数字化测量技术72页PPT

数据分配系统
1.2 数字化测量系统的特点
1.测量准确度高、分辨力高
如现代数字电压表测量直流的准确度可以达到满度 的0.001％，甚至更高。
2.具有高速数据采集及存储能力
采集速度可达每秒数千万次(107/s)，可以实时采集 冲击、爆破等快速变化过程的瞬态数据以及视频数据， 并存储起来供后续处理。
一、课程概述
3.课程特点
力求反映：先进性、系统性、实用性。 其前导课程包括：数电、模电、测控电路等 后续课程包括：单片机、智能仪器设计等。
4.教材
数字化测量技术 周严编 数字化测量技术 沙占友、王晓君编
一、课程概述
5.主要内容
1 绪论 介绍数字化测量系统 2 数字化测量技术基础
介绍基本概念、时钟基准源、采样/保持器、 数字显示技术等
5.智能化的特征
数字化测控系统具有自检测、自诊断、自校正等功能 实现系统的自我自动维护，确保系统的性能保持在正 常水平。
6.网络化远程测控能力
可以实现多种仪器的联网现场测控及异地远程测控。
1.3 数字化测量系统的发展历程
数字化测控技术的发展大致经历了以下几个阶段:
1.数字仪器阶段
以不带存储器的数字电压表及后来的数字万用表 为标志。
简单的数字仪表结构之一
简单的数字仪表结构之二
1.3 数字化测量系统的发展历程
2.非计算机化总线制数据采集系统阶段
以多路巡回检测系统为标志。 系统由程序控制电路控制，按照预定的工作程序一步一 步地进行。
简单的数据采集系统
1.3 数字化测量系统的发展历程
3.计算机为基的测控系统阶段
以微机化数字仪器及现代数据采集系统为标志。 程序控制命令不再单独使用硬件组成的程序控制器 产生，而是安排在计算机程序中。

➢ 7.可以方便地与计算机配合。数字仪表可以通过 输出接口把测量结果直接送给计算机，以便进一 步计算和控制。
连续量的不连续表示方法-离散化1
➢ 时间离散：
➢ 自然界中各种物质的量一般是连续的。所谓连续， 是指一个量X(t)在某一时段Ｔ的无穷多个时刻上 具有无穷多个值，这些无穷多个值不超过某一个 已知的范围。自然界中也有以不连续形式出现的 物理量，特别是在微观世界中更是多见，但在日 常生活、生产和科研活动中较少遇到，因此有必 要讨论一直连续量转化为数字量的方法。
第八章 数字化测量技术
➢ 发展概况： ➢ 测量是获得信息的重要手段。在自动化信息化社
会中，要求测量的精度高、速度快，要求实现测 量自动化。同时，被测对象范围也不断扩大，由 单一物理量扩展为多个物理量，由静态量扩展为 动态量。对于这样的测量任务，传统的模拟指针 式仪表是无法完成的。数字化测量技术正是适应 这一需要而发展起来的。 ➢ 数字化测量是将被测的连续物理量转化为相应的 量子化的离散的物理量，以数字的形式进行编码、 传输、存储、数据处理和显示的测量方法。数字 化测量原理、方法及仪器结构等方面完全不同于 传统的指针式仪表，
数字化测量技术发展概况
➢ 它具有测量速度快、精确度高、操作方便等优点。 数字化测量将被测量转换成数字量后，可直接送 到计算机中进行数据处理或实时控制。因此，数 字化测量技术广泛应用于数字仪表、非电量测量、 数据采集系统、自动控制等各个领域。
➢ 数字化测量技术的发展与电子技术、计算机的发 展密切相关，自１９５２年世界上第一台数字电 压表问世以来，数字仪表所用的器件经历了由电 子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路、专 用集成电路的演变历程。７０年代由于微处理器 和微型计算机的出现智能仪器。
数字仪表的特点

由于它们具有超高的分辨力，用于表面粗糙度测量时，目前是
唯一能在x、y、z 三个方向均能达到纳米级测量的仪
缺点是易受灰尘的干扰，测量条件要求比较苛刻，测量范围小，
不能测量粗糙表面，主要用于原子级或纳米级表面的测量
光学式扫描测量
光学式---激光扫描
根据三维激光扫描仪种类的不同,工作原理也不尽相同,常 见的大致有三种使用脉冲测距技术 光学式扫描测量
光学式扫描测量
结构光扫描
冲 压 模 具 的 现 场 测 量
光学式扫描测量
光学式测量----图像分析法
颗粒与背景的根本差别就在于各自 灰度值的不同,因此可以利用灰度值
将颗粒与背景完全分开。图像二值
化是指图像上所有点的灰度值只有 二种可能,不是“0”,就是“255”, 即把灰度值超过某一阈值的象素赋 以最大灰度值255,其余象素则赋予 最小灰度值0
光学式扫描测量
光学式测量----光干涉法
顺序将各点连成曲线，这条曲线
代表了实际波面与理想平面波在
A-A截面上的偏离程度
光学式扫描测量
光学式测量----光栅测量法
光栅测量的构成
主光栅 --- 标尺光栅，定光栅；
指示光栅 --- 动光栅
光电转换电路等
光学式扫描测量
光学式测量----光栅测量法
透射光栅原理 反射光栅原理
光学式扫描测量
光学式测量----图像分析法
一幅灰度图像和使用不同阈值得到的二值图像结果
1.原始灰度图像
2.阈值T=100
3.T=128
4 .T1=100/T2=128
光学式扫描测量
光学式测量----光干涉法
光干涉条件
干涉测量基于光波相干叠加，因此必须满足三个条件：

如前面章节所述，静态测量基本上是在静态或准静态下进行的，被测量恒定或者是变 化非常缓慢的量，只测量一次就可以得到测量结果，其性能可以用简单慢速时域特性参数来 描述。而对于高速运动的物理系统的动态性能而言，由于被测量快速变化，要实时地显示与 记录动态变化过程，必须增加测量次数，才能提取能描述其动态特性的动态特征参数。亦即， 对于随时间快速变化的物理系统，需要采用动态测量技术，从时域或频域来描述它的运动性 质、运动状态和运动过程等。而数字化测量是实现动态测量的最基本技术之一。
(5)数字化 所谓数字化，是将连续量经离散化和量化过程转换为数字量的过程。如图 4-1-4 所示。
Xi Xi-1
X2
X1 t1 t2
ti-1ti ti+1
tn
图 4-1-4 数字化过程示意图
可见，对连续量进行数字化得到的结果，在时间上和幅值上分别是按照步距 ΔT 的整数 倍和级距 ΔX 的整数倍离散的。由于离散化和量化过程引起的误差，使得数字化结果损失了
量，亦即在时间上及幅值上均连续、无间断点的量。连续量的基本形式如图 4-1-1 所示。
第四章 数字化测量技术
A
tБайду номын сангаас
图
T 4-1-1
连续量
(2)离散量 离散量包括离散模拟量和数字量等形式。所谓离散模拟量是指在时间上离散而幅值上连
续的量，而数字量是指在时间上和幅值上均离散的量。 (3)离散化
对于连续变量 X (t) ，在相隔 ΔT 的若干有限时刻 t1 ， t2 ， t3 ，…， tn 上进行取值，可
{(t1, X1),(t2 , X 2 ),(t3, X 3 ),L, (ti−1, X i−1),(ti , X i )L} ，反映被测量 X (t) 的动态变化过程。

2 测量系统分析
2．1 信号概述
2．1．2 信号的分类与描述
中，若任一单个样本函数的时间平均统计特征参数等于该过程的集合平均统计 特征参数，这样的平稳随机过程称为各态历经随机过程。各态历经过程中的随机 信号称为各态历经随机信号，否则称为非各态历经随机信号。在平稳随机过程 中，各态历经随机信号的一个样本能够表现出整个随机过程各种状态都经历的 特征，具有充分的代表性。因此，只要测量了一个样本函数就可以代表整个随机 过程，在工程实际测量中，通常把随机信号按各态历经过程来处理。
的分类和种类如图2-1所示。
2 测量系统分析
2．1 信号概述
2．1．2 信号的分类与描述
2 测量系统分析
2．1 信号概述
2．1．2 信号的分类与描述
(1)周期信号 周期信号的幅值是呈周期性重复变化的，并且这种变化的规律可以用精 确的数学关系式来进行描述。例如，单自由度振动系统作无阻尼自由振 动时(图2—2)，其位移x(t)即是一个确定性的周期信号，可用数学表达式 来描述振动质量M在任意时刻t的精确位置为
电信号，才能被测量系统处理和记录。工程测量技术是从客观现象中获取有关信
息的技术过程，而信号就是有关信息的载体。因此测量系统的功用就是通过调试 信号的检测来获取工程信息。使用测量系统进行某一参量测量的整个过程都是 信号的流程，它包括信号的获取、信号加工和处理、信号显示或记录。所以，深人
了解信号的各种特性对于明确测量系统及其各环节的要求以及提高测量质量具
T 2 (m / K ) n为任意整数。即x(t)是一个周期重复的信号，T为周期，
f=1/T为频率。周期信号常用均方值、均方根值、平均功率和相关函数来表示。
(2)非周期信号
非用期信号是一种信号取值时间有限的信号，其信号波形可以用确切的数 学表达式描述。在机械工程测量和物理测量上，很多现象都可以看做是非周期 信号。常见的非周期信号包括单位阶跃信号、单位脉冲信号和矩形脉冲信号等。 单位阶跃信号的数学表达式为：

设计JFET开关: 首先考虑的JFET需要通过的电流 和允许的导通电阻.
常见的多路模拟开关集成电路
1. 8选1通道:每次仅选中1个通路.
真值表，INH为选通禁止端，低电平有效。
C B A X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 INH
0 00 0 1 1 1 1 1 1 1
0
0 01 1 0 1 1 1 1 1 1
闸门控制时间可以改变,通常为10倍的倍率。
一台8位数数字频率计，单位：kHz，设fx=10MHz=107Hz 取闸门控制时间T=1s： 显示：10000.000 kHz 取闸门控制时间T=0.1s：显示：010000.00 kHz
由于闸门控制时间在计数脉冲频率不变时,门控时间越短则 计数越少,有效位也少,则精度就差了。所以T选择时间大一 点，数据有效位多，测量准确度高。
传感器将非电物理量转换为微弱电信号，由于幅 值很小且有干扰信号，必须进行信号滤波和放大 ，将信号放大到A/D转换可接受的幅值范围内。
模拟信号的放大，常选用集成运算放大器（简称 运放）。
测量放大器：信号放大，且具有高共模抑制比、 高输入阻抗等特点。
三、集成模拟多路开关
采用多路模拟开关对几路或几十路模拟信号进行分时采样。由于机械开关切 换速度太低，并且工作寿命短（几万次），所以测量电路绝大多数采用模拟电子 开关。 即：将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换。
若转换前使用孔径时间为tap=0.1μs的S/H,则tap代替tc:
fx
1
2n1 tAP
213
1 0.1106
388HZ
选用采样保持器就可以大大提高可转换信号的频率.
采样/保持电路构成(知道)
采样/保持电路有两种形式：

END
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
16、业余活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
数字化测量概述
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。

第三节 数字化测图过程与作业模式
❖ 电子平板模式 即将全站仪与装有成图软件的便携机联机，在测站上全站仪实测地形点，计算机屏幕现场显 示点位和图形，并可对其进行编辑，满足测图要求后，将测量和编辑数据存盘。 这种模式相当于在现场就得到一张平板仪测绘的地形图，因此，无需画草图，并可在现场将 测得图形和实地相对照，如果有错误和遗漏，也能得到及时纠正。
❖ 主要缺点： 劳动强度大； 测得的数据精度大幅度降低； 一纸之图已难载诸多图形信息； 变更、修改不方便，难以适应经济建设的需要。
第一节 数字化测图基本概念
❖ 数字测图方式： 数字测图的实质是将图形模拟量(地面模型)转换为数字量，然后由电子计算机对其进行处理， 得到内容丰富的电子地图，需要时由电子计算机的图形输出设备(显示器、绘图仪)恢复地形 图或各种专题图图形。
第二节 数字化测图系统
❖ 国内主流数字化测图软件: 南方CASS地形地籍成图软件 北京威远图易SV300数字测图软件 清华三维EPSW电子平板测图系统 武汉瑞得RDMS数字测图系统 广州开思SCS数字测绘与管理系统
数字化测图技术
❖ 数字化测图系统与地理信息系统的关系 数字化测图作为GIS的重要数据采集手段，用于数据库更新维护，保持数据的现势性。 两者都来自于“机助地图制图系统”，前者侧重于数据（主要是空间数据）的采集与成图， 后者侧重于空间数据与属性数据的管理及其应用（空间分析）。
第一节 数字化测图基本概念
点
数字地图
地图图形
三种图形元素
线
的内容
பைடு நூலகம்文字注记
面
数字地图 的表示
数字坐标：表示地物和地貌的空间位置
数字代码：表示地形符号、说明注记和地 理名称注记
第一节 数字化测图基本概念