第二章 电子测量技术与仪器的新技术及发展趋势
2.1 电子测量技术的发展过程
电子测量技术的发展是建立在测量技术的发展和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0.03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
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现的。
2.2 电子测量技术的特点
电子测量技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。与其它的测量相比，电子测量具有以下几个明显的优点：
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。
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。
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，
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
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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。。
2.3. 电子测量仪器的发展过程
电子测量仪器发展至今，大致上可以分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。
第一代模拟仪器：基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果。如模拟电压表、模拟电流表、模拟转速表等。这类仪器仪表常用在要求精度不高、定性指示的场合。
第二代数字化仪器：数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。
第三代智能仪器：这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力，如频谱分析仪等。由于它的功能块全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏一定的灵活性。
第四代虚拟仪器：所有测量测试仪器的主要功能可由数据采集、数据测试和分析、结果输出显示等三大部分组成。在传统仪器里，这三部分都是用电子线路来实现的，即都是采用硬件来实现；虚拟仪器则是把后两部分（信号处理、结果表达与仪器控制）用计算机软件来实现。仪器的核心部分用软件取代硬件，使得仪器具备了软件的灵活性，仪器功能因突破了硬件的限制而更加易于实现，因此虚拟仪器较传统仪器有着非常突出的特点。
2.4我国电子测量仪器的发展水平
2.4.1 发展成果
1. 国产矢量网络分析仪研制成功
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国产矢量网络分析仪的研制成功，使我国矢量网络分析仪的设计和制造水跨入了世界先进行列，成为继美国之后世界上第二个掌握此项技术的国家，掌握了多种以矢量网络分析仪为核心的自动测量技术和自动测试系统。
2. 掌握了调制域测试技术。
研制成功调制域分析仪调制域测试技术是一门新兴的非常重要的而技术难度又非常大的测试技术， 南京新联电子设备有限公司已经研制成10Hz～2.5GHz的调制域分析仪，达到国外同类产品的水平，填补了国内空白，为我国跳频领域的电子设备和军事装备提供了低于国外价格1/3～1/2的测试手段。为了更好地满足测试需要，下一步将继续研制更高频率的调制域分析仪。
3. VXI总线技术取得重大进展
VXI总线技术是二十世纪末出现的一个新的母线技术。它首先出现于美国，应用于美国空军电子测量仪器。这个新的总线标准，在美国应用之后，我国各界都非常欣赏，研究者众多。我国经过几年的探索，已经取得了较大的进展，在若干方面实现了具体的应用。如成都电子科技大学测试技术及仪器研究所CAD研究室研制的VXI总线测试软件平台是我国VXI测试技术的重大突破，其主要技术指标：1.硬件环境：内嵌VXI控制器、MXI控制器和GPIB-VXI转换器；有NIPCI-GPIB、AT-GPIB/TNTHP82350/82341和ES1400等GPIB接口，还有打印机和UPS等其它必要外设。2.软件环境：Windows98操作系统；支持标准模块驱动器（VISA32）。3.软件特性：可编辑的图形化编程环境；可自定义的虚拟面板；丰富的数据处理函数；开放的外部程序接口；同时管理VXI、GPIB、1553B、RS232仪器和模块；方便使用的帮助系统。该研究成果已应用于“XXX型号远程雷达综合测试系统”、“火控雷达综合测试系统”和各种装备的VXI总线自动测试系统中。
4. 电子测试仪器向毫米波推进
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众多民用和军用电子装备都在向毫米波发展，特别是在军事方面，其发展更为迅速。预计未来电子战系统的信号环境将达100～200万个脉冲/秒，信息产业部电子第41研究所最近研制完成的AV3615三毫米S参数测试装置及校准件，与主机一起可以进行三毫米波段的幅度和相位精确量；频谱仪的毫米波扩频模块与该所研制的高性能频谱分析仪一起组成系统可实现9kHz～110GHz频段的频谱分析；毫米波功率计探头系列与主机一起实现了微波/毫米波功率的直接测量。南京新联电子设备有限公司研制完成的EE3395型毫米波频率计数器，其频率测量范围达10Hz～110GHz，该产品可广泛用于毫米波电子对抗系统、卫星通信设备、高精度雷达及射电天文等领域。
5. 通信测量仪器达到高技术水平
通信产业的发展速度超过了人们的想象，所以我们必须适应通信产业的发展，以最快的速度发展我国的通信电子测量仪器。近几年成都前锋电子仪器厂研制完成了无线寻呼检测仪、电台综合测试仪、数字微波通信测试仪；信息产业部电子第41研究所研制完成了误码测试仪、数字传输/数据通信分析仪、七号信令测试仪等。这些产品都达到了二十世纪末国际先进水平。
6. 数字化仪器迅速发展
近几年，数字化仪器在迅速发展，我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器，譬如数字示波器、数字调制装置、数字化函数/任意波形发生器、数字化频率计数器等众多产品。其中四川川嘉电子有限公司的数字化视音频测量仪，是把若干硬件功能软件化的电子测量仪器，除去众多的基本测量功能外，还可以进行远距离传输和测量，测量23个视频项目和4个音频项目，现为我国广电系统选定的最佳仪器。
其他诸如在光通信测试仪方面，合成信号源方面，VXI总线仪器模块方面、声学测量仪器方面等等，都研制出不少二十世纪末国际水平的产品，但与信息技
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