電子測量儀器波形采集

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電子測量儀器波形采集

電子測量是利用電子技術(shù)來進(jìn)行測量的方法。隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由于電子測量的一系列優(yōu)點(diǎn)，許多物理量都設(shè)法通過一定的傳感器變換成電信號，然后利用電子技術(shù)的方法進(jìn)行測量。現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化大生產(chǎn)中那些要求精密和準(zhǔn)確測量的內(nèi)容通常都運(yùn)用了電子測量的方法來實(shí)現(xiàn)。
一、電子測量狹義來說，是在電子領(lǐng)域測量有關(guān)的電量值。如電壓、電流、功率、各種不同的波形、信號頻譜、各種元件和電路參數(shù)等。與其它一些測量相比，電子測量具有以下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：
（１）測量頻率范圍極寬。可達(dá)１０－４￣１０－５Ｈｚ，高端可至１００ＧＨｚ（甚至更高）。
（２）量程極廣。由于所測電量的大小相差極大，要求測量儀器的量程也極寬。同一臺(tái)電子儀器經(jīng)常能做到量程寬達(dá)多個(gè)數(shù)量級。
（３）測量準(zhǔn)確度高。電子儀器的準(zhǔn)確度通常可比其它測量儀器高得多，特別是對頻率和時(shí)間的測量。由于采用了原子頻標(biāo)作頻率基準(zhǔn)，使誤差減小到１０－１３￣１０－１４量級。這是目前人類在測量準(zhǔn)確度方面達(dá)到的較高標(biāo)準(zhǔn)。
（４）測量速度快。由于電子測量是通過電子運(yùn)動(dòng)和電磁波的傳播來進(jìn)行工作的，因此具有其它測量方法無法比擬的高速度。
（５）易于遙測和長期不間斷地測量，顯示方式又可以做到清晰直觀。可以把電子儀器或與它連接的傳感器放到人類不易長期停留或無法到達(dá)的區(qū)域去進(jìn)行遙測。
（６）易于利用計(jì)算機(jī)，形成電子測量與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合。電子測量結(jié)果和它所需的控制信號都是電信號，這非常有利于直接或通過Ａ／Ｄ變換變成數(shù)字信號與計(jì)算機(jī)連接。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，使電子儀器性能發(fā)生了很大的飛躍，使它具有高性能、多功能的特點(diǎn)。如在測量過程中實(shí)現(xiàn)程序控制、遙控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)故障診斷甚至修復(fù)。對測量結(jié)果可以自動(dòng)記錄、自動(dòng)完成數(shù)據(jù)運(yùn)算、分析和處理。目前很多電子測量中裝有微處理芯片，對儀器的工作進(jìn)行統(tǒng)一指揮和管理，還用計(jì)算機(jī)軟件代替部分儀器硬件，增加儀器的多功能和靈活性，構(gòu)成所謂智能儀器。這種儀器常有記憶存儲(chǔ)、邏輯判斷、數(shù)學(xué)運(yùn)算、命令識別等特點(diǎn)。

二、測量儀器中的各種波形抽取方式

第一種情況：波形片段中的采樣點(diǎn)數(shù)大于屏幕顯示區(qū)域的像素?cái)?shù)，在不同情況下，使用的抽取方案不同。

1. 等間隔抽取

這其實(shí)就是一個(gè)如何把大量波形壓縮到特定點(diǎn)數(shù)的問題，針對這個(gè)問題我們很自然就可以想到采用等間隔波形抽取。以波形片段的采樣點(diǎn)數(shù)與屏幕點(diǎn)數(shù)的固定比例，等間隔地抽取采樣點(diǎn)，抽出來的采樣點(diǎn)顯示到屏幕上。這種方案優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)簡單且能反應(yīng)波形的大致輪廓，適用于較低頻率的信號，缺點(diǎn)在于對于太高頻的信號，峰值會(huì)被過濾掉，無法反映信號的峰值。

2. 峰值抽取
電源廠

峰值抽取是把波形原始采樣片段分成若干組，如圖所示分成了5組，每組分別比較出較大值和較小值作為抽取點(diǎn)，并保持這兩個(gè)點(diǎn)的先后順序關(guān)系。這種抽取方法針對高頻信號，優(yōu)點(diǎn)在于找出峰值，但不保證相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔相等。

3. 均值抽取
電源適配器

均值抽取同樣把原始采樣波形分成若干段，每段各自算出平均值，作為該段的抽取點(diǎn)。這種方案可以認(rèn)為是前兩種方案的折中，通過求均值，既保證相鄰點(diǎn)之間的時(shí)間間隔均等，又盡可能使抽取波形與原波形保持一致；但是也存在對于太高頻的信號，峰值會(huì)被過濾掉，無法反映信號的峰值。

三、測量信號瞬態(tài)的示波器，在波形重構(gòu)方面更傾向于描繪更“密”的點(diǎn)，顯示更強(qiáng)的瞬態(tài)能力；和示波器相反，作為穩(wěn)態(tài)測量的功率分析儀沒有死區(qū),主要側(cè)重有效值測量，波形抽取重點(diǎn)是描繪出信號的特征和幅值情況，這樣的方法比較適合穩(wěn)態(tài)的應(yīng)用。另外，如今隨時(shí)技術(shù)的進(jìn)步，PA8000功率分析儀基本功率精度0.01%，帶寬5M, 采樣率2MS/s, 在波形采集和波形重構(gòu)能力已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，相信在波形重構(gòu)方面，會(huì)越來越接近示波器，展示更強(qiáng)大的能力。

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