电子测量技术课程反思
第一篇：电子测量技术课程反思
电子测量与技术课程总结
姓名：________ 学号：_______ 班级：___________ 电子测量与技术小论文题目：示波器和信号发生器 摘要：
测量是无处不在的，日常生活、工农业发展、高新技术和国防现代化建设都离不开测量，科学的发展与进步更离不开测量。电子测量是泛指以电子技术为基础手段的一种测量技术,除了对各种电量、电信号以及电路元器件的特性和参数进行测量外、它还可以对各类非电量进行测量。按照测量的性质不同，可以将电子测量分为时域测量、频域测量、数据域测量和随机量测量四种类型;按照测量方法的不同，电子测量又可以分为直接测量、间接测量和组合测量三类。并且测量总是在不同的基准下进行。因此，计量基准一般分为如下三种;主基准、副基准、工作基准;2.阻抗测量包含哪些;电阻、电容、电感阻抗的测量，电阻阻抗测量方法：伏;3.误差的特点和性质;按照误差的特点和性质，误差可分为系统误差、随机误;系统误差的主要特点是：只要测量条件不变，误差即为;随机误差的特点是：不易发觉，不好分析，难于修正，;粗差的主要特点是：无规律可循，且产生之后应舍弃不用。这里着重分析信号发生器即信号源，它负责提供电子测量所需的各种电信号，是最基本、应用最广泛的电子测量仪器之一。按信号波形可分为正弦信号、函数(波形)信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率、不同波形的电压、电流信号并加入到被测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被测者的输出响应，以分析和确定它们的性能参数等作用。这种提供测试用电信号的装置统称为信号发生器。
关键词：示波器信号发生器技术指标用途
电子测量分类： 1. 示波器：
工作原理及主要性能参数：主要就是将随时间变化的电信号显示在屏幕上的显示观测设备。能测量从直流到数百兆赫兹的高频信号。其基本结构由加热器、阴极、控制栅、第一阳极、第二阳极、垂直偏转板、水平偏转板组成。由阴极射线管的阴极发射出的电子束根据测量信号轰击荧光屏发光产生相应波形。在屏幕上就可以根据横轴、纵轴的刻度直接观察输入信号。1)带宽、2)采样速率、3)信息数量、4)内存深度等。这些同样也是决定不同型号的示波器价格的主要因素。数字示波器的性能指标主要包括频带宽度、最高采样速率、存储带宽、波形刷新率以及读出速度等几方面。通用示波器主要由Y系统、X系统、主机系统三大部分组成。Y系统是被测信号的输入通道，它对被测信号进行衰减， 放大并产生内触发信号。X信号系统的作用是产生和放大扫描锯齿波信号，它是由触发电路、扫描发生器和水平放大器组成。主机系统由示波管、电源、显示电路、Z轴电路、校准信号发生器等组成。 2. 信号发生器：
主要性能参数有：1)有效频率范围、2) 频率准确度、3) 频率稳定度、4) 频谱纯度等。但是按照不同的测量频率，其测量仪器也是不同的。比如低频信号发生器和高频信号发生器、信号合成发生器以及函数信号发生器等。
A、首先低频信号发生器的组成：低频信号发生器组成主要包括主振器、缓冲放大器、电平调节器、功率放大器、输出衰减器、阻抗变换器和输出指示器等部分。并且每个部分分别对应不同的功能。
1)主振器：主振器是低频信号发生器的核心部分，产生频率可调的正弦信号， 它决定了信号发生器的有效频率范围和频率稳定度。 2)缓冲放大器：缓冲放大器兼有缓冲和电压放大的作用。
3)功率放大器：功率放大器用来对电平调节器送来的电压信号进行功率放大， 使之达到额定的功率输出，驱动低阻抗负载。通常采用电压跟随器或BTL电路等。 4)输出衰减器：输出不同电压。
5)阻抗变换器：阻抗变换器用于匹配不同阻抗的负载，以便在负载上获得最大 输出功率。
6)输出指示：输出指示用来指示输出端输出电压的幅度，或对外部信号电压进 行测量，可能是指针式电压表、数码LED或LCD。
B、其次高频信号发生器其主要电路组成有：振荡器、缓冲级、调制级、输出级、内调制振荡器、频率调制器、监测指示电路等。
1)振荡器：用于产生高频振荡信号，信号发生器的主要工作特性大都由它决定。 2)缓冲级：主要起隔离放大的作用，用来隔离调制级对主振级可能产生的不良 影响，以保证主振级工作稳定，并将主振信号放大到一定的电平。 3)调制级：主要完成对主振信号的调制。
4)内调制振荡器： 供给符合调制级要求的音频正弦调制信号。 5)输出级： 主要由放大器、滤波器、输出微调、输出衰减器等组成。 6)监测指示电路：监测指示输出信号的载波电平和调制系数。
C、再次合成信号发生器其方式有：1) 直接合成法：分为模拟直接合成法和数字直接合成法。
模拟直接合成法：采用基准频率通过谐波发生器，产生一系列谐波频率，然后用混频、倍频和分频进行频率的算术运算，最终得到所需的频率; 数字直接合成法：利用ROM和DAC结合，通过控制电路，从ROM单元中读出数据，进行数/模转换，得到一定频率的输出波形。
2) 间接合成法则通过锁相技术进行频率的算术运算，最后得到所需的频率。
D、最后是函数信号发生器其工作原理以及主要电路组成及功能有：1)利用各种电路通过函数变换实现波形之间的转换，即以某种波形为第一波形，然后利用第一波形导出其他波形。近来较为流行的方案是先产生三角波，然后产生方波和正弦波等。 2) 函数信号发生器的主要性能指标：
(1) 输出波形：通常输出波形有正弦波、方波、脉冲和三角波等波形，有的还具有锯齿波、斜波、TTL同步输出及单次脉冲输出等。
(2) 频率范围： 函数发生器的整个工作频率范围一般分为若干频段。
(3) 输出电压：对正弦信号，一般指输出电压的峰-峰值，通常可达10Up-p以上; 对脉冲数字信号, 则包括TTL和CMOS输出电平。
(4) 波形特性：不同波形有不同的表示法。正弦波的特性一般用非线性失真系数表示，一般要求小于等于3%; 三角波的特性用非线性系数表示，一般要求小于等于2%;方波的特性参数是上升时间，一般要求小于等于100 ns。 (5) 输出阻抗等相关参数。
3. 结论：
综上所述：现在的科技发展归根结底离不开准确的测量仪器以及测量的技术。这里所提及的示波器、信号发生器只是众多仪器中的两种。并且信号发生器用途广泛、种类繁多，它分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用仪器是为某种特殊专用目的而设计制作的，能够提供特殊的测量信号，如调频立体声信号发生器、电视信号发生器等。通过了解各种信号发生器的分类、工作原理以及它们的技术指标如输出波形、频率范围、输出电压、输出阻抗、波形特性等等。由此能够在实际应用中、在测量中根据不同的环境及不同的要求下选择合适的信号发生器，提高测量精度。和示波器、电压表、频率计等仪器一样，信号发生器是电子测量领域最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它们能广泛运用在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备中，用以分析了解、确定各种设备的性能参数。除此以外，信号发生器还可广泛应用在电子研发、维修、测量、校准等领域。因此只要我们用好不同类型的仪器，总是能为我们在实际的应用中带来便捷。但是，既然是测量总是有误差。所以，我们应该努力减小误差，尽可能让我们的测量结果更加精确。 4. 参考文献 [1] 张永瑞·电子测量技术基础·西安：西安电子科技大学出版社，2009 [2] 陈光禹·现代电子测试技术·北京：国防工业出版社，2000 [3] 任庆·电子测量原理·成都：电子科技大学出版社，1989 [4] 邓斌·电子测量仪器·北京：国防工业出版社，2008 [5] 万国庆·电子测量教程·北京：电子工业出版社，2006
第二篇：电子测量技术课程论文-数字化资源与网络教学平台
《电子测量技术》课程论文
论文题目：电子测量仪器的发展历程
班级：电子信息工程专业2008级本科班 学号：2 0 0 8 5 0 4 2 0 6 6 姓名：陈 晨
电子测量仪器的发展历程
陈晨
(物理电子工程学院 河南 信阳 464000)
摘要：介绍了电子测量仪器的发展历史，发展现状，根据现在的社会情况及测量仪器在实际中的应用指出了其发展趋势。通过对当前新型的电子测量仪器描述和评价，说明了电子测量技术吧在生活及科研上的重要性。所以说电子测量仪器的发展将会提高我们社会的生产力和科技实力，同时也将会对人们生活水平的提高起到不可估量的作用。
关键词：电子测量仪器，历史，现状，发展趋势 1 引言
近年来，以信息技术为代表的新技术促进了电子行业的飞速增长，也极大地推动了测试测量仪器和设备的快速发展。鉴于中国在全球制造链和设计链的重要地位，使得这里成为全球各大仪器厂商逐鹿的大战场，同时，也带动了中国本土测试测量仪器研发与测试技术应用的迅速发展。 2 测量仪器的发展历史
电力行业过去大量应用到的是各种电磁式、电动式的指针式仪表，由铁丝和铜线制成的互感器;运用的是纯人工的，单台，单功能的电子管。 3 电子测量仪器的发展现状
二次世界大战以来,随着科学技术进步,特别是电子技术的发展,电子测量技术成为了一门独立的专业,电子仪器也已成为一个独立的产业。新中国成立后,国家十分重视电子工业,并十分重视电子测量仪器的发展。经过50多年的努力,已形成一个较完整的电子仪器产业体系,为我国科技进步、科学教育、经济建设及国防工程等做出了重要贡献。
近年来，电子技术、计算机技术、通信技术和自动化技术的高速发展，对检测仪器的检测速度、准确度以及检测功能等整个性能方面提出了更高要求。而这些技术的发展也推动了电子测量技术的快速发展。同时也给测量仪器提供了巨大的市场，大量的新型产品都需要通过仪器的测量才能投放市场，所以这就对仪器的功能及测量能力有一个新的要求，以帮助工程技术人员在生产中适应众多的工业标准和有效的处理各种问题【1】。除以上技术外，现代监测和传感技术，显示技术、数字信号处理技术和系统理论研究，也为检测过程的数字化、智能化创造了
条件。总体来看，测量仪器的发展到目前已经经历了三个阶段：第一代是模拟仪器;第二代是数字式仪器，它是以数字电路进行信息的数字化处理，然后数字显示，这种仪器比模拟仪器的测量精度要高，响应速度快;第三代仪器是智能化仪器，它内部含有单片机，无论数字采集和处理都是由单片机控制。
目前，市场上的测量仪器大概可分两种，即通用仪器和专用仪器。通用仪器中，电子全测仪、电子水准仪开始逐步替代常规的经纬仪、水准仪和电磁波测距仪的使用。新型的计算机式全站仪加上大量的应用软件，开始变得更加的全能化和智能化。GPS全球卫星定位系统接收器已逐步作为一种通用的定位仪器在工程领域进行测量时得到普遍采用【2】。将GPS全球卫星定位系统接收器与测量机器人或电子全站仪进行连接，称超级测量机器人及超级全站仪。这种技术主要作用体现在同时完美结合GPS全球卫星定位系统的实时动态定位技术与全站仪灵活的三维极坐标测量技术，实现了不带有控制网的各种工程测量。
我国在仪器方面也作出了巨大贡献，高纯微波合成信号发生器、微波噪声系数分析仪、便携式射频频谱分析仪、2.5Gb/sSDH/PDH数字传输分析仪、高性能的光通讯设备，包括光谱分析仪和高性能微型光时域反射计，还有高速数字示波器等，目前都已经形成比较完整的产品系列。其中AV1489型高纯微波合成信号发生器采用全正向设计方法，突破了高纯度微波频率合成等多项关键技术;AV3984型微波噪声分析仪突破了智能微波噪声源等多项关键技术;AV4022型便捷式射频频谱分析仪突破了小型化设计与制造等关键技术，还有高性能的AV3600系列的宽带矢量网络分析仪【3】，DT系列数字电视码流实时检测仪等。都是中国电子集团公司第41研究所研制开发的。
在实际应用中，必须进行角度和距离测量。传流的测量方法是角度和距离分别进行。近年来出现了电子侧距仪和电子经纬仪，把它们结合在一起就形成了全站里仪器。结合的形式有两种:一种是积木式，如前面介绍的电子经纬仪加上测距仪形成的全站型仪器。另一种是将测角和侧距功能集成为一个整体，如TCI、TCIL、TC2000电子速侧议【4】。 4 电子测量仪器的发展趋势
随着科学技术和工业生产的发展,测量范围日益扩大,测量任务越来越复杂,测量工作量随之加大,对测量精度和速度的要求也越来越高。在实际测量中,不仅要求连续实时显示,而且要求实时处理大量的测试数据。传统仪器很难满足这些要求,这就迫使仪器朝着数字化、智能化、多功能、小型化、模块化、虚拟化、标准
化和开放型方向发展,随着技术进步和应用领域的扩大,这种演进的趋势也在明显加强【5】。因此出现了以计算机或微处理器为核心,将检测技术、自动控制技术、通信技术和网络技术等技术完美地结合起来的现代电子测量仪器(系统)。它主要有以下几种类型: (1)以通用微处理器为核心构成的智能化电子仪器。智能仪器又称为灵巧仪器(Smart Instrument),它是将人工智能的理论、方法和技术应用于仪器,使其具有类似人的智能特性或功能的仪器【6】。它的硬件组成通常包括微处理器与存储器、键盘开关与显示输出、测试功能模块或测试信号源、总线与标准接口等部分。 (2)以通用微型计算机为基础构成的个人仪器系统。个人仪器(Personal Instrument)系统将若干仪器的测试功能模块并联接入个人计算机(PC)的内部总线,借助于测试软件,各仪器模块与计算机灵活地结合起来,实现计算机辅助测试(CAT)、程控操作、数据采集和运算处理,以及多种方式输出测试结果。其硬件由个人计算机、多个测试功能模块及接口、仪用标准接口等组成。
(3)以通用计算机为核心,以国际上标准化的仪器接口总线为基础,由可程控的通用电子仪器构成的现代自动测试系统。所谓自动测试系统,就是在计算机的控制和管理下,很少需要人工参与,由各种测量仪器对电量、非电量进行自动测量、数据处理,并以显示、打印等适当的方式给出测量随着用户对测试自动化、网络化、高效率、高可靠性、界面友善等的不断追求，电子测试技术与通信、计算机技术互相融合的趋势越来越明显，测量已成为计算机、通信和网络的重要组成部分;电子测量仪器正在向开放型的VXI、PXI模块化方向发展【7】。机箱和模块趋于标准化，每个模块有独立的测量功能，用户可根据测试需要即插即用，十分灵活;软件技术在电子测试技术中所占比重越来越大，是仪器的重要组成部分;在仪器研制生产过程中，新器件在仪器中的作用越来越重要。
随着国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化;其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高;其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能;其应用性能趋向于综合性和组合性。电子测量仪器在我国科技进步、国民教育、经济建设以及国防工程等领域发挥着巨大作用。论述了国产电子测量仪器发展的过去与现状,并在分析发展过程中存在问题的基础上,指出其当前发展的机遇与挑战。最后给出当今世界电子测量仪器发展趋势以及我国电子测量仪器发展的建议和对策。
综上所述，随着时代的进步科学技术的发展，电子测量学的发展将主要表现
在从一维、二维到三维乃至四维，从点及面获取信息，由静态反映动态，从工作后期处理到工作实时处理，从人眼观测操作到智能自动寻标观测，从大型整体工程到人体局部测量工程，从空中到地面地下甚至水下，从手动测量到自动遥测，从周期观测到持续测量。测量的精确度也从毫米级到微米乃至纳米级。智能仪器、个人仪器、自动测试系统、虚拟仪器和网络化仪器的出现标志着现代电子测量仪器系统正向着智能化、自动化、小型化、模块化和开放式系统方向发展 参考文献
[1] 电子测量仪器市场前景依然看好[J]. 电子元件与材料, 2004,(12) [2] 刘祖友. 电子测量仪器新趋势的推动者[J]. 电子产品世界, 1998,(Z1) [3] 罗伟雄, 江柏森. 电子测量仪器简述[J]. 电子世界, 2005,(07) [4] 凌振宝, 林君, 邱春玲, 程德福. 智能仪器课程实验内容改革的实践与探索[J]. 实验技术与管理, 2004,(01)
[5] 电子测量仪器的发展趋势[J]. 电子元件与材料, 2004,(10) [6] 李凤祥. 关于电子测量仪器存在的问题与对策[J]. 现代科学仪器, 1997,(01) [7] 肖 珑,张宇红. 电子资源评价指标体系的建立初探[J]. 大学图书馆学报, 2002,(03) 作者简介：
陈晨(1990-)，女(汉族)，河南省信阳市人，本科在校生，专业为电子信息专业。 作者联系方式： 手机：15236443617 电子邮箱：7340496352@qq.com
第三篇：电子测量技术总结
班别：信息122
学号：1213232222 姓名：冯健
任课老师：康实
在第一章中我们可以学习到：
测量是无处不在的，日常生活、工农业发展、高新技术和国防现代化建设都离不
开测量，科学的发展与进步更离不开测量。
俄国科学家门捷列(л.ц.Менделеев)
在论述测量的意义时曾说过：“没有测量， 就没有科学”， “测量是认识自然界的主要工具”。
电子测量是泛指以电子技术为基础手段的一种测量技术,除了对各种电量、电信
号以及电路元器件的特性和参数进行测量外、它还可以对各类非电量进行测量。
按照测量的性质不同，可以将电子测量分为时域测量、频域测量、数据域测量和
随机量测量四种类型;按照测量方法的不同，电子测量又可以分为直接测量、间
接测量和组合测量三类。
电子测量要实现测量过程，必须借助一定的测量设备。电子测量仪器种类很多，
一般分为专用仪器和通用仪器两大类。根据被测参量的不同特性，通用电子测量
仪器有可以分为信号发生器、电压测量以前、示波器、频率测量仪器、电子元器
件测试仪、逻辑分析仪、频谱分析仪等。高新技术的发展带动了电子测量仪器的
发展，目前以软件技术为核心的虚拟仪器也得到了广泛应用。
它是测量学和电子学相互结合的产物。电子测量除具体运用电子科学的原理、方
法和设备对各种电量、电信号及电路元器件的特性和参数进行测量外，还可以通
过各种敏感器件和传感装置对非电量进行测量，这种测量方法往往更加方便、快
捷、准确，有时是用用其他测量方法不可替代的。因此，电子测量不仅用于电学
这专业，也广泛用于物理学，化学，机械学，材料学，生物学，医学等科学领域
及生产、国防、交通、通信、商业贸易、生态环境保护乃至日常生活的各个方面。
近几十年来计算机技术和微电子技术的迅猛发展为电子测量和测量仪器增添了
巨大活力。电子计算机尤其是尤其是微型计算机与电子测量仪器相结合，构成了
一代崭新的仪器和测试系统，即人们通常所说的“智能仪器”和“自动测试系
统”，它们能够对若干电参数进行自动测量，自动量程选择，数据记录和处理，
数据传输，误差修正，自检自校，故障诊断及在线测试等，不仅改变了若干传统
测量的概念，更对整个电子技术和其他科学技术产生了巨大的推动作用。现在，
电子测量技术(包括测量理论、测量方法、测量仪器装置等)已成为电子科学领
域重要且发展迅速的分支学科。
在第二章我们讨论了测量误差和数据出来的基本知识。
测量误差是在所难免的，测量误差的表示方法有绝对误差和相对误差。绝对误差
表明测量结果的准偏离实际值的情况，是一个既有大小又有符号和量纲的量。相
对误差能够确切地反映测量结果的准确程度，其只有大小和符号，不带量纲。可
以最大引用相对误差确定电子测量仪表的准确度等级。
根据性质和特点不同，可将测量误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。
系统误差的主要特点是：只要测量条件不变，误差即为确切的数值，用多次测量
取平均值的办法不能改变或消除系差，而当条件改变时，误差也随之遵循某种确
定的规律而变化，具有可重复性。随机误差的特点是：① 有界性;② 对称性;
③ 抵偿性。粗差的主要特点是：测得值明显地偏离实际。
用数字方式表示测量结果的时候，应该根据要求确定有效数字。不可以随意改变
测量结果的有效数字位数。在对多余数字删略的时候，必须“四舍五入，逢五凑
偶”的舍入规则。对数据进行近似也应该遵循相应的规则。
万用表是电子测量的最基本最常用的测量仪表之一，按照工作原理不同，可将其
分为模拟式万用表和数字式万用表2大类。
第三章我们从直插式和贴片式2方面认识了电子元器件的基本知识。
标称值和允许误差是电阻、电容、电感等常用被动元件的两个参数。按照导电能
力的不同可以将材料分为导体、半导体嗯哼绝缘体三大类，半导体材料是制作晶
体管、集成电路、电力电子元器件。光电子元器件的基本材料。常用的电阻、电
容、电感、二极管等电子元器件都有贴片封装。
第四章我们学习了常用信号发生器的基本知识。信号发生器可以分为专用信号发生器和通用信号发生器两大类，通用信号发生器
又可以分为低频信号发生器，高频信号发生器、任意波形发生器和任意函数发生
器等类型。频率特性。输出特性和调制特性是信号发生器的三大特性。
直接式频率合成技术频率转换速度快，能够产生任意笑的频率增量，具有较好的
近载频相位噪声性能。但是输出端的谐波、噪声和寄生频率难以抑制。间接频率
合成技术又称为锁相式频率合成技术，具有频谱纯度高，一遇得到大量离散频率
的优点，但是其频率切换时间相对比较长，相位噪声也比较大。直接数字频率合
成技术从相位概念出发直接合成所需波形，其优点是频率分辨率高，相对带宽宽，
具有任意波形输出能力和数字调制功能，但是输出信号杂散抑制差。
典型的锁相环系统主要由鉴相器。环路滤波器和压控振荡器三部分组成。典型
锁相环一般只能输出一个频率，为了能够输出一系列频率，通常在反馈环路中插
入频率运算功能，即可改变输出频率。有倍频、分频和混频三种频率运算方式。
频率范围、频率分辨率、频率转换时间、频率准确度与稳定度是通用锁相环频率
合成器的主要性能指标。
第五章我们学习了模拟示波器和数字示波器的基本知识。
示波器是一种图形显示设备它能够将人眼看不到的电信号描绘成可见的图形曲
线。按照对信号处理方式的不同，可将示波器分为模拟式和数字式两种类型。模
拟示波器又可以分为通用示波器、多束示波器、采样示波器、记忆示波器和专用
示波器等类型。数字示波器又可以分为数字存储示波器、数字荧光示波器和数字
采样示波器三种类型。
示波器的主要性能参数有带宽、采样速率、信息数量和内存深度等。这些也是决
定不同型号的示波器价格的主要因素。数字示波器的性能指标主要包括频带宽度、
最高采样速率、存储带宽、波形刷新率以及读出速度等几方面。
通用示波器主要由Y系统、X系统、主机系统三大部分组成。Y系统是被测信号
的输入通道，它对被测信号进行衰减，放大并产生内触发信号。X信号系统的
作用是产生和放大扫描锯齿波信号，它是由触发电路、扫描发生器和水平放大器
组成。主机系统由示波管、电源、显示电路、Z轴电路、校准信号发生器等组成。
示波管是示波器中常用的显示器件，它是由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组
成。
为了在同一个屏幕上同时观察多个信号波形或同一信号波形的不同部分，需要进
行多波形显示。双踪示波器是较常用类型，具有交替和断续两种显示方式。
第六章我们学习了交流电压和电子电压表的基本知识。
电压测量具有频率范围宽、输入阻抗高、悲惨波形多样、抗干扰能力强等特点。
峰值、平均值、有效值以及相应的波峰因数和波形因数是交流电压幅度特性的电
压表征量。
检波器是实现AD/DC转换的核心部件。
电平是指两个功率或电压之比的对数，单位为贝尔(B)。
数字式电压表利用A/D转换技术将被测电压量转换为数字量，并将测量结果以十
进制形式显示出来。
第七章我们学习了频域测量的基本知识。
信号的频域测量和频谱分析是以电信号的频率f作为横轴来测量分析信号的变
化，即在频域内对信号进行观察和测量的。频域测量与分析的对象和目的各不相
同，通常包括频率特性测量、选频测量、频谱分析、调制度分析和谐波失真度测
量等。
频率特性的测量有静态测量法和动态测量法两种基本方法。点频测量法属于静态
测量法;扫频测量法属于动态测量法。扫频仪基于扫频原理构成，能在示波管荧
光屏上直接观测到各种电路频率特性曲线。它主要由扫频信号发生器、扫描电路。
频标电路以及示波管等部分组成。
频谱分析以频谱分布图的形式来表示被测信号中所包含的频率成分，可对电信号
或电路网络的频率、电平调制度、调制失真、频偏、互调失真、带宽、窄带噪声、
增益、衰减等参数进行测量。频谱分析仪还可以分为模拟式、数字式、和模拟/
数字混合式三类。根据信号处理的实时性，频谱分析仪还可以分为实时频谱分析
仪和非实时频谱分析仪两类。
失真度是指原始信号进过传输设备以后所得的输出信号与原始信号的比值。失真
的结果是使得输出信号产生了原始信号中没有的谐波分量。失真度测量方法可以
分为频谱分析法和基波抑制法。失真度分析仪也相应地分为基波抑制式和频谱分
析式两种类型。
第四篇：电子测量技术与仪器实习报告
成人高等教育
电子测量实习报告
题 目： 电子测量实习报告 学 生： 白 培 贞 联系电话： 10124578898 指导老师： 李 行 教学站点： 西安机电科技技师学院 专 业： 电子测量技术及仪器
完成日期： 2013.04.15
目 录
一、实习目的与意义 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1)
二、实习单位简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (1) 2.1地理位置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1) 2.2公司规模„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1) 2.3产品概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2) 2.4管理概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2) 2.5技术概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2) 2.6目前行业发展地位„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2)
三、实习岗位简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (2)
四、实习内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (3) 4.1专门观测员„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (3) 4.2市场推广员„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (3) 4.3操作员。„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(3)
五、收获与体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (4)
六、致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(7)
2
一、实习目的与意义
电子测量技术及仪器集中学习是在课堂结束之后在实习地集中的实践性教学，是各项课间的综合应用，是巩固和深化课堂所学知识的必要环节。通过实习，不仅了解到了电子测量的全过程而且培养了我们熟悉电子仪器、仪表工作原理，使我们具备电子测量应用技术、电子仪器测控技术的能力，并且为今后解决实际工程中的有关问题打下基础，还能在业务组织能力和实际工作能力方面的锻炼。在实习单位，我们必须向师父，工人师傅，还有各位上司努力学习，努力提高自己的各方面素质。 我们适时地抓住该次实习的机会，努力地运用在学校学习的书本知识，将他们转化为实地操作的能力。
为以后真正走向社会，走向工作岗位提供宝贵的经验，通过这次顶岗实习，对我们巩固和加深所学理论知识，培养我们的独立工作能力和加强劳动观点起了重要作用。
1.在实习中了解企业的组织管理、企业文化、产品开发与销售等方面的知识和运作过程;更重要的是培养了我们严格认真的科学态度、塌实求实的工作作风、吃苦耐劳的献身精神和团结协作的集体观念。
2.在专业比较对口的实习岗位上，努力将所学的理论知识与实际工作密切结合，并能灵活应用，使自己的专业知识、专业技能及工程实践能力均得到一次全面的提升。
3.积累一定的工作经验和社会经验，在职业道德、职业素质、 劳动观念、工作能力等方面都有明显的提高，逐步掌握从学生到员工的角色转换，为毕业后的就业打下良好的基础，提高就业竞争力。
二、实习单位简介
2.1地理位置：
华天科技(西安)有限公司，地处古城西安的国家级经济技术开发区凤城五路，地理位置优越，交通便利，拥有完善，广阔的销售网络，毗邻天水-关中经济带，处于连接东部和西部的跳板位置，在刚起步不久的中西部电子产业中市场前景远大，具有广阔的市场发展潜力 2.2公司规模
华天科技(西安)有限公司是由天水华天科技股份有限公司出资设立的专业从事集成电路高端封装测试的企业。公司成立于2008年1月，注册资本36100万
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元，占地面积10.8万平方米。 2.3产品概况
企业主要从事半导体集成电路、MEMS传感器、半导体元器件的封装测试业务。公司具有封装测试10亿块TSSOP、QFN、DFN、BGA、FLIPCHIP等系列集成电路的能力和月1万片的CP测试生产能力。公司以科技创新为先导，积极致力于集成电路高端封装技术的研发和CSP封装技术的开发。 2.4管理概况
企业具有完善的法人治理结构和现代公司经营管理制度，与银行之间有着良好的信贷关系，信用等级为AAA。企业的集成电路封装测试生产线通过了ISO900
1、ISO/TS16949质量管理体系认证以及ISO14001环境管理体系认证。公司自成立以来，通过深化企业改革，加强科技创新，强化内部管理，大力开拓市场，实施技术改造等措施，使企业的技术创新能力、装备水平、市场占有率等都得到了有效的提升，集成电路年封装能力和实际加工量连年快速增长，企业综合竞争能力和经济效益大幅度提高 2.5技术概况
华天科技(西安)有限公司电子封装研究中心设计团队拥有成熟的SiP设计技术，使用Package design tool：SIGRITY-Unified Package Desinge(UPD)原Encore软件提供设计服务，Electromagnetic modeling tool：Apache-Sentinel-NPE(原Paksi-E)软件进行电量参数提取与设计，并严格按照设计流程控制系统来进行，从而保证了设计的质量。
公司可为客户提供封装方案评估、封装设计、热仿真、频域仿真、时域仿真、机械应力仿真、三维模型、可靠性评估等诸多封装技术服务。 2.6目前行业发展地位
华天科技西安有限公司现有职工5000多人,整体采用制度化管理模式,目前在地区行业中处于龙头企业的地位,在全国处于最具影响力和发展潜力的地位,始建于2008年,经过5年的建设,现已形成了以从事半导体集成电路、MEMS传感器、半导体元器件的封装测试为主营业务的大企业，2012年被评为国家技术创新示范企业、荣获中国半导体产业发展十年表彰活动中国十强最具成长性半导体企业。
三、实习岗位简介
电学计量技术的现状和总体发展趋势， 分析了电子测量仪器的研 究开发，阐述了我国电子测量技术与国际先进技术水平的差距，进而 提出了发展电子测量 2
仪器技术的对策。 特别是由于测试技术的突破带 来的电子测量仪器的革命性变化。介绍了业界的最新进展和最新标 准 。SMT 实验室，需要满足 SMT 单位的检测要求，失效分析及协助 现场问题解决，新材料，新制程检测评估验证，协助事业单位，拟定 实验计划，经验分享及教育推鉴。
四、实习内容
在此实习期间,我主要从事观测，销售岗位的工作,初期通过师傅的介绍,我了解了自己在大学所学的电子测量及仪器知识在该公司的应用状况。 4.1专门观测员
在实际测量工作中，由于外界条件、仪器本身和观测者技术水平等的不同，必然导致对同一测量对象进行的若干次测量所得到的结果彼此不同，或在各观测值与其理论值之间仍存在差异。
(1)在仪器安置、照准、读数等方面都会产生误差。同时普通员工的技术水平、工作态度及状态都对测量成果的质量有直接影响。
(2)每种仪器有一定限度的精密程度，因而观测值的精确度也必然受到一定的限度。同时仪器本身在设计、制造、安装、校正等方面也存在一定的误差，如钢尺的刻画误差、度盘的偏心等。
(3)观测时所处的外界条件，如温度、湿度、大气折光等因素都会对观测结果产生一定的影响。外界条件发生变化，观测成果将随之变化。所以观测条件的好坏与观测成果的质量有着密切的联系。因此需要特定技术和能力的观测人员。 4.2市场推广员
公司从事半导体集成电路、MEMS传感器、半导体元器件的封装测试业务，所以还需要将所生产出来的成品销往全国各地，就需要市场部的营销人员,营销是一个社会过程，在此过程中我们不仅卖的是公司的产品，更是形象、名誉、诚信和服务。所以这一个过程不仅要掌握用户的需求，更要激起他们购买的欲望，让他们放心的使用我们的产品.努力为把公司发展成为国际知名的集成电路封装测试企业而不懈努力。 4.3操作员
电子测量技术及仪器专业是以培养熟悉电子仪器、仪表工作原理，具备电子测量应用技术、电子仪器测控技术能力的高级技术应用性专门人才为目标。要求我们掌握仪器仪表的使用和测量能力，在其中对仪器仪表的应用就需要我们实地操作，公司上班制度采用三班倒，作为内操人员，我们兢兢业业的坚持在工作岗 3
位，平时由于众多原因，测量也存在一定误差。例如，在一系列的观测值中如何确定最可靠值;如何来评定测量的精度;什么样的误差是被许可的，即如何确定误差的限度。例如，在一系列的观测值中如何确定最可靠值;如何来评定测量的精度;什么样的误差是被许可的，即如何确定误差的限度。这就运用到了大学的专业知识，内操员要运用误差理论来得到解决这些问题。
(1)进行各类误差的判别与原因分析; (2)进行误差的计算和比较
(3)运用误差传播定律进行相关分析计算。
在操作中，经常出现偶然误差，它是不可避免的，偶然误差是测量中不可避免的误差，它的大小和符号也无法预知，纯属偶然性质。但是在相同的条件下，进行重复观测所出现的大量偶然误差，却存在着一定的规律。这就是表面上看来毫无规律的一组偶然误差，其内部却隐藏着一种必然的规律。起初，刚到实习单位很懵懂，生产线不懂，跟着师傅学了一段时间获得了很多，大学书本知识也应用于了实践，慢慢的操作技能也跟着提高。在操作实习的时间最长，也最有意义，因为在大多数学校的客观知识，在工作的岗位上基本都得到了应用和实践，学校里也经常做实验，也懂得许多电子测量规则和方法，和对仪器的接触等都对在岗位的工作奠定了基础。
五、收获与体会
校外电学计量技术实习是我们学生大学生活过程中的一个非常重要的实践环节，是学生培养计划中的重要组成部分和必不可少的阶段。实习是踏上社会的桥梁，他是每个大学生踏入社会的中转站，通过实习将书本上的理论知识运用到实际工作和生产销售当中，提前与实习单位对接，为实习单位提供对口的技能人才。同时，通过实习能够磨练我们学生的意志力，耐挫力，接触当下社会，适应时代发展的需求，更加贴近工作就业岗位，解决我们学生对专业课的茫然和无法对应工作岗位等一系列大学生面临的问题。
这次实习，让我对公司，对电子行业发展状况，更对电子测量和仪器的运用有了更深更大的了解，并且能进行基本操作外，我觉得自己在其他方面的收获也是挺大的,在思想上有了很大的转变。
(1)以前在学校里学知识的时候总是有老师往我们的头脑里灌知识，自己根本没有那么强烈的求知欲，大多是逼着去学的。然而到这里实习，确使我的感触很大，自己的知识太贫乏了，工厂里那种紧张的工作气氛特别在无形中给我营造 4
了一个自己求知的欲望。
(2)第一次亲身感受了所学知识与实际的应用。测量技术在生产设备的应用，焊接技术在机械制造工业的应用，精密仪器仪表在集成电路板制造的应用等等理论与实际的相结合，让我们大开眼界,也是对以前所学知识的一个初审。通过这次生产实习，进一步巩固和深化所学的理论知识，弥补以前单一理论教学的不足,为巩固专业课学习和毕业设计打好基础. (3)在实习中，我深深体会到团队合作的重要性，并勇于展现自我。 自从来到这里，我为人处事的方法有所改变，最明显的是我转化了做事的方法，原来是学完了再干，现在是边干边学。
(4)了解了现代电子测量技术与仪器的发展状况。
首先，根据信息产业部发展研究院研究员唐德琴的说法，当前电子测量仪器与测试技术的发展趋势可以概括为以下六个方面: 1由于今天研发技术的的快速提升和应用，电子测量仪器以极快的速度向数○字化、自动化、智能化和多功能自动测量的方向发展。
2基于 I E E E 4 8 8 . 1 ,IEEE488.2,VXI(IEEE1155)总线技术的发展和用于可○编程仪器的标准命令SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments)标准等系统技术的发展，成为模块式测试系统的关键支撑技术。运用这些技术可以方便地实现多功能、多参数的自动测量，方便地组成结构紧凑的模块式自动侧试系统。以 V X I总线技术为例，它为电子测量仪器提供了一个开放式结构环境，使电子测量仪器与技术在各行业中应用的领域不断拓宽。目前已经成功地用于航空工业、汽车工业、导航与航空电子设备、通信与其他电子系 统。预计今后将更广泛地用于军事和民用系统、生产过程控制、办公室自动化和电子医疗设备。
3集成化的计算机辅助测试环境和功能很强的应用软件，把测量仪器与测试○技术的发展推向更高的层次。近年来， 测试软件技术有很大进展，重点在于发展标准的共享软件结构单元，并要求具有很强的兼容性和很高的重用率。这类测试系统使用方便，非常直观，功能极强。
4仪器及测试系统的数据采集和数据、信号处理功能不断增强，不少高档仪○器的更新换代及功能扩展，不再单纯靠制作的精细，一味拼硬件，而是应用数据处理、信号处理和误差修止等方法去实现 。
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5AD,CAT技术的普遍采用，以及技术的“模块化”，使测量仪器的研究周期○大为缩短，更新换代加快。仪器专用集成电路A S I C技术及表面贴装技术的应用，使仪器的结构更紧凑、可靠性更高、性能价格比更好。
6出现了单台仪器向系统融合，元器件测试仪器逐步与专用设备融为一体的○趋势。
其次，电子测量技术发展趋势。
电子测量仪器是稳步增长的行业。目前各种通信系统、宽带综合业务网的发展，给量仪器行业带来了新的机遇。我国电子测量仪器与测试技术的发展，正处于市场经济探索的阶段，因而研究发展趋势，对电子仪器的发展是十分重要的 。
1信息技术与信息化使电子测量仪器与测试技术具有巨大的潜在发展趋势○随着信息技术的高速发展，信息和信息化已成为推动经济、技术和社会发展的要素，它反映了当代经济发展、科学技术进步的趋势，被认为是国家现代化水平和综合国力的主要标志之一，从而成为各国竞争的热点。对此各发达国家均把实现社会信息化作为重要的国策竞相投入了大量的人力、物力和财力。信息化推动着一批高新技术的发展，如: 网络技术、系统与系统集成技术、数据采集与处理技术、通信技术、计算机技术，以及相关的基础技术。电子测量仪器与测试技术正是这些系统与技术的支撑。传统的仪器与测量方法已经很难适应这种需求，必须大力发展测试系统技术、测试软件技术等，用以研制开发新的仪器和新的测试方法。如能适应这种需求，仪器行业将得到很大发展。
○2由于全球性高技术市场的激烈的竞争，促进了技术的高速发展，仪器产品的生命周期在缩短，仪器的研制与开发受到普遍的重视 国际上许多著名的仪器公司均把研制与开发( R & D ) 看作保持竞争优势的生命线，他们不断增加R & D 的投入，致力于提高生产效率、降低成本、缩短新品投放市场的时间。并采取更广泛的国际合作、改善管理、加强售后服务等多种措施，以保持其在国际竞争中的优势 。
在我国，政府及有关部门对信息化及相关技术给予了很大重视，虽然与发达国家相比尚有很大差距，但发展很快。目前已建成了经济、科技、银行、电力、铁路、民航、邮电、海关、气象等国家信息服务网络系统和 8000 个数据库，构成了我国综合信息服务系统的基本框架。信息服务业以 2 5 - 3 0 % 的比例增长。我国电子测量仪器行业如能抓住机遇，适应市场的需求，必将得到很大的发展。
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(5)在实习中为我提供了与众不同的学习方法和学习机会. 使我从被学变为主动学习，从死记硬背的模式中脱离出来，转变为在实践中学习，增强了领悟、创新和推断的能力。掌握自学的方法，使学习、生活都能有成熟的思考。这些方法的提高是我终身受益的。我认为这次的实习机会是难得的，让我真正懂得了工作和学习的基本规律。
通过公司的实习,了解了目前电子行业的基本情况,只是由于测量行业特有的技术操作熟练性和其具有的较大风险性和误差。很遗憾地,不能多做一些具体实践的操作,但是观察了几次封装测试过程,使许多自己从书本上学的知识鲜活了起来,明白了我们专业在一些技术应用上的具体应用.在实习中,极大地丰富了自己关于电学测量的知识,拓展了自己的知识面.在这次实习中,感触最深的是了解了当前电子行业发展的状况和专业应用，我在公司的实习，有辅导师傅，工厂工程师的讲解、自己的努力，自感收益不小。这次实习把我从学校纯理论学习中拉到了实践中学习的环境。一进入公司，我意识到，该把学生时代的顽性收敛了。没有规矩不成方圆，虽然公司没有老套的束缚，它有不可违反的规定。我就该严于律已。这样不仅可以遵守工厂的规矩，对我们自己更有好处。这两个星期是我用金钱都买不到的机会，无论从工作、学习、做人上，我都有很大的收获。
(6)在实习过程中我认为公司存在以下我认为的问题。
首先，公司在影响力方面网络宣传做的很少，网络信息对公司的简介较少，让外界很多人对公司的了解不是很深。比如，在大多电子产品中，许多消费者不知道华天科技西安有限公司主营业务是做什么，仅仅明白是科技产品罢了。所以我认为公司应在这些宣传方面加强力度，提高公司在西安乃至中东部的影响力。
其次，公司更要注重消费者对产品的信任度，做好售后服务，因为今天无论你的产品多么优质、高端，但消费者还是喜欢卖家服务的至上，今天的行业不仅卖产品更卖服务。
再次，我认为公司拓宽销售渠道和网络，多与相关行业和同行企业加强技术上交流和理念上的共享，这样不仅可以从战略上多了一个共赢的朋友，而且从技术上多了一个激励的伙伴，这使企业立于电子行业的不败之地。
最后，我希望公司越发展越壮大。
六、致谢
逝者如斯夫，不舍昼夜。大学时光匆匆而过，哭过笑过一起high过。今天的我成长了不少，这和帮助我的每一个人密切相关。在学校，感谢老师对我的谆谆 7
教导，也很感谢学校校领导给我的这一次顶岗实习的机会，让我在学校的学习之外，积累了更多的社会和工作经验，给我的大学生活增添了更多色彩，让我更学到了在大学三年都学不到的社会常识和工作技能，今天21世纪的社会，在市场经济体制和新技术飞速发展的条件下，电子技术人才只掌握一门特定的技能已经远远不够。所以，必须全面强调我们的基础知识、基本能力和基本素质，而且专业面要更宽阔，以适应技术进步与市场的不断变化，跟是时代的脚步，向前发展。只有全方位的拓展自己的知识面，在实践中与理论相结合，真正的体会知识的真谛，才能为社会贡献自己的一份力量。
本次实习的完成，首先感谢我的母校的教育之恩，其次感谢电子工程系提供给我的教育环境，使我学到了许多新的知识。
本实习报告是以实习单位的经历为素材，在实习岗位的工作流程中完成的。实习单位师傅熟练地技能，和辛勤的工作，为我提供了一个很好的实践学习场所和环境，这让我不仅学习了技能和知识，更学习了做人和处事。我从师傅身上学到的东西让我获益匪浅，对我走上工作岗位有了非常好的指导和借鉴。在此，感谢帮助我的每一个人，对你们致以崇高的敬意。
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第五篇：研究生纳米测量技术课程论文
纳米测量技术的研究及扫描隧道显微镜技术
摘 要
纳米测量技术是纳米科学技术的基础学科之一。纳米科学技术的快速发展, 不但给纳米测量技术提出了挑战, 同时也给纳米测量技术提供了全新发展的机遇。综述了国内外纳米测量技术发展的现状, 重点讨论了纳米材料、纳米电子学和纳米生物学等领域所涉及的纳米测量与性能表征的难题和挑战, 论述了纳米科技成果给纳米测量技术带来的发展机遇,对纳米测量技术的发展方向做了展望。最后介绍了扫描隧道显微镜的发展历程以及扫描隧道显微镜的工作原理和系统结构。
关键词
纳米科学技术 纳米测量 纳米材料
扫描隧道显微镜
1、引 言
纳米技术作为当前发展最迅速、研究最广泛、投入最多的科学技术之一, 被誉为21 世纪的科学, 并且和生物工程一起被认为是未来科技的两大重要前沿纳米技术是包括纳米电子、纳米材料、纳米生物、纳米机械、纳米制造、纳米测量、纳米物理、纳米化学等诸多科学技术在内的一组技术的集合, 其目的是研究、发展和加工结构尺寸小于100nm 的材料、装置和系统, 以获得具有所需功能和性能的产品。科技发达国家为抢占这一高新技术生长点、制高点, 竞相将纳米技术列为21 世纪战略性基础研究的优先项目, 投入了大量的人力、物力和财力纳米技术对许多工业领域已经开始具有非常关键的作用。它不仅将为许多技术难题提供新的解决方案和思路, 而且会进一步提高人们的生活水平, 并有可能在很大程度上改变人们的生活方式。从纳米精度上的机械零件的加工和装配、电子器件的生产制造、扫描探针显微镜( SPM , Scanning Probe Microscope) 的发展、微型机电系统( MEMS, Micro Electro Mechanical 1 Systems) 的制造, 到纳米结构材料的加工和生物医学系统的制造等, 纳米技术正在得到广泛的发展和应用。
2、纳米测量技术现状
鉴于纳米测量技术的重要地位, 国外, 特别是美、日、欧等国家均投入了相当大的人力和物力予以重点支持。典型的例子有1982 年发明的扫描隧道显微镜;美国California 大学利用光杠杆实现的原子力显微镜首次获得了原子级分辨率的表面图像;美国国家标准与技术研究院( NIST ) 研制的分子测量机。日本研制的具有亚纳米级测量分辨率的激光外差干涉仪。英国国家物理实验室( NPL ) 研制的微形貌纳米测量仪器的测量范围是0. 01～3nm;Warwick 大学研制出测量范围在10Lm、nm 精度的X 光干涉仪。德国联邦物理技术研究院( PTB) 进行了一系列称为1nm 级尺寸精度的科研项目。
我国对纳米测量技术的研究也相当重视, 并取得了一些显著成绩。清华大学研制成功亚纳米级分辨率的激光双波长干涉仪。中国科学院北京电子显微镜实验室成功研制了原子级分辨率的原子力显微镜。
中国计量科学研究院研制了用于微位移测量标准的法—珀干涉仪。天津大学研制了双法—珀干涉型光纤
微位移传感器。中国科学院化学所对扫描探针显微术进行了一系列的科学研究。概括国内外的纳米测量方法, 可以分为两大类: 一类是非光学方法: 扫描探针显微术、电子显微术、电容电感测微法, 另一类是光学方法: 激光干涉仪、X 光干涉仪、光学光栅和光频率跟踪等。总结现有各种纳米测量方法, 它们的单项参数( 分辨率、精度、测量范围) 可达到的指标分别如表1 所示。
表 1 各种纳米测量方法的比较
3、纳米测量技术面对的挑战
现有各种纳米测量方法和仪器的不断涌现, 为从事纳米科学技术研究提供了理论依据和有效手段, 但是纳米科学技术研究的快速发展对纳米测量技术提出了迫切的要求。作者主要对纳米材料、纳米电子学和纳米生物学等纳米科技领域中面对的挑战和难点进行论述。
3.1、纳米材料的测量与性能表征
纳米材料的测量与性能表征涉及两个方面的研究内容: 一是纳米材料的尺度测量; 二是由尺度效应而导致的纳米材料的性能表征。纳米材料尺度的测量包括:纳米粒子的粒径、形貌、分散状况以及物相和晶体结构的测量, 纳米线、纳米管等直径、长度以及端面结构的测量和纳米薄膜厚度、纳米尺度的多层膜的单层厚度的测量等。适合纳米材料尺度测量与性能表征的仪器主要有: 电子显微镜、场离子显微镜、扫描探测显微镜、X 光衍射仪和激光粒径仪等。
现有纳米测量方法往往测量大面积或大量的纳米材料以表征纳米材料的单一尺度和性能, 所得的测量结果是整个样品的平均值, 因此, 单个纳米颗粒、单根纳米管的奇异特性就被掩盖了。对现有的纳米测量方法来说, 表征单一纳米颗粒、纳米管、纳米纤维的尺度和性能是一个难题和挑战。首先, 因为它们的尺寸相当小, 单一纳米颗粒、纳米管的固定和夹持无法用大尺寸的固定和夹持技术来实现。其次, 纳米结构的小尺寸使得手工操纵相当困难, 需要有一种针对单一纳米结构设计的专门操纵技
3 术来进行操作。因此, 为了准确测量单一纳米结构的尺度和性能, 开发新的纳米测量方法和手段是十分必要的。
另外, 现有纳米测量方法仅局限于对纳米材料外观或表面尺度的测量, 而无法实现对纳米材料结构内部的测量。例如, 纳米改性纤维材料、纳米涂料以及纳米油漆等由于掺杂纳米超细粉体以提高或改善其性能, 如何测量与评价这些材料内部纳米粒子的尺度和纳米粒子的团聚过程及其性能的改变是纳米测量技术面临的又一挑战。
3.2、纳米电子学涉及的纳米测量与性能表征
纳米电子学是研究电子在纳米尺度空间中运动的规律, 并利用这些规律制作新型电子器件的一门新型学科。纳米电子器件所涉及的测量与表征技术可分为: ( 1) 纳米电子器件几何尺寸的测量, 如量子点、量子线、量子阱或单电子晶体管等几何尺寸的纳米测量;( 2) 单量子器件性能表征与测量技术, 如量子点、量子线等量子器件的量子能级分布测量, 单电子晶体管、单原子开关等量子器件的电子输运特性的测量与性能表征; ( 3) 纳米电子器件所用材料的性能检测和缺陷测量与控制技术; ( 4) 集成电路中组件尺寸大范围纳米级测量技术和集成电路制造时所需的大范围纳米级扫描微动工作台技术, 现在集成电路芯片尺寸达50mm ×50mm、线宽最小至0. 13Lm ( 即130nm ) , 在50mm ×50mm 的范围内实现130nm 线宽的性能检测和测量,好比用1m 的尺子测量500km ×500km 的范围, 可见测量范围之大, 若线宽小至10nm, 则测量范围更大, 确属纳米测量所面临的重大挑战和难题。纳米电子学的另一个重点研究方向是发展具有更高信息存储密度及更快响应速度的超高密度信息存储材料和器件, 现在光存储信息点尺寸达到50nm、磁存储信息点尺寸小于10nm、以及利用扫描隧道显微镜写入的信息点最小尺寸已达0. 6nm[15] 。因此, 光存储和磁存储同样涉及在大范围内进行信息点特征的纳米测量的技术难点, 另外, 如何测量和评价光存储和磁存储所使用的纳米尺度上平整的大面积、高质量的存储薄膜, 亦是摆在纳米测量科学面前的重要课题。
3.3、纳米生物学涉及的纳米测量与性能表征
纳米生物学的研究对象是纳米尺度的生物大分子、细胞器的结构、功能和动态生物过程。纳米生物学涉及的纳米测量与性能表征技术可归结为以下三个方面: ( 1) 在
4 纳米尺度上测量与表征生物大分子的结构和功能及其相互联系; ( 2) 在纳米尺度上直接对生物大分子进行操纵和改性; ( 3) 探测生物大分子在生命过程中的行为和功能, 在纳米尺度上获得生命信息。蛋白质和核酸这两种生物大分子是千差万别的生命现象中最本质而又高度一致的物质基础, 因此, 蛋白质和核酸分子结构的纳米测量、蛋白质和核酸分子结构与功能的关系表征, 成为纳米生物测量技术研究的重点和关键。
关于纳米尺度上的生物大分子结构的研究, 以前主要通过电子显微镜观察和X 光晶体衍射等方法来实现, 但是它们各有局限之处, 电子显微镜要求有一定的真空干燥制样条件, 而且在观测中电子束对生物样品有损伤; X 光晶体衍射方法要求样品能够结晶, 获得的实验结果是大范围平均值, 而且需经模拟和计算才能得到高分辨的具体图像。扫描隧道显微镜、原子力显微镜和纳米光镊技术由于具有测量结果直观和纳米级精度等优点, 现在已成为研究生物大分子表面拓扑结构、研究单个生物大分子在生命过程中行为的有效工具。虽然对生物大分子结构的研究已有越来越精细的了解, 然而, 要在生物大分子水平上弄清楚它们在生命过程中的行为和功能, 这些方法仍有相当大的局限性。
纳米生物学对纳米测量技术提出的要求和挑战是: ( 1) 开发适合于对生物大分子在其自然条件下的测量方法, 更有利于对生物大分子结构和功能的精确认识, 而现在对生物大分子的结构和功能进行研究时, 一般要对样品进行处理, 如将DNA 分子沉积在石墨或云母表面, 或者溶在一定液体中, 限制了对其进行准确的测试; ( 2) 纳米测量技术要实现动态研究单个生物大分子生理条件下的结构, 开展结构和功能关系的研究,而现在的测量技术仅局限于对生物大分子结构的静态研究, 涉及结构和功能关系的研究甚少; ( 3) 生物大分子运动学特性、动力学特性和电学特性等性能表征技术和方法; ( 4) 探测单分子水平的生物信号是如何传导的, 以揭示活细胞内分子—分子间生物信号传导的动力学机制及生物学效应; ( 5) 研究生物大分子间的相互作用和分子的合成; ( 6) 测量与表征单个生物大分子在生命过程中的个体及其群聚集体的行为和功能, 认识生命过程的本质。
4、纳米测量技术的发展机遇与展望
4.1、纳米测量技术的发展机遇
纳米测量技术的发展机遇纳米科学技术的发展给纳米测量技术提出了挑战, 同时纳米科学技术的新成果、新技术和新方法的不断涌现以及新理论的建立, 又为纳米测量技术提供了新的发展机遇和有效手段, 例如: ( 1) 碳纳米管具有精细的结构和优异的导电和力学特性, 因此可以用碳纳米管作为扫描探针显微镜的探针, 探测金属膜表面的结构、纳米电子器件的电学特性。
( 2) 单电子晶体管可用于对极微弱电流的测量; 基于单电子晶体管的纳米探针可作为量子器件的电子输运、量子导电效应的测量与性能表征。
( 3) 纳米光镊技术与扫描探针技术相结合, 具备精细的结构分辨能力和动态操控与功能研究的能力, 可用于在纳米尺度上测量与表征生物大分子的结构和功能的关系, 探测研究在生物大分子水平上的生命信息。
( 4) 生物芯片具有集成、并行和快速检测的优点,蛋白质生物芯片技术可以实现对蛋白质的探测、识别和纯化, 基因生物芯片技术可以快速分析大量的基因信息, 从而获得生命微观活动的规律。
( 5) 生物大分子用于制作纳米探针是一种全新的探针探测技术, 由于其具有高选择性和高灵敏度被用来探测细胞物质、监控活细胞的蛋白质和其他生化物质, 还可探测基因表达和靶细胞的蛋白质生成等。
( 6) 一种用碳纳米管制成的“纳米秤”被用来测量纳米颗粒、生物大分子的质量和生物医学颗粒( 如病毒) , 可能导致一个纳米质谱仪的产生。
4.2、纳米测量技术的发展方向
纳米测量技术面对的每一个挑战和难点都是纳米测量技术今后应重点突破的研究方向。针对国内纳米测量技术已有基础与现状, 展望未来, 我国纳米测量技术应在以下几个方面予以重点研究: ( 1)、纳米测量和性能表征新方法、新技术的研究。有三个重要的途径: 一是创造新的纳米测量技术, 建立新的理论、新方法; 二是对现有纳米测量技术进行改造、
6 升级、完善, 使它们能适应纳米测量的需要; 三是多种不同的纳米测量技术有机结合、取长补短, 使之能适应纳米科学技术研究的需要。
( 2)、纳米测量的溯源问题, 即能按照米定义精确度量纳米尺度, 建立纳米科技标准。
( 3)、大范围超高精度、超高分辨率的纳米测量技术研究。分析当前各种纳米测量方法可知, 现有每种纳米测量方法均存在不能同时实现高测量精度和大测量范围这一矛盾。而实际应用中, 如集成电路芯片表面形貌的测量、光存储和磁存储大范围信息位特征的纳米测量、生物芯片性能表征技术等, 所有这些, 无不均要求在进行大范围测量的同时保证纳米或亚纳米级的高测量精度和超高分辨率。
( 4)、纳米测量涉及的微操作技术研究。无论是对单个纳米颗粒、单根碳纳米管、单个单电子晶体管, 还是对单个DNA 生物大分子、单个细胞等进行纳米测量与性能表征研究时, 都涉及对这些单一纳米结构的探测、俘获、夹持和移动等一系列微操作技术。因此, 开发对单一纳米结构的微操作的新方法和技术是纳米测量技术应重点解决的研究课题。
( 5)、纳米级运动技术的研究。纳米级扫描微动工作台为纳米科学技术研究提供一维、二维或三维的纳米级的微运动。在为纳米测量技术和纳米微操作技术研究提供小范围( 指一百微米以下) 纳米级微运动时, 最常见的是以PZT 作为驱动部件的柔性铰链微动工作台。然而, 要为纳米测量技术和纳米微操作技术研究提供大范围( 指毫米量级运动范围) 纳米级精度的微运动时, 现有微动工作台却不能满足要求。因此, 大范围纳米级精度的微动工作台的研制是摆在纳米测量与微操作技术面前的重要研究课题。
5、扫描隧道显微镜技术
5.1、纳米科技与扫描隧道显微镜
中国科学院院士白春礼曾说:“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程。”，而扫描隧道显微镜测量技术的提高则可以显著提高纳米器件的研制水平，并促进纳米制造技术的发展。扫描隧道显微镜技术是一门综合技术，它随着纳米科技的发展而发展，为了能够深入研究和改进这一技术，就必须对纳米科技与扫描隧道显微镜的关系、扫描隧道显微镜的工作原理和扫描隧道显微镜的系统结构
7 等理论基础知识有一个清楚的认识。
纳米科学和技术是在纳米尺度上(0.1-100nm之间)研究物质(包括原子、分子)的特性和相互作用，并且利用这些特性的多学科的高科技。其最终目的是直接以物质在纳米尺度上表现出来的特性，制造具有特定功能的产品，实现生产方式的飞跃。纳米科学大体包括纳米电子学、纳米机械学、纳米材料学、纳米生物学、纳米光学、纳米化学等领域。
人类仅仅用眼睛和双手认识和改造世界是有限的，例如:人眼能够直接分辨的最小间隔大约为0.07;人的双手虽然灵巧，但不能对微小物体进行精确的控制和操纵。但是人类的思想及其创造性是无限的。1982年，IBM(国际商业机器)公司苏黎世试验室的葛·宾尼 (Gerd BIImig)博士和海·罗雷尔(Heinrich Rohre:)博士及其同事们共同研制成功了世界第一台以物理学为基础、集多种现代技术为一体的新型表面分析仪器—扫描隧道显微镜(Scanning Tunnelling Microscope，简称STM)。STM不仅具有很高的空间分辨率(横向可达0.1nm，纵向优于0.01nm)，能直接观察到物质表面的原子结构;而且还能对原子和分子进行操纵，从而将人类的主观意愿施加于自然。STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质。在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广阔的前景，被国际科学界公认为二十世纪八十年代世界十大科技成就之一。可以说STM是人类眼睛和双手的延伸，是人类智慧的结晶。
基于STM的基本原理，随后又发展起来一系列扫描探针显微镜(SPM)。如:扫描力显微镜(SFM)、弹道电子发射显微镜(BEEM)、扫描近场光学显微境(SNOM)等。这些新型显微技术都是利用探针与样品的特殊相互作用来探测表面或界面在纳米尺度上表现出的物理性质和化学性质。
虽然纳米科技的历史可以追溯到三十多年前著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在美国物理年会上的一次富有远见的报告，但是“纳米科技”一词还是近几年才出现的，也正是SPM技术及其应用迅速发展的时期。第5届国际STM会议与第1届国际纳米科技会议于1990年在美国同时召开不能不说明SPM与纳米科技之间存在着必然联系、SPM的相继问世为纳米科技的诞生与发展起了根本性的推动作用，而纳米科技的发展也将为SPM的应用提供广阔的天地。
纳米科技是未来高科技的基础，而科学仪器是科学研究中必不可少的试验手段，STM及其相关仪器(SPM)必将在这场向纳米科技进军中发挥无法估量的作用。
8 5.2、扫描隧道显微镜的工作原理
扫描隧道显微镜的工作原理是基于量子力学的隧道效应。对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V。时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不会等于零，也就是说，粒子可以穿过比它的能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应如图1.3所示
图2 量子力学中的隧道效应示意图
扫描隧道显微镜是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时(通常小于1nm)，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极，形成隧道电流，其大小为:
，
式中Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，S为样品与针尖的距离，Φ是平均功函数，A为常数，在真空条件下约等于1。
由上式可知，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数的依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对X、Y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图。
根据隧道电流I和样品与针尖距离S之间的关系，STM主要的工作模式有两种:恒高模式和恒流模式。恒高模式是指保持隧道距离S不变而检测隧道电流I的变化。
9 恒流模式是指保持隧道电流I不变而检测隧道距离S的变化。两种工作模式的示意图如图1.4所示。
图 3 STM的恒高和恒流两种工作模式示意图
5.3、扫描隧道显微镜的系统结构
STM仪器一般由STM头部(含探针和样品台)、三维扫描控制器、电子学控制系统、减震系统和在线扫描控制及离线数据处理软件等组成。系统结构如图1.5所示。
图4 STM系统结构图
探针针尖的结构是扫描隧道显微技术要解决的主要问题之一。针尖的大小、形状和化学同一性不仅影响着扫描隧道显微镜图像的分辨率和图像的形状，而且也影响着测定的电子态。如果针尖的尖端只有一个稳定的原子而不是有多重针尖，那么隧道电流就会很稳定，而且能够获得原子级分辨率的图像。目前制备针尖的方法主要有电
10 化学腐蚀法(金属钨丝)、机械成型法(铂一铱合金丝)等。由于钨针尖能够满足STM仪器刚性的要求，因而被广泛地使用。但由于钨针尖在水溶液中或暴露在空气中时，容易形成表面氧化物，因此在真空中使用前，最好在超高真空系统中进行蒸发，在空气中使用前，通过退火或使用离子研磨技术中的溅射等方法除去针尖表面的氧化层。为了得到锐利的针尖，通常用电化学腐蚀法处理金属钨丝。与钨相比，铂材料虽软，但不易被氧化，在铂中加入少量铱(例如铂铱的比例为80%:20%)形成的铂铱合金丝，除保留了不易被氧化的特性外，其刚性也得到了增强，故现在大部分人使用铂铱合金作为隧道针尖材料。为了得到锐利的针尖，通常对铂铱合金丝就用剪刀剪切。
三维扫描控制器的作用是控制针尖在样品表面进行高精度的扫描，用普通机械的控制是很难达到这一要求的。目前普遍使用压电陶瓷材料作为X、Y、Z扫描控制器件，压电陶瓷材料能以简单的方式将1mV-1000V的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。
电子学控制系统使计算机控制步进电机的驱动，使探针逼近样品，进入隧道区，而后不断采集隧道电流，在恒电流模式中将隧道电流与设定值相比较，再通过反馈系统控制探针的进与退，保持隧道电流的稳定。
在线扫描控制及离线数据处理软件主要用来控制STM的整个连续扫描过程以及测量数据的记录显示和后续处理，是整个系统的核心之一。
减震系统也很重要。由于仪器工作时针尖与样品的间距一般小于Inm，同时隧道电流与隧道间隙成指数关系，因此任何微小的震动都会对仪器的稳定性产生影响。必须隔绝的两种类型的扰动是震动和冲击，其中震动隔绝是最主要的。
5.4、扫描隧道显微镜的优缺点
对于任何仪器来说，必然会既有优点也有缺点。与现有的其他表面分析技术相比，STM具有的如下独特的优点：
(l)、具有原子级高分辨率，STM在平行和垂直于样品表面方向上的分辨率分别可达0.Inm和0.olnm，即可以分辨出单个原子。
(2)、可实时地得到在实空间中表面的三维图像，这种可实时观察的性能可用于表面扩散等动态过程的研究。
(3)、可观察单个原子层的局部表面结构，而不是对体相或整个表面的平均性质，
11 因而可直接观察到表面缺陷。
(4)、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在溶液中，并且探测过程对样品无损伤。
(5)、配合扫描隧道谱STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有关表面电子结构的信息
如上所述，尽管STM具有诸多优点，但它的缺点也是显而易见的主要有如下四点: (1)、能够使用STM进行观察表面形貌的首要条件是样品必须具有一定程度的导电性，这是源于STM工作原理的缺陷，可以使用AFM弥补这一不足。
(2)、STM对工作环境要求非常高，普通STM只有在真空中测得的数据才具有较高的准确度，为普及推广STM可通过改进STM的系统结构来适应大气环境。
(3)、普通STM所测量范围较小，一般在几个微米内，也就无法测量表面形貌起伏波长为几个微米或者更大的微纳器件。
(4)、普通STM难以准确测量样品表面上的沟槽，对具有高深一宽比结构的微纳器件更加难以测量。
6、结束语
纳米科学技术已成为本世纪世界各国竞相发展的重点科学, 纳米测量技术是从事纳米科学技术研究的基础与关键。“没有测量就没有科学, 至少是没有真正意义上的科学”——科学家门德列耶夫高度概括了测量在科学技术上的至关重要地位。纳米科学技术的发展, 不仅给纳米测量技术提出了挑战, 而且也给纳米测量技术的发展提供了机遇。同时, 纳米测量技术的不断发展和创新, 将给纳米科学技术的发展提供全新的发展机遇, 纳米测量技术上的突破, 无疑将导致纳米科学技术研究水平的不断提高。