數(shù)字示波器在電磁測(cè)量中的運(yùn)用

段磊

摘 要：本篇文章首先從采樣頻率、模擬帶寬與上升時(shí)間、觸發(fā)功能等多個(gè)方面，對(duì)數(shù)字示波器型號(hào)選擇進(jìn)行闡述，并以此為依據(jù)，對(duì)數(shù)字示波器在電磁測(cè)量中的運(yùn)用進(jìn)行探索。希望通過本文的闡述，可以給相關(guān)領(lǐng)域提供些許的參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字示波器；電磁測(cè)量；應(yīng)用

隨著測(cè)量技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展，數(shù)字示波器由于具備采樣頻率大、功能性強(qiáng)以及數(shù)字處理等特點(diǎn)，因此得到了電磁測(cè)量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，數(shù)字示波器型號(hào)以及數(shù)字示波器在電磁測(cè)量中存在電磁兼容等問題，深受人們的廣泛關(guān)注。

1 數(shù)字示波器型號(hào)選擇

1.1 采樣頻率

針對(duì)未電磁測(cè)量而言，合理的選擇數(shù)字示波器采樣頻率是非常重要的。在進(jìn)行采樣頻率選擇時(shí)，數(shù)值不得低于30/tx，其中，tx表示被記錄設(shè)施檢測(cè)的時(shí)間間隔。

針對(duì)1.2士30%或者50士20%us的標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊波而言，波頭時(shí)間t1的計(jì)算公式是t1=1.67tx，其中，tx是沖擊波形30%以及沖擊波形90%幅值兩點(diǎn)的時(shí)間間隔。把0.84us當(dāng)作最小波頭時(shí)間，ty=0.503us。這樣，這是在進(jìn)行數(shù)字示波器采樣頻率選擇時(shí)，數(shù)值不得低于60us/s。

1.2 模擬帶寬與上升時(shí)間

在進(jìn)行數(shù)字示波器選擇的過程中，需要對(duì)模擬帶寬以及上升時(shí)間兩要素進(jìn)行綜合考慮，只有在保證模擬帶寬與上升時(shí)間兩項(xiàng)指標(biāo)的合理性，才能在限定范疇內(nèi)來獲得準(zhǔn)確的被檢測(cè)信號(hào)。通常情況下，針對(duì)周期重復(fù)信號(hào)來說，在進(jìn)行數(shù)字示波器模擬帶寬選擇時(shí)，模擬帶寬和被檢測(cè)信號(hào)發(fā)生頻率之間的比例為3：1。但是，在進(jìn)行單次過程信號(hào)檢測(cè)時(shí)，在進(jìn)行數(shù)字示波帶寬選擇的過程中，還要與采樣頻率進(jìn)行融合，無需單一追求求模擬帶寬指標(biāo)具備的高效性，防止示波器價(jià)格過高，需要消耗大量成本。

1.3 記錄長(zhǎng)度

數(shù)字示波器可以應(yīng)用在不同測(cè)量場(chǎng)地中，進(jìn)而對(duì)記錄長(zhǎng)度需求會(huì)存在一些差異。針對(duì)于電磁測(cè)量而言，整個(gè)事件時(shí)間比較短暫，在采用相同頻率的條件下，則要求記錄長(zhǎng)度比較短。但是針對(duì)某種電壓測(cè)量時(shí)，需要持續(xù)時(shí)間比較大，進(jìn)而記錄長(zhǎng)度也就較高。所以，結(jié)合被測(cè)信號(hào)需求，來合理的選擇記錄長(zhǎng)度。

1.4 觸發(fā)功能

在進(jìn)行示波器選擇時(shí)，可以借助被測(cè)信號(hào)觸發(fā)，具備的預(yù)觸發(fā)以及滯后觸發(fā)等性能。由于數(shù)字示波器自身具備較高的處罰性能，通常可以符合電磁測(cè)量需求。

2 數(shù)字示波器在電磁測(cè)量中的運(yùn)用

2.1 交流電路中負(fù)載的功率測(cè)量

直流電路負(fù)載功率通常是根據(jù)其經(jīng)過的電流以及兩端電壓之積得出的，但是這種計(jì)算方式不能運(yùn)用在交流電路中。在對(duì)交流電路負(fù)載功率進(jìn)行核算的過程中，需要對(duì)電壓和電流兩者間的相位差δ進(jìn)行考慮，也就是P=UIcosδ，其中公式中cosδ表示電路負(fù)載功率因數(shù)。電流以及電壓兩者間相位差或者電路負(fù)載功率因數(shù)大小直接影響著電路負(fù)載參數(shù)。

示波器主要對(duì)高頻率中小功率進(jìn)行測(cè)量。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，把待檢測(cè)負(fù)載Y和已知電容C進(jìn)行串聯(lián)，同時(shí)和交流信號(hào)進(jìn)行鏈接。當(dāng)待檢測(cè)負(fù)載Y和已知電容C產(chǎn)生的電壓信號(hào)分別傳送到示波器中y軸以及x軸中，并且將這兩個(gè)信號(hào)在y軸以及x軸進(jìn)行疊加，交流電路負(fù)載消耗所獲得的平均功率值和示波器熒光屏中閉合曲線面積呈現(xiàn)正比例關(guān)系。假設(shè)信號(hào)源為正弦波形，這時(shí)待檢測(cè)負(fù)載Y和已知電容C將為同頻率。針對(duì)不同相位的正弦信號(hào)來說，當(dāng)其傳送到示波器時(shí)，示波器顯示圖形為橢圓。

2.2 顯示穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線

在進(jìn)行二極管伏安特性線路鏈接的過程中，主要把交流信號(hào)源當(dāng)作主電源，利用轉(zhuǎn)變可變電阻值的形式來將二極管以及電阻R兩端電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)變。被檢測(cè)的二極管和已知電阻R進(jìn)行串聯(lián)鏈接，R主要為電流取樣電阻，這時(shí)示波器y軸輸入電壓的計(jì)算公式為Uy=I×R，所得的數(shù)值和被檢測(cè)二極管中電流I成正比例關(guān)系，U值直接決定了經(jīng)過二極管中電流值以及流通方向，這也是電流取樣，電阻R主要起到了電流傳感器的效果。

示波器x軸輸入電壓的計(jì)算公式為Ux=I×（R+R0），當(dāng)R0阻值和二極管電阻值R進(jìn)行比較，過小時(shí)，Ux≈I×R，其中阻值大小和極性直接影響了被檢測(cè)二極管兩端電壓的數(shù)值以及極性。把CH1和CH2兩種信號(hào)放置在示波器中y軸以及x軸中，并且將這兩個(gè)信號(hào)在y軸以及x軸進(jìn)行疊加，就可以在示波器顯示屏幕中將二極管伏安特性線路進(jìn)行展示。因?yàn)楸粰z測(cè)二極管和已知電阻R成串聯(lián)關(guān)系，因此也同時(shí)具備同等電流變化規(guī)律。所以，只要利用I=U/R公式可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單換算，進(jìn)而把y分量電壓變化規(guī)律逐漸變化為電流變化規(guī)律，由此可知，利用該種計(jì)算方式可以計(jì)算出晶體二極管在任意一個(gè)電壓中流通的電流值。

2.3 顯示“拍”振動(dòng)曲線

借助“拍”振動(dòng)曲線可以對(duì)物體的振動(dòng)位移以及光傳播速率進(jìn)行測(cè)量，怎樣利用數(shù)字示波器來將“拍”振動(dòng)曲線進(jìn)行展現(xiàn)，并且測(cè)量出對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率，我們可以根據(jù)兩項(xiàng)公式得出：

Y1（t）=A1cos（2πf1t+δ1）

Y2（t）=A1cos（2πf2t+δ2）

當(dāng)其振動(dòng)幅度相同時(shí)，并且震動(dòng)也時(shí)間相同，這時(shí)其合振為：

Y0（t）=Y1（t）+Y2（t）=2A1cos（f2-f1）tcosπ（f1+f2）t

當(dāng)│f1+f2│>>│f2-f1│時(shí)，形成的合振幅會(huì)存在提升時(shí)而降低的周期性變化現(xiàn)象，也就是“拍”。

3 結(jié)語

數(shù)字示波器可以直接得獎(jiǎng)各種信號(hào)波形進(jìn)行展示，通過采用和y軸以及x軸進(jìn)行疊加的形式來對(duì)交流負(fù)載功率進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)交流電路中負(fù)載的功率測(cè)量、穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線以及“拍”振動(dòng)曲線進(jìn)行展示，進(jìn)而得出對(duì)應(yīng)的物理量。借助數(shù)字示波器自身具備的功能，將磁性材料中各項(xiàng)物理量進(jìn)行展現(xiàn)，進(jìn)而得出核磁以及電子自旋共振曲線，借助數(shù)字示波器將各種物理圖形進(jìn)行展現(xiàn)，測(cè)量出物理量，保證測(cè)量方式的精準(zhǔn)和便捷。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：連云港市計(jì)量檢定測(cè)試中心）