邊沿效應(yīng)及其在精密測(cè)量中的應(yīng)用.pdf

1、所有的測(cè)量都存在測(cè)量誤差和設(shè)備分辨率的問(wèn)題，而測(cè)量分辨率存在一定的限度，這就使得在測(cè)量時(shí)會(huì)在以標(biāo)準(zhǔn)值為中心的區(qū)域形成一個(gè)模糊區(qū)。如果不進(jìn)行任何處理，則測(cè)量時(shí)會(huì)以模糊區(qū)內(nèi)任意一點(diǎn)作為被測(cè)結(jié)果，最終得到的測(cè)量精度與模糊區(qū)的大小一致。因此對(duì)于分辨率和模糊區(qū)的研究具有重要意義。在兩個(gè)比對(duì)對(duì)象間的變化呈單調(diào)變化的情況下會(huì)形成集中模糊區(qū)，而當(dāng)兩個(gè)比對(duì)對(duì)象間的關(guān)系比較復(fù)雜時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生離散模糊區(qū)。但是無(wú)論是集中的模糊區(qū)還是離散的模糊區(qū)，參考信號(hào)與被測(cè)信

2、號(hào)間的比對(duì)特征在模糊區(qū)的邊沿可以靈敏地檢測(cè)出模糊區(qū)內(nèi)與模糊區(qū)外的不同結(jié)果。由于模糊區(qū)邊沿具有很高的穩(wěn)定性，這時(shí)利用邊沿效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)量，檢測(cè)得到的最終分辨率將取決于設(shè)備分辨率的穩(wěn)定性，將遠(yuǎn)高于設(shè)備分辨率本身。
　　為了探索邊沿效應(yīng)的物理特性，進(jìn)行了基于相位重合檢測(cè)的高分辨率頻率測(cè)量。在周期性信號(hào)間規(guī)律性現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)可以利用直接數(shù)字式頻率合成器（DDS）根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率調(diào)整參考信號(hào)頻率以保證參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)之間相位

3、差的變化是單調(diào)排列的，從而可以形成較容易處理的集中模糊區(qū)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比對(duì)不利用模糊區(qū)邊沿和利用模糊區(qū)邊沿進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果，得出了合理利用邊沿效應(yīng)能夠大幅度提高測(cè)量精度的結(jié)論。
　　在測(cè)量裝置分辨率模糊區(qū)的邊沿，極其微弱的信號(hào)變化就有可能使得檢測(cè)的結(jié)果在模糊區(qū)的邊沿內(nèi)和外發(fā)生變化。這可以實(shí)現(xiàn)一些以往難以測(cè)量的物理量的測(cè)量，比如響應(yīng)時(shí)間短到100ns量級(jí)的瞬態(tài)頻率穩(wěn)定度。瞬態(tài)頻率穩(wěn)定度更能直觀地在時(shí)域上反映頻率源實(shí)時(shí)短期的穩(wěn)定度和遠(yuǎn)端的相

4、位噪聲。利用邊沿效應(yīng)進(jìn)行相位噪聲測(cè)量，與傳統(tǒng)的相位噪聲測(cè)量方法相比具有線路簡(jiǎn)單、響應(yīng)時(shí)間快和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
　　在大量數(shù)字化的測(cè)量和均勻刻度的測(cè)量中，其量化值和刻度值就是測(cè)量中的邊沿，通過(guò)利用這些邊沿物理特性的穩(wěn)定性使得很多物理量的測(cè)量精度得到提高。本文對(duì)利用邊沿效應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量、電壓測(cè)量和傳感器測(cè)量的原理進(jìn)行了分析和仿真，驗(yàn)證了邊沿效應(yīng)具有高分辨率的特征。
　　由此可見(jiàn)邊沿效應(yīng)在廣泛物理量的精密測(cè)量中具有普遍性，并且合理