泰克Tektronix DMM4040萬用表中的測(cè)量統(tǒng)計(jì)和直方圖

電源的輸出電壓是多少？”這是使用DMM4040數(shù)字萬用表進(jìn)行的*常見的測(cè)量之一。類似問題也出現(xiàn)在振蕩器頻率、電阻值、工作溫度或壓控振蕩器輸入中。使用數(shù)字萬用表可以輕松獲得這些讀數(shù)。

但僅僅一個(gè)讀數(shù)只能說明部分問題。而同樣重要的一個(gè)問題是：“電源輸出的穩(wěn)定程度如何？”了解這個(gè)問題及其它問題，要求考察測(cè)量統(tǒng)計(jì)。輸出的平均值是多少？標(biāo)準(zhǔn)偏差是多少？泰克DMM4050 和DMM4040 萬用表提供了集成分析功能，可以幫助您回答這些問題。

測(cè)量統(tǒng)計(jì)：平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差
平均功能是量化測(cè)量期間的性能或量化樣本典型性能常用的計(jì)算方式。在工程設(shè)計(jì)中，有兩個(gè)特點(diǎn)非常重要：電路輸出怎樣隨時(shí)間變化？如果制作了100 塊電路，每塊電路的性能如何？

這兩個(gè)問題每個(gè)問題本身都希望預(yù)測(cè)性能。但是，我們需要的不僅僅是一個(gè)數(shù)據(jù)集的平均值，還必需知道數(shù)據(jù)集圍繞平均值變化的寬度。如果知道了變化量，那么就可以確定在任何給定時(shí)間或從群組中任何特定器件預(yù)計(jì)出與“平均值”相比變動(dòng)的區(qū)間范圍，這對(duì)確定工程設(shè)計(jì)指標(biāo)—不確定性和置信區(qū)間至關(guān)重要。標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)衡量數(shù)據(jù)集的變化或分布。在正式的數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)中，標(biāo)準(zhǔn)偏差是指數(shù)據(jù)集中變化量的平方根。標(biāo)準(zhǔn)偏差低，表示群組圍繞平均值的范圍窄；標(biāo)準(zhǔn)偏差高，表示數(shù)據(jù)分布較寬。圖1a 和圖1b 顯示了測(cè)量數(shù)據(jù)典型的正態(tài)分布。圖1a是一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)集，其中標(biāo)準(zhǔn)偏差等于0.02；圖1b中測(cè)量數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.01。標(biāo)準(zhǔn)偏差較低的測(cè)量不確定性較低，因此置信度要更高。

使用DMM4050/4040 進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)
DMM4050/DMM4040數(shù)字萬用表提供了集成統(tǒng)計(jì)處理功能，可以計(jì)算和顯示測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。可以以數(shù)字方式或圖形方式顯示數(shù)據(jù)。DMM4050/4040 可以對(duì)表1中所列的任何參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
在DMM4050/DMM4040數(shù)字萬用表上生成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)只需按幾個(gè)按鈕就可以了。首先，選擇將執(zhí)行統(tǒng)計(jì)的測(cè)量指標(biāo)，如dc伏特。然后，按前面板上的ANALYZE 按鈕，調(diào)出一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)菜單，如圖2 所示。這個(gè)菜單中有兩個(gè)選項(xiàng)提供了統(tǒng)計(jì)測(cè)量功能，即STATS 函數(shù)和HISTOGRAM 函數(shù)。在選擇STATS或HISTOGRAM函數(shù)后，萬用表會(huì)開始計(jì)算測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
STATS 函數(shù)
在按STATS軟鍵后，萬用表會(huì)開始計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。它還存儲(chǔ)測(cè)得的*小值和*大值。通過按RESTART軟鍵，可以隨時(shí)復(fù)位統(tǒng)計(jì)函數(shù)，重新開始計(jì)算。通過按#SAMPLES 軟鍵，指定2-5000 之間的數(shù)字，也可以設(shè)置萬用表進(jìn)行的測(cè)量數(shù)量。一旦已經(jīng)達(dá)到讀數(shù)數(shù)量，統(tǒng)計(jì)計(jì)算會(huì)自動(dòng)結(jié)束，如圖3 所示。
DMM4040數(shù)字萬用表HISTOGRAM 函數(shù)與STATS函數(shù)一樣，HISTOGRAM函數(shù)傳遞的也是測(cè)量數(shù)據(jù)集的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。但直方圖模式以圖形表示方式提供信息，可以迅速清楚地表明測(cè)量數(shù)據(jù)的分布。
例如，大多數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，這意味著直方圖應(yīng)該是圍繞著平均值對(duì)稱，幾乎所有測(cè)量數(shù)據(jù)(99.7 %)都應(yīng)位于3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)。一邊倒、寬或雙峰(兩個(gè)波峰)分布表示被測(cè)器件有意想不到的不穩(wěn)定性或錯(cuò)誤。圖4 是直方圖顯示實(shí)例。直方圖由10 個(gè)柱組成。每個(gè)柱的高度代表著量程的相對(duì)頻率，即讀數(shù)量程相對(duì)于其它量程發(fā)生的頻次。顯示畫面的中心代表著平均測(cè)量結(jié)果。平均值的任一側(cè)代表著測(cè)量數(shù)據(jù)位于距平均值的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)。距平均值的**個(gè)柱代表著測(cè)量數(shù)據(jù)位于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差和兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差之間，依此類推，直到5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。與STATS 函數(shù)一樣，一按HISTOGRAM軟鍵，HISTOGRAM函數(shù)就會(huì)開始。通過按RESTART軟鍵，可以開始計(jì)算及重新開始計(jì)算。
使用DMM4050/4040 分析模式分析器件
在分析器件時(shí)，DMM4050/DMM4040數(shù)字萬用表內(nèi)置STATS和HISTOGRAM函數(shù)簡(jiǎn)化了測(cè)量統(tǒng)計(jì)的計(jì)算工作。通過作為直方圖查看數(shù)據(jù)或查看測(cè)量統(tǒng)計(jì)，可以追蹤信號(hào)參數(shù)怎樣隨時(shí)間變化，揭示信號(hào)質(zhì)量問題，如漂移、間歇性瞬態(tài)信號(hào)和穩(wěn)定性。