示波器的原理和使用
示波器的原理和使用范文第1篇
关键词： 波形捕获； 静默； 触发输出； 双脉冲法
中图分类号： TN911.7?34； TB973 ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文献标识码： A ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文章编号： 1004?373X（2014）23?0072?03
Abstract： It is more difficult to test and debug circuits due to the increase of devices and their function. It is almost impossible to capture the non periodic noise， crosstalk and instantaneous signals entirely. According to the principle analysis of digital oscilloscope， the oscilloscope silence and capture process were ascertained. The various new technologies mastered by three well?known manufacturers to capture oscilloscope waveform are analyzed and summarized. Through the analysis of stochastic theory of waveform capture rate， the factors affecting capture rate formula and the quantification calculation formula were obtained. The trigger output method and double pulse counting method to test oscilloscope waveform capture rate are put forward. The methods were verified by testing the capture rate of the common oscilloscopes available in market.
Keywords： waveform capture； silence； trigger output； double?pulse method
随着电子技术的发展， 使得器件的密度和功能增多；为了提高响应速度而采用数字总线，为此就会给电路带来串扰、自激、噪声和瞬时信号不易观测，增加了电路调试和产品测试的难度。这时示波器就显得非常重要，尤其数字示波器的波形捕获率指标影响巨大。
1 ； 数字示波器捕获技术
数字示波器CPU在采集、保持、量化、编码、显示、测量与分析等过程中，示波器无法捕捉信号。著名的制造商采取不同方法解决捕获率问题。
1.1 ； Agilent的基于MegaZoom现代构架和最新芯片系统的示波器捕获技术
Agilent公司的MegaZoom技术[1?2]是应用了多处理器和并行处理技术，使得显示屏具有快速响应和刷新、深存储和高捕获率。
（1） 提高带宽和采样的性能。使用专利磷化铟做采样电路，延迟线控制采样间隔；把采样保持电路和数据转换电路分开，提高响应时间。
（2） 模/数转化电路采用8路并行信号的数据采集，采集后的信号通过80个2 Gb/s的LVDS差分传输线把数据传送给FPGA进行数据处理。
（3） 在FGPA内部嵌入MegaZoom处理核，将存储器内部分为两块，使得捕获数据的同时可以传递数据。这样可以使波形刷新率提高一倍，并提升示波器的响应速度和精度。
1.2 ； 泰克公司的基于DPXTM并行构架的数字荧光示波器捕获技术
泰克公司基于专有的DPXTM采集技术成就了其高性能的波形捕获能力。
（1） 使用显示和数据处理并行的架构体系，利用以随时间变化的幅度、时间和振幅的三维立体图像进行数据采集处理、存储及显示策略。将数据直接以辉度等级的波形图像映射到显示屏，而处理器同时进行系统控制、数据处理等，缩短了系统的“静默”时间。
（2） DPX采集技术的发明， 将快刷新和模拟余辉显示功能有机的结合，使数字示波器具有模拟示波器的显示效果，又有数字示波器后期分析处理的能力。取样信号[3?5]，以256级亮度可变色级存留，模拟示波管屏幕荧光体的发光特性。原理如图1所示。
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图1 并行工作构架的示波器示意图
（3） 独特的分析能力。MyscopeTM用户界面、多种触发组合的PinPoint触发系统，使得复杂的信号也能被捕获。FastAcq信号采集技术，使信号发生的频次使用不同颜色在屏幕上显示。
1.3 ； 力科公司的基于硬件技术和强大分析能力的示波器捕获技术
力科公司[6]示波器具有很高的带宽与采样率、全面的脉冲响应方式、有效的电缆去嵌能力以及方便灵活的通道校准能力和分析能力，是实现高捕获波形性能的关键。
（1） 为了保证输入通道的高采样和信号一致性，选用了对称拓扑抑制尖端共模电压和精确的等效电路使得差分探头的负载效应为最小；而前端放大器到ADC采样芯片之间的信号通路选用二颗芯片叠加采样的构造，促进了对捕获高速信号有着良好的性能。
（2） 选用8HP锗化硅工艺和DBI技术，使得示波器的带宽和采集模块性能得到了提高，而不是采用传统的“DSP Boost”“拉伸”带宽法，减少了高频谐波失真和底噪较大的问题。DBI技术的使用，提高了实时示波器的带宽。同时，还将示波器的信号采集功能从显示、控制以及处理功能中独立了出来，形成并行结构。TriggerScan智能触发方式，使得它能隔离并触发异常信号；具有最大存储深度相匹配的数据处理能力，很高的响应能力。
（3） 良好的分析能力。一是电缆去嵌能力，Pulse Mode，Eye Mode和Flatness Mode这三种脉冲响应方式适应不同信号的测试应用需求。示波器内同时嵌入了这三种响应方式，使得电缆去嵌能补偿电缆在全频段的损耗，使示波器的精确性和重复性得到了提高。二是具有WaveScan功能，就是波形“扫描”，多种扫描的模式，可以对通道实时输入的波形做分析。具有波形搜索能力，可以持续刷新和监测波形。三是Web级连运算仿真功能。
2 ； 数字示波器原理
图2是数字示波器的原理框图，输入信号经探头送到前端放大器，输出的信号由取样、保持电路进行取样，并由模/数转换器变成数字信号， 转换后的信号存到存储器中，CPU对信号进行波形处理，并送到显示屏上。根据需要还可以做进一步的图形、数据处理、存储比较等工作。这是一个链条式的过程，由输入到显示，再重复以上过程。
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图2 数字示波器的原理框图
2.1 ； 数字示波器的采集与死区时间关系
示波器从采样信号到波形显示的全过程称为捕获周期，在捕获的一个周期结束后，才可以进行下一个周期。所以，数字示波器采集波形时间非常短，大部分时间都用于对波形的后处理上，在这个过程，示波器就处于盲区，它“静默”了，不接受被测信号，所以称这段时间为静默（死区）时间。即两次采集之间，示波器触发释抑、重新准备下一次采集、数据处理时间的总和。死区时间比采集时间长，如图3所示。由于示波器静默的存在，导致示波器可能漏掉异常信号，给用户一个不保真的结果，导致测量结果误导。
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图3 数字示波器的采集与死区时间关系
在数字示波器中CPU需要对显示、测量、触发、运算等许多功能进行处理，所以会产生某项功能在某些时候会静默。而在示波器取不同的时基时静默时间也不同，时基越小，静默时间越长；反之则越短。从实测和理论计算发现，捕获时间比死区时间来说非常短， 当死区时间从99.999%减少到90%，减少了不到10%，但波形捕获率可提高1 万倍。
2.2 ； 数字示波器的波形捕获率的估算[7?9]
波形捕获率就是单位时间内示波器捕获并显示的波形次数。可以用公式表示为：
[B=1T0] （1）
式中：[T0]为系统完成一次采集、显示波形所需要的时间，单位：s；[B]为被测示波器的波形捕获率，单位：wfms/s；
由图3不难确定采集系统的死区时间与波形捕获率的比例关系如下式所示：
[T死=（T0-T采）T0×100%=（1-T采B）×100%] ； ； （2）
式中：[T死]为 死区时间；[T采]为采集时间，与时基档位、储存深度和采样率等有关。
由式（2）可以看出，当采集时间一定时，死区时间与波形捕获率成反比，即波形捕获率越大，死区时间所占比例越小，反之则所占比例越大。由于死区时间所占的比率在0～100%之间，故波形捕获率的取值为[0≤P≤1T采，]同理，当波形捕获率一定时，死区时间与有效采集时间成反比关系，即有效采集时间越大，死区时间所占比例越小，反之则所占比例越大。所以，减小死区时间所占比例或增大采集时间，是提高系统波形捕获率的两种方法。
根据随机概率理论，可以得到掷色子同一面向上的几率， 掷一次同一面向上的几率[P]为[16，]掷[n]次一面向上的机率为：
[P=1-（1-1R）n] （3）
当然，掷色子的次数[n]多了，同一面向上的机率就会增加，但不会等于或超过100%。
假设在单位时间内异常瞬态信号发生的概率为[R，]一次采集过程中有效采集时间的显示时间为[T，]一次采集能够捕捉到该信号的概率为[P，][B]为波形捕获率，则：
[P=1-（1-RT）B] （4）
因此，示波器的波形捕获率[B]越大，单位时间内能够捕获到瞬态信号的概率就越大，示波器的测试时间越短。
3 ； 捕获率测试方法
根据波形捕获率的定义，可以用以下两种实测方法对仪器标称值进行验证。一般示波器说明书上标注的是指在特定的设置下所产生的最高值。可以用下面的方法进行：
（1） 触发输出法。其步骤为先将被测示波器的Trigger Out输出至任意一台示波器的输入端CH1。然后将被测示波器设置为：ACQUIRERECORD；LENGTHSHORT；ACQUIREMODESAMPLE；TRIGGERAUTO。最后调整任意一台示波器垂直档位和时基，打开CURSOR，会在被测示波器的屏幕上出现如图4所示的触发脉冲波形，不停地按SINGLE键，抓单次信号直到两个触发脉冲顶端之间的时间间隔最短，如图4中的10.4 μs。计算波形捕获率为[110.4] μs=96 150 wfms/s。
（2） 双脉冲计数法。其步骤为先将脉冲信号发生器的输出连到被测示波器的输入通道。设置被测示波器工作在最高捕获率的时基下，触发方式选正常，触发类型选边沿，显示方式为无限余辉，调节幅度档位为适当。
如图5所示，测试信号选输出单次双脉冲，一段较窄脉冲为[W1]和一段较宽脉冲为[W2，]两个脉冲的上升沿对应着波形的触发位置[t1]和[t2，][t1]和[t2]之间的时间间隔可调节。测试前先关闭信号发生器的输出。
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图4 触发脉冲波形
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图5 单次双脉冲测试信号
启动采集，待示波器进入等待触发状态后，打开信号发生器的输出开关，观察被测示波器波形显示区。
首先设定较小的时间间隔[T0，]让示波器采集到的波形如图6（a）所示，即示波器波形显示区域中只有一个窄脉冲；然后调节信号发生器，逐渐增大[T0，]重新进行上述测试，直到采集到的信号正好如图6（b）所示，即示波器波形显示区域中有重叠在一起的两个脉冲。
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图6 捕捉到的双脉冲波形
根据此时信号源设定的时间间隔[T0，]由式（5）得到示波器波形捕获率的瞬时值。也就是当信号源的频率与示波器同步时就是当前捕获率：
[B=1T0] （5）
式中：[T0]为[t1]和[t2]之间的时间间隔，单位：s；[B]为被测示波器的波形捕获率，单位：wfms/s。
表1是几款示波器捕获率的实测值（单位：wfms/s）。
； ； ； ； ； ； ； 表1 波形捕获率测试对比 ； ； ； ； ； wfms/s
[型号＼&；标称捕获率＼&；触发输出法
实测捕获率＼&；双脉冲计数法实测捕获率＼&；TDS3012＼&；3 600＼&；3 305＼&；3 325＼&；DPO4054＼&；50 000＼&；48 698＼&；49 003＼&；GDS?2000＼&；80 000＼&；96 150＼&；95 876＼&；DS1000＼&；2 000＼&；1 901＼&；1 977＼&；UT2012＼&；2 500＼&；2 487＼&；2 502＼&；]
从表1测量数据得出，与标称值相符。
4 ； 结 ； 论
经过以上的理论和实测分析，捕获技术是示波器的一个重要指标。捕获能力越强，得到的信号特性就越多；捕获到异常信号的机率就越高。就捕获技术来说，应该减少“静默”时间，增加采集次数是解决捕获率问题的途径。现在技术主要是从硬件构件、并行处理和分析能力等方面考虑。
参考文献
[1]安捷伦公司.评测拥有最佳波形捕获率的示波器[EB/OL].[[2011?05?15]]. ； .
[7] 叶，曾浩，向川云，等.数字存储示波器波形捕获率测试方法[J].计量学报，2010（6）：551?554.
示波器的原理和使用范文第2篇
按功能来分，脉冲计量器具主要包括示波器、脉冲发生器、脉冲电压表、示波器校准仪、电磁兼容用干扰脉冲发生器等。在脉冲计量参数中，最能体现计量仪器设备的计量特性的是脉冲上升时间参数。包括阶跃脉冲源的源输出信号跃变上升时间和示波器的脉冲上升沿的建立时间。一般来说，脉冲标准分为源标准和表标准两种，即：源的上升时间由表来验证，而表的上升时间有源来溯源，以上两种溯源的方法中，标准器的上升时间要比被校准仪器的上升时间的1/3要小。但是，在源和表的技术分别发展到一定极限时，就难以找到与之相适应的溯源工具了。据报道，目前，美国Agilent公司推出的采用磷化铟技术的取样示波器的模拟带宽已经超过100GHz，如果计算其相应的脉冲波形建立时间，将会小于等于3.5ps，按照目前的技术手段，很难找到与之相适应的脉冲源作为计量标准器。国内的脉冲国家标准通过三台取样示波器对接，采用基于Nose-to-Nose的校准技术来建立。Nose-to-Nose校准技术最早被Hewlett-Packard（Agilent的前身）公司的Rush和比利时人Verspecht提出。当他们把三台取样示波器两两对接，对直流进行采样时，会生成三组kick-out冲击响应脉冲，通过联立方程组求解，并通过反卷积技术，可以得出该冲击响应。这样，就可以实现对取样示波器的自我校准，无需外加标准脉冲源。如图2为Nose-to-Nose技术的原理图。
2脉冲计量器具的检定和校准
对脉冲计量器具进行的定期的检定和校准的目的是确保其量值溯源性。以下按照脉冲计量器具的分类分别来介绍：（1）示波器。示波器（Oscilloscope）是一种能够显示电压信号动态波形的常用电子测量仪器。它能够将时变的电压信号，转换为时间域上的曲线，原来不可见的电气信号，就此转换为在二维平面上直观可见光信号，因此能够分析电气信号的时域性质。如果加入数字信号处理技术，示波器也能够对输入的时间信号，进行简单FFT频谱分析，反映输入信号的频域特性。示波器按照原理和功能又可以分为模拟示波器和数字示波器、取样示波器和实时示波器、时域示波器和矢量示波器等等。在示波器的检定和校准方面，大都使用示波器校准仪来进行。（2）示波器校准仪。示波器校准仪功能多，包含参数也颇为丰富。在其计量检定和校准中，使用到的计量标准器有高精度数表、频率计数器、功率计和取样示波器。在后续的章节中，本文会重点介绍关于自动检定和校准示波器校准仪的详细内容。（3）电磁兼容用干扰脉冲发生器。国际电工委员会IEC61000系列标准中规定了若干个干扰脉冲。此类仪器的特点是输出电压高，一般为kV级别、准确度指标在3~10%之间、时间参数较大。所以一般带宽在500MHz～2GHz的数字示波器即可满足其检定和校准的需要。值得注意的是，由于示波器本身的电压量程较低，需要选择适当的示波器探头来扩充量程，此时精确计量的关键就转移到了探头上。
3结束语
示波器的原理和使用范文第3篇
关键词：低通滤波器； 微带线； 平衡技术； 版图优化
中图分类号：TN71334文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)04002702
Design of microstrip lowpass filter layout optimization based on balanc technology
PENG Yufeng, LIN Sihong, ZHANG Shuli, JIN Long
(College of Physics and Information Engineering, Henan Normal University, Xinxiang 453008, China)
Abstract： The discontinuity of the microstrip line structure makes reflection loss and insertion loss bigger, and affects the filter performance. In this paper, balancing method is used to enhance the lower characteristic impedance of the parallel filter branch to achieve the purpose of reducing the width of microstrip line, accordingly to balance the width of the filter and to optimize the simulation layout. Taking the design of a fivethorder Chebyshev microstrip lowpass filter as an example, its simulation results show that the internal reflection loss of the filter passband decreases from -9.566 dB to -15.837 dB and the insertion loss cuts down to 0.322 dB from 0.679 dB. Compared with directly adoptting Richards transform and microstrip lowpass filter designed by Kuroda rule, this method can shorten the design cycle of filter and make the filter performance satisfactory.
Keywords： lowpass filter; microstrip line; balancing technology
收稿日期：20110911微带滤波器是无线通信的重要部件。随着无线通信系统的发展，加速了微带滤波器的研究进程，发明许多Q值适中、重量轻、稳定性好的微带滤波器。计算机辅助设计软件的出现，使设计者在设计过程中避免繁杂的计算过程,提高复杂电路设计效率，缩短设计周期。设计者通常运用Richards变换与Kuroda规则设计微带低通滤波器［13］。该方法设计的滤波器在接头处会由于相邻耦合线线宽不同产生不连续性，使插入损耗较大，不满足一些射频通信的要求。为了解决此问题，采用电磁带隙结构与高低阻抗线结合的方法，改善了通带性能，但阻带性能变差，体积变大［4］。运用分形技术设计高低阻抗滤波器取得了一定的效果，但设计方法复杂，对于加工精度要求较高［5］。
本文提出一种采用平衡技术优化微带低通滤波器版图的方法，并以5节切比雪夫微带低通滤波器为例，通过在低特性阻抗并联传输线节点处再并联相同长度的微带线，修改两条微带线特性阻抗为原来的两倍达到优化版图的目的。原理图仿真和版图仿真均验证了该方法的可行性。该方法简单易行，只需使用ADS软件就能方便修改，并且可以用于带阻滤波器等其他微带结构的滤波器，具有良好的应用前景。
1平衡技术设计原理
使用Richards变换和Kuroda规则设计微带滤波器，所得串并联传输线长度理论上是相同的。选取各支节传输线长度l为截止频率下波长的1／8，由终端开路传输线阻抗分布表达式：Zin（l）=-jZ0tan β1(1)式中：传播常数β=2π／λ；Z0为特性阻抗。将l=λ／8带入式（1）可得：Zin（l）=-jZ0(2)若传输线长度l保持不变，使两条特性阻抗Z0相同长度l相等的终端开路传输线并联于同一点，则其输入阻抗会减半为Z0／2；反之，将两段并联终端开路传输线特性阻抗提高1倍并联于同一点且保持传输线长度l不变，则输入阻抗保持不变为Z0。
由以上推导可知，用平衡技术修改滤波器并联终端开路传输线不影响各节的输入阻抗。
2用Richards变换、Kuroda规则设计微带低通滤波器由于当频率较高时电感和电容应选的元件值过小，由于寄生参数的影响，如此小的电感和电容已经不能再使用集中参数元件并且工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近，滤波器元件之间的距离不可忽视，需要考虑分布参数效应［67］。基于以上原因，设计者先设计出有电感、电容组成的集中参数滤波器，然后运用Richards变换和Kuroda规则转换为合适的微带滤波器结构。
本文设计的微带低通滤波器指标如下：
截止频率为f0=3 GHz，通带内波纹为0.5 dB，在2倍截止频率处具有不小于40 dB的带外衰减，输入/输出阻抗为50 Ω。基板厚度H=0.762 mm，基板相对介电常数Er=3.66，磁导率μ=1 H/M，金属电导率为5.88 mS/m，封装高度Hu=1.0+33 mm,金属层厚度T=0.035 mm。
通过计算选用5阶切比雪夫微带低通滤波器模型进行设计［8］。电路原理及其仿真结果如图1所示。
图1微带低通滤波器原理电路及仿真结果由图可以看出串联和并联的微带线长度均为λ／8，而宽度与特性阻抗大小相关。
由于原理图仿真是在理想条件下进行的，而实际的电路板需要考虑耦合和干扰等因素的影响。ADS版图仿真是采用矩量法进行电磁仿真，对版图的仿真结果更符合电路实际情况［8］。图1所示的滤波器原理图对应的版图结构及仿真结构如图2所示。
图2微带低通滤波器版图结构及仿真结果3用平衡技术设计微带低通滤波器
由于微带传输线的特性阻抗越高，传输线的宽度就越窄。反之，阻抗越低，宽度就越宽。从第2节中的滤波器原理图可看出，TL3和TL5两段并联的微带线，他们的宽度比较宽即特性阻抗偏大，使用平衡技术，在TL3并联点处再并联一根相同长度的终端开路微带线，将两根线的特性阻抗扩大为原来的2倍，并运用ADS软件中的LineCalc工具推算出线的宽度W。对于TL5用同样的方法设计。电路原理及仿真结果如图3所示。
图3改进后微带低通滤波器原理电路及仿真结果图3所示的滤波器原理图对应的版图结构及仿真结构如图4所示。
图4改进后微带低通滤波器版图结构及仿真结果由图1和图3的原理图仿真结果可以看出，优化前的反射损耗，插入损耗与优化后的数值几乎相同。这与使用平衡技术修改原理图后不改变原有滤波器阻抗的结论相一致。
由图2和图4的版图仿真结果可以看出，通带内反射损耗由-9.566 dB降低到-15.837 dB，插入损耗由0.679 dB降低到0.322 dB。
可以看出，运用平衡技术均衡微带低通滤波器微带线宽度后，使通带内反射损耗明显改善，插入损耗明显降低，达到了性能指标。证明了该方法的有效性。
4结语
示波器的原理和使用范文第4篇
关键词：MiniRanger Plus 工作原理 应用 1、 概述
MiniRanger Plus是一种通用的物位测量仪器，使用超声波回声测试技术测量物位。该仪器由一个多功能液晶显示、4键键盘和一完整连接盒组成，同时MiniRanger Plus需要配备反射波最大超声波换能器构成一工作系统。
2、 工作原理
MiniRanger Plus通过换能器发射一种超声波脉冲，每个超声波脉冲都由被测物反射形成反射波，发射波被换能器探测到（并转化为电信号）。回声由MiniRanger Plus通过技术处理。过滤从真正的介质反射波、声音和电的干扰波以及运行中搅拌机叶片的反射波等混合波中，采样真正的反射波。声脉冲由换能器到被测物再被反射回来（其间温度自动补偿）的时间，转变为供显示用的距离信号，及mA输出和继电器动作信号。
3、 特点
1） 多功能LCD显示：参数，读数及条杠曲线显示，继电器及工作可靠型状况显示。
2） 两个报警/泵控继电器
3） 快速连接终端
4） 上限开关操作
5） 超前/滞后，泵操作
6） Dolphin兼容性
7） 隔离的mA输出
8） 声音情况
9） 完整的键盘
4、 功能
1） 发射机
启动测量后，设定数目的短脉冲和长脉冲发送出来，短脉冲测量限于由滩头起始的两米范围。当一个短脉冲加叠一个长脉冲时，短脉冲测量限于1米，长脉冲覆盖整个测量范围。
当发射脉冲的反射波序列被接收到时，用相应的提取技术，确定真实的物质回波。
测量的响应速度与液面搅动或在填充物体时是否有块状物体落入声音路径有特别大的关系。它限制了测量过程相适应的显示，模拟输出，继电器动作的最大的频率。
2）换能器
安装于较远的测量现场并与发射机相连的换能器，能把电脉冲信号转化成声脉冲信号，在发射机处于接受状态时，能把声反射波信号转化成电信号。
3） 温度
为了补偿声音传播介质均匀的温度变化（导致声速变化），以其提供了温度补偿，温度感应信号由一个与换能器一体的温度传感器提供，补偿电路在发射机内，声音和温度信号共用一根导线，在发射机内实现信号分离
4） 声速
在温度稳定，成份均匀的气体介质中，能校正其声速误差。
基本原理是先实际测量（用皮尺或通过观察窗），在P651程序状态下，输入实际测量值，然后MiniRanger Plus通过比较输入的实际测量值（距离）与其本身的超声测量值（时间）计算声速，并采用此声速进行后续测量。
5） 消隐脉冲
近消隐脉冲经常用于消除在换能器接收期间，换能器近前的低频或其他类似于反射波的声波脉冲（例如驻波、阶梯形波瞬变等），驻波或其他声音杂波的表现是通过高数值显示，可通过增加近程消隐的工厂设定值来克服它。
在使用温度和速度补偿，以补偿声速变化的场所，消隐也能被自动校正，保持在设定距离的消隐波。
6） 反射波丢失
当MiniRanger Plus确信计算的测量结果不可靠时，存在反射波丢失，例如反射波的可靠性低于临界值时，这归因于高电平电噪声，接地不可靠或换能器发射方向不正确。发射后如果接收时间超过安全延时定时器设定值一段时间，可靠性图由满刻度下降到某一部分值，并且显示值和mA输出，被强迫为空缺值，当重新接收到一可靠反射波后，此状态失灵（可靠示图回到满刻度），读数，mA输出，继电器输出回到当前值。
7） 继电器
MiniRanger Plus配备有两个继电器，每个继电器都可被分配给三种功能中的一个功能。
①报警继电器
②泵继电器
5、 应用
这里主要强调一下MiniRanger Plus的最普遍的应用。
1） 简单物位监测应用
生产过程中的物位监测是MiniRanger Plus 的最简单的应用，其功能是测量换能器表面与超声波反射面的距离和空间，并把它显示出来，在此类应用中，可包含也可不包含报警和ma输出。例如下图所例，
此例包含一物位测量显示，还有与砂箱内物位成正比例的mA输出。换能器面到箱底的距离为5米，零位为箱底，满刻度位为距箱底4.5米高处，在4米位设上限报警，在1米位设下限报警，最大填充速度1米/分。在反射波丢失事件中，MiniRanger Plus在延时两分钟后进入非安全工作模式的低状态。
2） 泵控制应用
简单物位监测应用与泵控制应用的基本区别是需要或不需要泵运行时，相应的泵控继电器必须正常动作或复位。MiniRanger Plus在程序工作模式下时泵控继电器复位。
泵可被设置为独立的或两泵超前/滞后的工作方式运行。
在有可能发生填充物填满溢出容器的物位测量应用中，应使用潜水型换能器，当填充物淹没换能器表面时，潜水型换能器的空气穴保证，宁可读数保持为高物位读数，也不设立因丢失反射波而使MiniRanger Plus进入非安全工作模式，当使用潜水型换能器时，设置P807-1,
6、 常见故障及其解决办法
列表如下：
故障
原因
解决办法
丢失反射波
显示“short”换能器
示波器的原理和使用范文第5篇
(1)采用外差原理设计并实现频谱分析,其参考原理框图如图1所示。
这要求频率测量范围为1MHz—30MHz,频率分辨力为10kHz,输入信号电压有效值为20mV±5mV,输入阻抗为50Ω。可设置中心频率和扫频宽度;借助示波器显示被测信号的频谱图,并在示波器上标出间隔为1MHz的频标。具有识别调幅、调频和等幅波信号及测定其中心频率的功能,采用信号发生器输出的调幅、调频和等幅波信号作为外差式频谱分析仪的输入信号,载波可选择在频率测量范围内的任意频率值,调幅波调制度ma=30%,调制信号频率为20kHz;调频波频偏为20kHz,调制信号频率为1kHz。
基本电路涉及放大电路,本振电路,混频电路,滤波电路,有效值检波以及各个模块之间的耦合与匹配。
(2)系统总体设计方案。
输入信号经过放大,匹配输入阻抗,使得信号幅度在最佳状态,1次混频的扫频本振由DDS产生的信号经放大滤波后获得,在30多MHz的中心频率处做一个选频网络作为中频滤波器。二次混频的固定本振采用串联晶体振荡电路,产生高稳定度的本振信号,将信号频谱搬移到10.7M,以便滤波器使用10.7M的标准中频陶瓷滤波器。三次混频和二次混频类似,中频滤波器通过455K带通滤波器。再经过均值检波,A/D转换,存储在FPGA内部的RAM中,再经过存储数据判断送示波器X轴Y轴显示。
采样、控制部分采用89S52单片机和FPGA实现,调配键盘,显示,实现人机界面。
2理论分析与计算
2.1测量范围(1M—30MHz)的理论分析
要求频率测量范围是1M—30MHz,对于这么宽的高频带,只能采用集成DDS芯片实现。采用AD9851,最高时钟频率为180MHz,输出30MHz信号时每个周期的平均点数只有6个,混叠失真比较严重。所以要想实现题目要求的指标,对AD9851输出信号的滤波和放大等处理是比较关键的。
2.2频率分辨力的相关理论分析
要求的频率分辨力是10KHz,即能分辨频率之差为10KHz的信号。这一指标包含了两个意思:
(1)扫频发生器的频率步进应≤10KHz。(2)测得的频率误差应≤10KHz。
2.3带通滤波器中心频率及带宽的确定
(1)中心频率的确定。
对于等幅波,理论上谱线只有一根,只要滤波器带宽合适,就可以消除镜像频率的干扰。但对于调幅和调频波,就必须考虑镜像频率的干扰。设载波频率为fc,中心频率为fw,为了抑制镜像频率的干扰,需满足:fc-20k+2fw≥fc+20k,即fw≥20KHz。综合考虑滤波器的性能后,我们将fw定为45KHz。
(2)带宽的确定。
根据题目给出的10KHz的频率分辨力,为了防止频谱混叠,滤波器带宽应≤10KHz。我们根据实际情况,最终将带宽定在6KHz。
3系统调试与指标测试
3.1测试方法
采用分级调试的方法,先调试带通滤波器、放大器、混频器、晶体振荡器等各个模块都正常工作,其中检波,A/D,D/A及AD9851模块需结合程序来调试。再按功能实现按阶段进行调试。首先调试9851,先写一个扫频程序,让9851产生1M到30M的频率,用示波器观察9851出来的信号在正个扫频范围内是否正常。再调试混频器,用信号源输出一个信号,和9851输出的信号混频,混频后的结果用示波器观察,其频谱应该有两根线,一个是两个信号的频率相加,一个是两个信号的频率相减。接下来就调试34.7M的带通滤波器。由于在这么高的频率上做一个带通滤波器不是很容易,所以我们是先用射频信号源把带通滤波器调试好,就可以直接投入使用了。由于本系统有三级混频,所以在后两级混频中还要有本振,我们采用的是晶振荡器。晶体振荡器的调试也是用示波器观察,调试好后直接投入使用。然后就是检波和A/D转换,检波的调试先让9851输出一个固定的频率,然后改变信号源的频率,用示波器观察检波后的直流量的变化规律是否正常。调试好检波之后就调试A/D转换器,这部分的调试要用CPU启动A/D转换和采样,转换之后的数字量应和输入的模拟量相对应。D/A的调试很方便,让CPU输出一个三角波的数字信号给D/A,用示波器观察转换后的结果。在分别调整各个部分性能至最优后进行整体调试。
3.2测量结果(如下表所示)
