—采用平均的方法来提高分辨率
平均的方法是把连续的各次波形采集的结果组合在一起,采用平均的方法可以减少叠加在信号上的噪音,经过平均处理以后的波形的第一个采样点都是由各次连续采集的波形上相同位置的采样值通过平均运算而获得的。
由于噪音的本质所决定,噪音对每次新的采集来说都是不同的,所以各次连续采集波形的采样值就会略有不同,通过平均减少了这种差别,获得了更加平滑的波形,但是并不影响带宽,然而,当使用平均的方法时,示波器要用更长的时间才能响应信息的变化。多数DSO的垂直分辨率为8比特。这就是说,采集的波形完全由256个不同的电压电平来表示,通过对各次连续采集的波形进行平均可以提高分辨率,进行平均计算时所用的连续采集波形数越多,垂直分辨率就越高。每当所用的连续采集波形数增加一倍时,垂直分辨率就增加一个比特。
—包络模式
当被测信号随着时间变化时,例如要观察信事情的幅度变化或者抖动现象时,观测在多次休集过程中波形记录中每个采样点位置的最小值和最大值都存贮下来,并以此构成波形显示,这样获得的显示波形表现了信号长期变化的积累效果,使得我们可以进行长时间的抖动测量或者长时间的幅度变化测量。
—数字滤波 对波形进行滤波是一种通过对采集的波形数据进行数学处理以咸小波形带宽的得理过程。“滤波”一词说明这种处理功能和在示波器的输入端加入低通滤波器具有相同的效果。
数字滤波是通过把波形记录中的每个采样点和同一波表记录中与该点相邻的若干采样点进行平均来实现的。这样作的结果减小了信号的噪音,但同时也减少了带宽的目的是为了减小噪音。数字滤波也可用于单次信号的情况,而平均的方法却要求对重复性信号进行多次波形采集。
—波形比较,样板测试
示波器中存贮的波形可以和新采集的波形同时进行显示,例如,我们可以把一个已知好的设备的波形特性和有故障的设备的波形特性进行比较,在很多情况下,进行这种信号比较的目的在于检查该系统的性能是否符合其技术指标。在设备生产测试过程中,我们常常会遇到这种情况,使用具有“通过/不通过”测试能力的示波器我们可以非常容易地,全自动地进行这种信号比较工作,。首先,我们把标准信号及其允许的极限范围存贮在示波器的寄存器中,这些存贮的信息称为样板,接着示波器就从被测系统采集信号,并将每个新采集的信号和该样板进行比较。,如果采集的信号在样板的范围之内,则示波器指示“通过”,反之,则示波大就会报出“不通过”。
—快速付里叶变换(FFT)
快速付里叶变换是一种数学运算方法。它从被测信号中提取信号所包含的各个频率分量,并将各个频率分量的幅度显示出来。
FFT对于发现信号失真的大小,确认复杂波形中包含的频率万分或者寻找系统间的相互干扰等工作都是非常有用的。
—波表相乘
此功能最重要的应用是测量电功率,因为电功率的定义就是电流和电压的数学乘积,为了进行功率的测量,示波器就要同时采集电压和电流的小辈形,并将二者相乘,相乘后获得的波形则表示随时间变化的瞬时功率值。这种功率测量工作对于测试电源,功率放大器以及稳压器等都是非常重要的,因为在这些场合电流都比较大,而这些部件承受的功率大小都是很关键的指标。
—积分
积分可以给出一条曲线下的面保佑,使我们能够观察信号随着时间积累的总体效果,例如,连续充电过程对于电容器上的电荷量的总体效果,或者一个元件耗散功率的总体效果。
在测量机械系统时,如使用输出电压和系统加速度成正比的传感器,则此信号的积分映出的就是速度。
—微分
微分表示的是信号变化的速率,例如,一个电信号的摆动率(Slew rate)就是信号随时间变化曲线的微分。
—功率及损耗的测量
下面叙述的功率耗损测量是示波器处理能力的一个实际例子。
一个元件可以承受一定的功率,此功率的定义为跨过元件两端的电压和流过元件的电流的乘积。在元件的设计中通常要对元件随功率的能力规定一个极限值,此极限值是由该功率在一定的时间里引起的元件温升来确定的。元件耗散的热量(即能量)是曲其瞬时功率和时间来决定的。
元件产生的热量可以通过测量其电压和电流值并将二者相乘来决定,两者相乘后获得的是以瓦特为单位的任一时刻的瞬时功率值,接着可以使用第二个数学处理功能进行积分,这样就可以得到以瓦秒为单位的总的功率耗损值,而3600000瓦秒等于1kwh这样通过换算我们就可以把元件的功耗值换算成我们日常付电费时常用的单位来表示。
2.4 接口
接口
在很多情况下,我们需要把示波器中的信号传往PC机,而在另一些情况下,我们可能希望用PC机来对示波器进行控制,这两种情况都要求示波器具有通讯能力。也就是说,示波器必须装有通讯硬件及其支持软件。我们称此通讯用软硬件为“接口”。常用的接口有两种,好RS-232接口和通用接口总线(GPIB),后者又称为IEEE-488总线,对多数示波器来说,这些通讯接口都是选件。
RS-232接口是一种串行接口,这种接口在PC机上一般用来通过调制解调器进行通讯,还用来连接鼠标器,打印机等设备。连接到PC机上的每个设备都需要单独占用PC机上的一个RS-232接口,也就是说在一台PC机上只能连接有限个设备,常常只能连接一个。
很多软件包都使用串行通讯方式,因为这种通讯方式要求对PC机的改动最小,并且可以使用比较简单的电缆,所以在示波器上配备这种软件比较容易。我们只要使用一台PC机就可以存贮示波器采集的波形以作后备之用。GPIB总线是一种为在仪器系统中使用而设计的的并行总线,这种总线允许多台仪器同时连至同一总线。这种总线还允许各仪器在测试协议之下随时(例如,当某台仪器在测量发生错误时)请求控制器给予注意,按GPIB总线的计算机可以是专用的GPIB控制器,但当今最常用的还是配有GPIB插卡的标准的PC机,由于GPIB插卡不是PC机的标准配置,所以必须另外加配。
供GPIB使用的软件通常都在计算机上生成一个完整的测试环境,将我台仪器集成为一个单独的测试系统。
打印机、绘图仪,硬考贝
在很多现场测试的场合,工程技术人员都需要获得某种形式的测量结果的硬拷贝,以便以后作为参考资料使用,或者设备报告发生错误动作时都需要查看以往的资料。
多数DSO都能使用一般PC机用的数字绘图仪或打印机来制作硬拷贝。有的DSO还能带动图表记录仪,因为在很多实验室中还在使用这种记录仪。示波器的硬拷贝功能通常是通过上述两种之一的标准配置或选件配置的接口来提供的。
如果在进行测量时工作现场没有打印机或绘图仪,那么示波器中最好配备比较多的存储器,以便把所有需要的信息都存贮下来留待以后再制作硬拷贝。
当考虑购买新的示波器时,用户往往会提出许多问题。比如,应当选择哪种示波器?需要多宽的带宽?模拟示波器能够满足工作需要吗?还是需要一台DSO?
3.2 简单重复性信号
使用模拟示波器和DSO通常都能很好地观察简单重复性信号。但是两者都有其优点和局限性。对于模拟示波器来说,由于CRT的余辉时间很短,因而难于显示频率很低的信号。由于示波管上的扫迹亮度和扫描速度成反比,所以具有快速上升、下降时间的低重复速率信号就很难看到。而DSO的扫迹亮度和扫描速度与信号重复速率无关。随着被测信号情况的不同,这个特点可能是优点也可能是缺点。
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