研究，如果这一关系域里，示波器的宽带需要无限大，但是在实际工作中，条件无法实现。同时，示波器在使用中还会受到宽带的影响，估算过程中，要使用方根原则，被测量的信号即高斯信号，方根原则能否成立，高斯信号是关键所在，高斯信号在实际应用过程中相对比较少，也会带来高斯信号和示波器之间容易出现较大的误差。如何减少和避免误差，可以采用数字信号处理技术中的反卷积技术。可以得到以下关系式：

1/*指的就是反卷积计算，这种关系式中，能有效缩小误差，具有一定的理论基础，但是在传统发展中其应用范围并不广阔。当前信息技术的高速发展，数字信号技术的具体应用，在项目测量中发挥着重要的作用，也拓宽了电子测量仪器的应用范围。

如果使用一个标准信号，并输入到相对应的示波器中，如果将输出的信号设定成s（k），一般情况下，能准确地计算出示波器对信号的离散型算式h（k），对离散型算式存储中，还要增加信号重构的反卷积算法，此种情况下，无论什么标准的示波器，最终的信号是否会存在失真现象，则需要根据当前现有的信号进行重构，最后才能得到想要的信号，最终减少示波器对电量信号观测结果的影响。