示波器的原理和使用十篇 示波器的原理和使用篇1 关键词： 大学物理实验教学 示波器 信号 示波器是测量信号波形的仪器，是应用最广的测量仪器之一。它不仅广泛应用于实验室，而且成为现代工业不可缺少的辅助工具。利用示波器对电子产品的电路进行信号的检测和分析，可以快速地发现并解决问题，因此正确分析示波器显示波形的原理，以及熟悉使用示波器是非常有必要的，对学生以后学习和工作有很大的帮助。在大学物理实验教学中，示波器原理与使用是一个必不可少的实验。然而，该实验仪器的原理复杂，大多数学生理解起来难度偏大，特别是面板旋钮多使得学生熟悉起来很困难［1］。通过该实验对提高学生在信号波形测量方面的实践能力、创新能力，以及理论联系实际的能力提高有着极其重要的作用。在实验教学过程总是会出现各种各样的问题［2］，因此我结合大学物理实验示波器实验中出现的问题，介绍一些经验。 1.示波器原理的阐述 实验教学首先讲解的就是仪器原理，但是示波器的原理比较复杂，学生掌握起来比较困难。为解决这个难题，将示波器显示波形的原理与单摆运动中沙漏形成波形的原理相类比，利用简单易懂的知识对示波器的原理进行形象的讲解，使其简化，加深学生对示波器原理的理解和掌握。在大学生物理实验教学中利用类比简化思维帮助学生理解和学习新知识的方法效果明显。 示波管结构非常简单，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成，偏转系统由水平偏转板（x轴方向）和竖直偏转板（y轴方向）组成。在偏转板上加电压，则电子束的运动是发生偏转，加不同的电压，电子运动也不一样，从而在荧光屏上所观察到的图形也有所不同。如果我们在竖直偏转板上接入待观察的正弦交流电压，同时在水平偏转板上接入锯齿波电压，则电子的运动将是水平方向的匀速直线运动与竖直方向的简谐振动两个相互垂直方向上运动的合成，屏上将显示正弦波。 把沙漏的单摆运动与示波器显示波形的原理相结合进行类比，以帮助学生理解示波器的工作原理。实践表明示波器显示波形的原理虽然复杂，但是利用沙漏的单摆运动实验对其进行类比简化，可以很容易地让学生理解掌握。示波器的工作原理可以如此掌握，在进行其他物理知识的学习和物理实验的探讨时，实验老师也可以采用这种类比的方法，利用学生理解的知识点甚至是其他学科的知识去简化复杂的物理内容。掌握了这种教学法，不仅可以使学生将新知识与已有的知识融会贯通，而且能使学生加深记忆和理解，为他们的学习提供极大的帮助。 2.功能键的使用技巧及注意事项 在教师准备实验仪器阶段，应注意示波器在使用一段时间或经较长时间存放或修理后，应重新进行校准，示波器精度校准分垂直校准和时基校准两个方面。待示波器开机20分钟后，内部稳定即可进行校准工作。扫描基线的校正，示波器应用在不同的场合，会受外磁场的影响引起扫描基线发生倾斜，此时需要对扫描基线进行校正。校正的方法：用螺丝刀调节“基线旋转”，使扫描线和示波器的水平刻度线平行。 在示波器功能键的讲解上要做到示波器面板上各开关、按键、旋钮都要详细地讲解相关功能特性，同时进行示范性的屏幕显示演示，使得学生有更直观形象的了解。要求做实验前学生对照仪器面板说明书，体会一些常用开关、按键、旋钮的作用，如辉度、聚焦、位移、X―Y等，让学生有一个自己独立操作仪器的过程。 非常有必要在黑板上板示示波器使用注意事项及技巧：（1）测试前，在不明确被测信号幅度大小，可先将示波器的VOLTS/DIV选择开关置于最大挡，避免电压过高而造成示波器损坏，同时避免该档位过小往往出现信号显示远远大于屏幕，以至于学生误认为没有信号输入。一般选择合适档位使得信号显示高度约占荧光屏高度的二分之一到三分之二之间，这样减小在信号测量时出现的误差。（2）在用示波器测量频率较低信号时，其波形不容易同步，表现为波形不稳定。一般情况规定学生输入较高频率信号，同时仔细调节示波器上的触发电平控制（LEVEL）旋钮，使被测信号稳定和同步。“触发电平”键是示波器面板上众多旋钮中非常重要的旋钮，其作用在众多物理实验教材中只是介绍而已，通过触发扫描使待测信号与扫描信号同步以达到图形的稳定，图形不稳定的情况在学生实验中出现得最多。（3）TIME/DIV（扫描速率选择）旋钮。此旋钮的作用是改变加在水平偏转板上锯齿波扫描信号的频率。在不明确被测信号频率大小，可将TIME/DIV选择扫描时间置于最小挡，避免低频率信号一直闪动。合适的档位是信号波形显示2到3个周期，这样在时间测量时可以减少误差。（4）“触发方式”、“触发源”和“触发电平”的选择。这三者选择的不正确，往往出现波形不稳定的情况，屏幕上的波形发生向左或向右的连续移动。要使波形能够稳定下来，跟示波器使用的“触发方式”、“触发源”及“触发电平”选择有关，合理运用触发方式、触发源来观察信号，要求学生在实验中掌握。（5）在利萨如图实验部分，为了避免视觉上的混乱，要求学生在关闭通道1的前提下再调整好通道2的信号显示。（6）示波器工作时，周围不要放置大功率的变压器，否则，对示波器会有很大影响和噪声干扰。 3.示波器常见故障的分析 示波器用于实验教学使用频繁，且使用时间较长，很容易出故障。掌握示波器的常见故障的分析检修方法，有利于缩短维修周期，避免因为仪器故障耽误教学。在遇到各种问题时，学生一般无法解决，往往需要教师引导性地解决。这就要求教师要具备解决这些问题的能力。当然这些需要在教学中不断地总结经验，多途径地提高解决问题的能力，进而能够更好地指导学生排除故障。 在教学过程中，学生在出现问题时，经常性地乱按功能键，到了后面他自己都不知道按了什么键，有时的确是仪器出现问题。教师应该把出现的各种原因都考虑进去，先考虑仪器正常是仪器参数设置的问题，再考虑仪器件出现问题。例如示波器屏幕上没有任何信号或者信号在示波器上显示闪动的比较厉害。首先，看信号输入端的问题即信号发生器示波器的相关设置是否正常，例如波形按钮是否有选择、频率的设置是否正确，等等，然后检查与示波器的接线，以及探头接触是否良好、探头线断线等问题，再检查示波器相关按键的设置是否和信号发生器输出信号一直，可能是学生按了所用通道的接地旋钮，这样信号就会对地短路，没有任何信号输入到示波器测量端，以及示波器电源开关有没有打开，可以调节亮度旋钮看是否亮度设置太低。其次，调节上下位移旋钮和左右位移旋钮看波形是否偏离屏幕显示区。所以首先要求老师要一定程度的对仪器硬件有所了解，那些件出现问题可能会出现什么样的现象，对仪器的操作那就要求非常熟悉，总之做到软件硬件都过关。 4.结语 以上是我在示波器实验教学实践中总结的一些经验。在有限学习时间内，学习、掌握基本的仪器操作方法，让学生做到实验目标明确，理论与实践相结合，在掌握好基本技能的基础上进行开放式自主训练。教师应引导学生解决实验中遇到的一些问题，提高学生的创新能力，使学生体会到大学物理实验这门课的作用与重要性，从而逐渐地让学生有意识地去提高自己的动手能力。 参考文献： ［1］刘淑聪，郭纯生，王薇，彭宏伟.示波器操作与使用的实践教学研究［J］.中国现代教育装备，2010，17，（105）：20-23. 示波器的原理和使用篇2 【关键词】DX型中波发射机 示波器 波形观测法 软故障 接触不良 1 示波器简介 示波器是一种测量仪器，在电子设备生产和维护领域，得到了极为广泛的应用，它是一种图形显示设备，描述电信号的波形曲线。这一简单的波形能够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值，振荡信号的频率，脉冲信号的脉宽、上升沿、下降沿等参数，信号的直流成份和交流成份，信号的噪声值和噪声随时间变化的情况，以及比较多个信号波形情况。示波器的种类很多，按照对被测信号处理方式来说，主要分为模拟示波器和数字示波器两种。 模拟示波器提供眼见为实的波形，在规定的带宽和电压要求内，可放心进行测试。优点是操作简单，垂直分辨率高，数据更新快，实时带宽和实时显示。数字示波器优点是充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发功能，将捕捉到的波形通过A/D转换数字化处理，再存入数字储存器中。读出时，将存入的数字化波形信号经D/A转换，还原成捕捉到的波形，然后在荧光屏上显示出来。它采用大规模集成电路和微处理器，在微处理器的统一指挥下工作，具有自动化程度高、功能强等特点。 2 波形观测法 常用发射机故障处理，技术人员一般都采用万用表测量器件的电压，也就是电压测量法，只能检测电路的静态，对于电路变化的动态则无法确定。而波形观测法是用示波器观察电路中各测试点波形的形状、幅度、周期等，来判断器件是否损坏变质或其它原因引起故障的方法，能检查电路的动态功能是否正常，所以检测结果更为准确、可靠。下面介绍使用示波器注意事项和方法要领。 2.1 注意事项 （1）注意示波器输入阻抗对被测电路的影响，必要时应使用10U1固定衰减探头进行检测。（2）注意被测电路中电压对示波器输入端器件的影响。设Ud为直流电压，Ua为信号电压值，Umax为示波器可测量的最大输入电压，则Umax≥Ua+Ud。波形观测法是一种观察波形是否与正常工作时相符的检测方法，所以有正常运行时的有关电路测试点波形资料，就显得十分重要了。 2.2 方法要领 用示波器观测有疑问电路的输入和输出信号波形，如果有输入信号而无输出信号，或输出信号波形太差，则问题存在于被测电路中。数字示波器优点：发射机软故障即故障现象时有时无，一时难以发现规律的故障，通常是一闪即逝的信号，用模拟示波器无法完成捕捉，因为人眼根本无法观察到故障出现时的波形变化。但使用数字示波器的储存功能可以进行有效捕捉。技术人员可以对用数字示波器捕捉到的故障信号波形逐步分析后，再进行下一步的捕捉，逐步缩小故障范围，最终确定故障根源，并予以正确处理。 3 模拟输入板电源软故障处理实例 3.1 故障现象 某台DX-400发射机并机400kW播出时，PB1单LED板显示模拟输入板电源故障，射频封锁一次，机器自动恢复正常。此故障有时一天能出1～3次。 3.2 故障查找和分析 故障发生后，打开中机柜柜门，查看模拟输入板电源指示正常，用万用表测各直流电压无异常。初步断定可能线路有干扰或某些器件性能不好，或者供电线路有接触不良等情况。对软故障查找要有耐心；因为出现次数比较频繁，查找相对比较容易，因正处于播出中，不能对有关插接件进行按压来查找此故障。图1所示模拟输入板供电线路走向及电源故障检测控制通路。 从控制板送到模拟输入板的+18V、+8V和-18V直流电源通过各自的2A保险，经过U24、U22和U23稳压器，分别被稳压成+15V、+5V和-15V。每只稳压器输出都接有一只电源指示灯，稳压器工作正常时，亮绿色。为能够监测各稳压器工作情况，+18V电源和+8V电源分别通过两只二极管或在一起送到U29稳压器输入端，输出+5VB电源。+5VB电源经过一串电阻分压网络，用来作为比较器U15的反相或同相输入端的基准电压，而每个电源的分压都连接相应的U15输入端。当三个电源输出正常时，即U15同相输入端比反相输入端电压高时，输出端为+5V，这个电压加到U15-10反相输入端，U15-11同相输入端接+5VB电源分压的+2.5V，此时U15-13输出端为0V，Q2（NPN）截止，J2-7为+5V（高电平）。当其中有一个稳压器坏或者输出降得很低，相应的比较器输出端为低电平，电源故障指示灯DS4亮红色，使U15-13输出端为高电平，Q2饱和导通，J2-7为低电平，送到控制器板J1-7上，通过U25锁存器锁存，一路送到U19故障门1（PAL块）块，输出RF封锁信号将所有大台阶和二进制射频放大器关断；另一路送到二极管板，显示模拟输入板电源故障。为彻底找出产生软故障的根源，技术人员使用HP54600B型数字示波器进行查找，此示波器为双通道示波器，可同时观测两个测试点，因为引起故障的原因比较多，测试点也多，受到只有一台数字示波器的限制，不能对各测试点同时观测，只能分步骤从后向前进行观测查找。 查找分析步骤如下： （1）首先要确定是控制板还是模拟输入板引起的故障，将示波器CH1探头接R154下端（U15-13），CH2探头接TP42，选用合适的垂直幅度挡位和时间挡位，按电压测量键，再按示波器显示有效值下方的软键，分别选择CH1和CH2的有效值，按自动储存功能键，所有存储的波形都以半亮度显示在屏幕上，最近一次出现的波形则以全亮度显示在屏幕上。当PB1模拟输入板电源故障再次出现时，示波器把故障跳变信号轨迹储存，图像如图2A所示，在0.00S时，R154下端电压波形上跳变，TP42测试点的电压波形出现下跳变，即U15-13瞬间为高电平，Q2饱和导通，产生模拟输入板电源故障低电平信号送到控制板上，由此可以排除控制板出现故障的可能。 （2）继续向前查找故障，将示波器CH1探头接TP20（-15V），CH2探头接TP21（+15V），选用合适的垂直幅度挡位和时间挡位，在储存栏中按清除按键，清除原储存波形，继续储存当前信号波形。当PB1模拟输入板电源故障再次出现时，示波器把故障跳变信号轨迹储存，图像如图2B所示，TP21测试点的电压波形出现斜坡下降的轨迹，使用示波器游标功能，测得故障波形最低点距地为+13.28V，由此初步排除比较器U15和高频旁路电容以及-15V电源出现故障的可能，故障与+15V电源有关。 （3）继续向前查找故障，将示波器CH1探头接TP18（+8V），CH2探头接TP29（+18V），按清除按键，清除原储存波形，继续储存当前信号波形。在巡机时发现示波器波形有变化，图像如图2C所示，TP29测试点的电压波形出现两次斜坡下降的轨迹，使用示波器游标功能，测得故障波形最低点距地为+15.16V，因送到U24稳压器的电压不算太低，所以没有引起模拟输入板电源故障，但由此初步排除+8V电源出现故障的可能。 （4）继续向前查找故障，将示波器CH1探头接到TP29（+18V），CH2探头接控制板TP24（+18V），把CH2的参考接地位置移到屏幕下方，为了方便观测，按清除按键，清除原储存波形，继续储存当前信号波形，当PB1模拟输入板电源故障再次出现时，示波器把故障信号轨迹储存，图像如图2D所示，TP24测试点电压波形在有上扬趋势，使用示波器游标功能，测得故障波形最低点距地为+16.88V，TP29测试点电压波形同图2C中CH2所示一样斜坡下降，测得故障波形最低点距地为+14.38V；这两个测试点前后波形应该是一样变化，但是我们所观察到的波形信号却不一致，而且故障点电压幅度相差2.5V，由此故障范围缩小到两测试点之间。两测试点间部件由F3（2A）保险和两板间P10-1到P4-1电源带状电缆导线组成。 3.3 故障处理 利用周二停机检修时间，断机器高、低压供电后，查看模拟输入板F3保险接触正常，用HP多用表电桥挡测量P10-1到P4-1电源供电线路阻值，并用手分别触动带状电缆P4和P10插头，发现触动P10插头时，阻值有明显变化，拔下P10插头，对J10-1的插针表面进行镀锡处理，使插头与插座接触良好，测其接触阻值为26mΩ。在以后的播出中，PB1再也未出现模拟输入板电源故障。 4 结语 示波器的原理和使用篇3 【关键词】激光电视 散弹噪声 中值滤波器 近年来，随着红（R）、绿（G）、蓝（B）半导体泵浦固态激光器、微电子技术、超精加工技术等先进技术的不断发展与成熟，激光显示技术已成为显示领域研究的热点与未来发展的重点方向。激光电视被誉为“第四代”显示器的主流产品，激光电视主要由激光器、调制器、光偏转器和屏幕组成[1]。由于激光的单色性、方向性、相干性、高亮度等特性，将红、绿、蓝激光按三色合成原理，在色度图上可形成最大的色域面积。与传统的显示技术相比，激光显示技术具有色阈最宽、亮度最高、饱和度最高、色纯度高、方向性最好、显示画面尺寸灵活可变的优点，可获得最清晰、鲜艳、丰富的彩色图像、无有害电磁辐射、3D效果的理想光源。 但是作为电子显示产品，在图像传输与接收的处理过程中，不可避免的会遇到各式各样的噪声信号。这些噪声将会使图像的质量降低，变的模糊，甚至无法识别。图像的滤波就是去处这些噪声，还原真实图像或使滤波后图像的信噪比较原退化图像有所提高。 一、常见的噪声分析及散弹噪声的表征 噪声就是电路中不含信息的电流或电压。图像电路中产生噪声的原因有很多种，主要原因通常有传感器或电子件内部由于载流子的随机运动产生的噪声、电器内部一些部件的机械运动而引起的电流或磁场的变化引起的噪声、外部磁源通过媒介质引入系统内部产生的噪声等。这些噪声是随机的，在图像上产生的像素点也是随机的、离散的，甚至是孤立的，因而只有用随机过程来描述。噪声产生的原因决定了噪声的分布特性及它和图像信号的关系，关键是要知道它的概率密度函数和分布函数，但是一般这两个函数很难测得或描述出来，甚至是不可能取得的。那么只能用统计特性来描述，例如噪声的均值、方差、相关特性。 噪声与信号的关系大体有两种：加性噪声模型和乘性噪声现使用表示信号，使用表示噪声，使用表示图像降质后的输出。 （一）加性噪声。这些噪声和信号是相加的关系。也就是不管没有信号，都会有噪声存在。噪声与图像信号无关。加性噪声用下面公式表示： 信道噪声及光导摄像管摄像机扫描图像时产生的噪声就属于此类噪声。 （二）乘性噪声。乘性噪声通常是由信道的不理想所引起，该噪声与信号是相乘的关系。信号与噪声同在，没有信号也就没有噪声。乘性噪声用下面公式表示： 电视图像中的相干“噪声”，是由于电视光栅线的存在而产生的，以及照片的颗粒噪声均属于此类。 散弹噪声是由于半导体器件中的电子发射不均匀而造成的。也就是说发射电子所形成的电流并不是一个固定值，而是在一个平均值上起伏变化。根据中心极限定理可以推出，散弹噪声是一个高斯随机过程，它在在很宽的频率范围内具有均匀的功率谱密度，通常可以认为高斯白噪声，本文重点探讨散弹噪声的抑制。 二、常见的滤波器分类及中值滤波器的适用范围 滤波器是一种以物理硬件（电路硬件）或计算机软件形式，对信号波形中干扰噪声进行过滤的器件。在电子技术领域，“波”特指描述各种电学物理量的取值随时间起伏变化的过程。该信号过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的关于时间的函数，称之为信号。 也就是说，滤波器就是一种从含噪声的信号数据中抽取有价值原信号的装置，滤波器可以执行滤波、平滑和预测等信息信号的处理的基本任务。 图像中滤除噪声常用的效果较好的经典滤波器有：中值滤波器、均值滤波器、维纳滤波器和自适应滤波。下面简要介绍这四种滤波器原理。 （一）均值滤波器。均值滤波器是一种线性滤波器，是空间域平滑噪声技术，原理是领域平均法，就是某一像素的值取决于这领域的平均值，最简单的是算术平均算法，它是最简单的均值滤波算法。均值滤波与模板的形状及大小有直接的关系，模板的选择直接影响滤波的效果，选择过小，效果不明显，选择过大，则图像变的非常模糊，失去滤波的意义，模板越大越能够消除噪声但是也会是图像变的越模糊。在图像的细节部分和边沿处的损失会很大。所以要合理的选择领域，一般取开头是正方形、圆形、十字形、圆环等。均值滤波器可以有效的消除加性噪声。在MATLAB工具箱中可以用Imfiler函数来实现。 （二）维纳滤波器。维纳滤波器也是一种线性滤波器，定义是设滤波器的输入信号是由有用信号和噪声的和，有用信号和噪声信号两者均为广义平稳随机过程，并且知道它们的二阶统计特性，维纳根据最小均方误差准则（即滤波器的输出信号与需要信号之差的均方值最小），求得最佳线性滤波器的参数。维纳滤波器应用非常广泛，如解决飞机发动机噪声对飞行员通话质量的影响等。在MATLAB工具箱中可以用Wiener2函数来实现。 三、优选滤波器抑制散弹噪声 通常评价图像的质量有两个方面：图像的逼真度和图像的可懂度。利用sysgen设计滤波器对一幅被高斯噪声污染的图像进行处理， 经多次试验观察，自适应中值滤波的图像对噪声的去除效果较好，其次为维纳滤波较好，均值滤波对其去除效果不太理想。利用xilinx公司的virtex-5平台进行仿真运行，将运行出的信噪比进行对比，发现自适应中值滤波器的效果最好好。所以对于加有多种不同方差的高斯白噪音的滤波，建议使用自适应中值滤波器。 参考文献： [1]马志军.激光电视的原理、特点及关键技术介绍[J].显示器件技术，2009，（1）：35-46. [2] 李玉翔，姚建铨，蔡彬晶等. 激光电视的研究进展及趋势分析[J]. 激光杂志，2007， 28（1）： 1-2. [3]许宝卉. 彩色CRT色彩特性及色彩空间转换方法的研究[D]. 西安：西安理工大学，2005. 示波器的原理和使用篇4 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 未感应到反射波 信号线短路或正负颠倒 换能器损坏 检测换能器线路 检测设定的工作温度 更换换能器 液位变但是 显示不变 MiniRanger Plus处理了不正确的反射波 重新调整换能器方向，检查 竖筒内固有的焊缝接口等 屏幕变黑 无显示 电源掉电 检查电压选择无关 检查电源线 显示换能器感应到反 射波脉冲，但不 可靠 被测物在量程范围之外 使用环境中灰尘或蒸汽过多 在此环境下对测量有不利影响，有东西聚在换能器表面 换能器位置或方向有问题 查阅换能器使用说明书 检查校正参数 调整发射方向，在多灰尘使用 泡沫面换能器。 尽量使用大量程换能器。增大安全延时定时器值 重新调整或安装换能器 显示距离逐渐变错 声音路径中有其他气体存在气体分层 参照校准声速 高物位时，显示值低于实际值 物位在近程消隐区回声处理过程中发生回声重叠 缩短消隐区范围，抬高换能器 在容器未满时，显示正确，但偶然出现较高读数 换能器探测消隐区回声或换能器低频震荡 增大消隐范围 增大短脉冲安全临界值 调节换能器安装位置 7、 维护 MiniRanger Plus无须维护，但对其程序参数要做定理检查。 在短开外部电源开关后，如果有必要的话，可对MiniRanger Plus外壳及其外保护壳进行清理，清理应用真空吸尘器或干净的刷子来完成。检查所有的电器连接，看其是否存在腐蚀和击穿。 如果MiniRanger Plus安装于多尘或多油的环境中。应确实保证编程器，接线端子和换能器的清洁。因为这些会阻碍信号的传送。 示波器的原理和使用篇5 一、SPWM原理 在逆变电路的电能变换过程中，对电路中的开关器件进行通断控制，输出端便得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，这些脉冲称为脉宽调制（PWM）波，用这些脉冲来代替正弦波或者其他所需要的波形。根据采样控制理论，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。脉冲频率越高，PWM越接近正弦波。逆变电路的输出电压为SPWM波形时，其低次谐波得到很好的抑制和消除，高次谐波又能很容易滤去，从而获得畸变率极低的正弦波输出电压。在大多数情况下，常采用正弦波与等腰三角波相交的办法来确定各矩形脉冲的宽度。等腰三角波与任何一个光滑曲线相交时，即得到一组等幅而脉冲宽度正比该曲线函数值的矩形脉冲，希望输出的信号为调制信号，把接受调制的三角波称为载波。当调制信号是正弦波时，所得到的便是SPWM波形。为了学生更好地掌握SPWM理论，设计一个电路来模拟SPWM调制与解调过程，电路如图1所示。 二、三角波产生电路的工作原理 三角波、正弦波、矩形波是常用的基本测试信号。三角波产生电路的种类很多，这里仅以图2所示的三角波电压产生电路为例，讨论其组成及工作原理。它包括同相输入迟滞比较器（A1）和充放电时间常数相等的积分器（A2）两部分，共同组成三角波电压产生器电路。从电路可以看出 为得到不失真的正弦波，电路中必须有稳幅环节。稳幅环节的作用是使放大电路的放大倍数在起振前为Au> 3；起振后，当输出的正弦电压Uo达到一定幅值后，Au= 3，维持等幅振荡。图3电路中，稳幅环节由D3、D4和R25并联组成。其工作原理如下： 在电路产生自激振荡前，Uo=0，这时D3、D4截止，同相比例器的负反馈电阻由Rf=R24+RW1+R25组成，电压放大倍数略大于3，使电路产生增幅振荡；振荡产生后，随着Uo的增大，D3、D4逐渐导通，由于二极管导通后的内阻极小，由于rD3、rD4的并联，使Rf变小，因此使Au逐渐减小为3，电路维持等幅振荡，避免了输出限幅失真。当Uo改变时，随Uo幅值的改变，D3、D4自动改变导通电阻，使Au=3。 四、SPWM输出与滤波 将正弦波送比较器（LM339）正输入，三角波送比较器负输入，比较器的输出端得到脉宽调制序列。将脉宽调制序列经过三级滤波器把调制信号正弦波解调出来。将这些信号分别送入示波器，得到图1中所示1点三角波、2点正弦波、3点PWM波、4点滤波后正弦波形信号，分别如图4、D5、图6所示。 示波器的原理和使用篇6 【关键词】单片机；FPGA；直接数字频率合成 1.引言 随着电子技术的发展，在现代电子产品的故障检测中，往往需要频率和幅度都能自动调节的正弦信号源，并且要求该信号源产生的信号频率稳定性好，转换速度快，具有调频、调幅和调相的功能。本文结合实际需要，采用单片机控制功能和FPGA模块实现直接频率数字合成器，能够产生两路频率和相位均可调的正弦波信号[1]。 2.系统方案设计 2.1 系统的性能分析 系统主要由单片机最小系统、存储器电路、FPGA模块、键盘与显示接口电路、D/A转换电路、低通滤波电路组成，其硬件框图如图1所示。通过键盘输入频率控制字、相位控制字和幅值控制字，单片机最小系统控制FPGA模块产生用户需要的正弦波信号，再经过DA转换，最后通过低通滤波器生成平滑的正弦波信号。 图1 DDS硬件框图 系统的性能要求：频率范围20Hz～20KHZ，步进20Hz；差0o～359o，步进1o；两路输出正弦波信号，峰峰值分别在0.3V～5V变化；数字显示频率、相位差。 2.2 系统实现的原理 2.2.1 DDS的基本原理 直接数字频率合成器（DDFS）的基本原理：DDS是利用采样定理，根据相位间隔对正弦信号进行取样、量化、编码，然后储存在EPROM中构成一个正弦查询表，通过查表法产生波形[2]。它是由参考时钟、相位累加器、正弦查询表和D/A转换器组成，如图2所示。 图2 直接数字频率合成器原理框图 相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成，其原理框图如图3所示。每来一个时钟脉冲Fc，N位加法器将频率控制数据K与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果Y送至累加寄存器的输入端。累加寄存器一方面将在上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制数据K相加；另一方面以相加后的结果形成正弦查询表的地址，取出表中与该相位对应的单中的幅度量化正弦函数值，作为取样地址值送入幅度/相位转换电路。这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）经查找表查出，完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到D/A转换器，D/A转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。 图3 相位累加器原理框图 相位累加器的最大计数长度与正弦查询表中所存储的相位分隔点数相同，在取样频率（由参考时钟频率决定）不变的情况下，由于相位累加器的相位增量不同，将导致一周期内的取样点数不同，输出信号的频率也相应变化。如果设定累加器的初始相位，则可以对输出信号进行相位控制。由采样原理可知，如果使用两个相同的频率合成器，并使其参考时钟相同，同时设定相同的频率控制字、不同的初始相位，那么在原理上就可以实现输出两路具有一定相位差的同频信号。 2.2.2 FPGA实现的直接数字频率合成器 基于DDS的基本原理，利用Altera公司的FPGA芯片FLEX10系列器件设法将波形采样点的值依次通过数模转换器（MDAC）转换成模拟量输出，可达到预期的目的，具有较高的性价比。其基本环节由计数器（Counter）、只读存储器（EPROM）、数模转换器（MDAC）和滤波器等组成[3]。具体方案如下：累加器由加法器和D触发器级联组成，在时钟脉冲fc的控制下，对输入频率控制字K进行累加，累加满量时产生溢出。相位累加器的输出对应于该合成周期信号的相位，并且这个相位是周期性的，在0～2范围内起变化。相位累加器位数为N，最大输出为2N-1，对应于2π的相位，累加一次就输出一个相应的相位码，通过查表得到正弦信号的幅度，然后经D/A转换及低通滤波器滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。整个DDS电路的电路结构如图4所示。 图4 FPGA实现的DDS原理框图 3.系统硬件电路设计 在功能上，单片机与FPGA有很强的互补性。单片机具有性价比高、功能灵活、易于人机对话、良好的数据处理能力等特点；FPGA则具有高速、高可靠性以及开发便捷、规范等优点[4]。用这两类器件相结合的电路结构在许多高性能仪器仪表和电子产品中仍将被广泛应用。 单片机的功能主要是传送频率控制字K1和相位控制字K2给FPGA处理；生成波形表存储于EEPROM中；控制键盘的写入和LED的显示；控制DAC0832进行幅值转换。在每次加电前都要通过单片机初始化，将写好的程序加载在信号产生系统上，然后把从键盘上输入的数据送到中央处理芯片上，信号通过低通滤波器输出的同时，LED数码管显示信号的频率和相位差。 FPGA与单片机的总线接口如图5所示。 图5 FPGA与单片机的总线接口 图6 分频仿真图 图7 K=10时累加器的仿真图 图8 正弦波的仿真图 图9 整体流程图 4.系统的实现 4.1 系统的计算与仿真 用MAX+plusⅡ设计DDS系统数字部分最简单的方法是采用原理图输入。相位累加器调用lmp_add_sub加减法器模块，相位累加器设计的好坏将直接影响到整个系统的速度，采用流水线技术能大幅度地提升速度。波形存储器（ROM）通过调用lpm_rom件实现，其LPM_FILE的值.mif是一个存放波形幅值的文件。波形存储器设计主要考虑的问题是其容量的大小，利用波形幅值的奇、偶对称特性，可以节省3/4的资源，这是非常可观的。为了进一步优化速度的设计，可以选择菜单Assignal Global Project Logic Synthesis的选项Optimize 10（速度），并设定Global Project Logic Synthesis Style为FAST，经寄存器性能分析最高频率达到100MHZ以上。DDFS中的分频、累加器及正弦波的仿真如图6、7、8所示。 4.2 单片机的编程实现 由于使用了8051单片机及FPGA构成的DDS系统，电路变得异常简单，而FPGA的使用使单片机的程序大大简化。DDS系统及其与单片机的接口部分用VHDL语言写。在设计过程中波形频率随CPU的频率而变化，单片机的实时时钟经过PLL倍频电路产生系统时钟频率fc，fc再经过分频得到CPU时钟频率（CPUCLK）可通过对P_SystemClock（写）（7013H）单编程来控制。在设计过程中，波形编辑的第一步就是进行CPU频率选择，选择最高频和最低频作为粗调，在用键盘和中断进行微调，以便达到所需的频率、相位及其幅值。单片机编程的总体流程图如图9所示。 5.结束语 以FPGA为核心模块，以单片机为控制模块，采用直接数字频率合成技术设计了双通道相位关系可调的信号发生器，输出信号频率范围为0～20KHz，频率分辨率高于20Hz，相位调节步进1o。两个通道不仅可以输出相同频率的信号，还可以输出不同相位、不同幅值的正弦信号。经系统仿真表明，本设计可达到预定要求，应用方便灵活。 参考文献 [1]郑浩，饶远.直接数字频率合成器的FPGA设计与实现[J].计算机与网络，2012（22）：66-68. [2]王华.基于FPGA的直接数字频率合成器设计[J].电气电子教学学报，2012，34（5）：52-54. [3]王锐，徐永兵.一种高精度直接数字频率合成方法[J].无线电工程，2011，41（11）：50-52. [4]丁小汀.基于单片机的直接数字频率合成器的设计[J].现代电子技术，2007（13）：55-57. 示波器的原理和使用篇7 关键词：微波测量；时域；带通滤波器；实验教学 中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）17-0271-02 微波测量课程具有较强的理论性和实践性，目的是使学生掌握现代微波测量的基础理论和微波测量仪器原理、方法与应用，在科学实验或生产实践中能制定合理测试方案，选用合适的测量仪器设备，正确处理测量数据，培养学生实验和工程应用的方法与操作技能。由于微波测量仪器设备种类繁多，价格昂贵，部分实践教学侧重于演示性实验，或者由于可供学生使用仪器设备缺乏取消实验内容。综合设计型实验教学内容设计更是缺乏。 鉴于以上几点，本文提出以腔体滤波器为微波测量课程典型实验教学对象，开发设计一个综合性实验教学课程内容，即通过腔体滤波器的理论计算和实验调试的小型微波工程设计样例，使学生掌握矢量网络分析仪校准技术与操作，矢量网络分析仪的时域测量技术，微波腔体滤波器的时域调谐技术以及其主要性能指标参数测量，具有很强的综合性能力训练特点。 一、基于输入反射群延迟带通腔体滤波器调试 现代微波滤波器的设计大多使用网络综合法，以衰减、相移函数为基础，通过网络综合理论得到滤波器低通原型电路，然后通过频率变换函数，将低通原型转换为低通、高通、带通、带阻等各种滤波器电路，最后利用相应的微波结构来实现集总件原型中的各件。这种设计方法，计算相对简单，有较好的近似度，且能导出最佳设计。由于滤波器中心频点的反射群延迟可以通过低通原型、LC带通结构以及耦合系数得到简便的显式表达式，相对而言，其理论设计与调试过程简便清晰。 本实验中需要通过滤波器反射群延迟时间来进行滤波器性能调试，因此首先要对矢量网络分析仪进行单端口校准；待滤波器调谐螺钉调试完毕后，再进行矢量网络分析仪的全二端口校准，完成滤波器各项性能指标测试。 本实验中所调试的滤波器为S波段5阶腔体滤波器，设计中心频率2.45GHz，带宽100MHz，插损小于1dB，2.05GHz、2.85GHz抑制度大于80dB。滤波器各阶反射群延迟如表1所示（S11=-21dB），具体计算过程参考文献[3]。实验中逐级调试各级调谐螺钉深度，使得滤波器在中心频点处反射群延迟时间尽可能与表1计算数据接近，之后将调谐螺钉锁定；所有调谐螺钉锁定后，将矢网进行全二端口校准后即可进行滤波器各项指标测量。 二、实验步骤 首先进行矢量网络分析仪的单端口校准，为滤波器调试进行准备。完成单端口校准并将显示设定为群延时后，按如下步骤进行腔体滤波器调试： 1.将滤波器所有调谐螺钉锁定螺母松开，将调谐螺钉旋入腔体与谐振杆保持良好接触即可，即各谐振腔短路。 2.将梳状滤波器一端接入port1电缆端口，将第一个调谐螺钉逐渐旋出，直至屏幕上中心频点处显示群延迟时间为如表1第1栏数据，并用螺母将第一个调谐螺钉位置固定。 3.将第二个调谐螺钉逐渐旋出，直至屏幕上中心频点处显示群延迟时间为如表1第2栏数据用螺母将第二个调谐螺钉位置固定。 4.依次将所有调谐螺钉调整合适及螺母锁定；腔体滤波器调谐完毕，准备好下一步性能指标测试。 S波段腔体滤波器调谐完成后，为全面获得滤波器的S参数，网络分析仪需要进行全二端口校准，将调试好的滤波器接入矢网测试电缆端口，首先测试S21曲线，按[Marker]选择读数S21曲线-1dB上下两个频点，1dB带宽数据；读取2.05GHz和2.85GHz频点S21数据，获得这两个频点带外抑制度；导出测量数据；其次，测试S11曲线，按[Format][SWR]，读取带宽内驻波数据；导出驻波测量数据。 三、实验数据及结果分析 腔体滤波器矢量网络分析仪调试时获得的各阶反射群延迟测量波形如图1―图3。 矢量网络分析仪测试得到S21曲线以及带宽、插损、带外抑制度参数如图4所示，该滤波器1dB带宽为104MHz，带内插损小于1dB，满足设计要求；在2.05GHz和2.85GHz处带外抑制度分别88dB和96dB，满足大于80dB设计要求。 四、结论 通过本实验，可以使学生掌握矢量网络分析仪单端口、全二端口校史椒ê筒僮鞑街瑁深刻了解矢量网络分析仪的时域测量功能，理解掌握微波滤波器常见性能指标参数意义及测量方法。 参考文献： [1]甘本祓，吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].北京：科学出版社，1973：1-15. [2]戴晴，黄纪军，莫锦军.现代微波与天线测量技术[M].北京：电子工业出版社，2012：153-166. [3]John B.N.A unified approach to the design，measurement，and tuning of coupled-resonator filters[J].IEEE Trans.on Microwave Theory and Techniques，1998，46（4）：343-351. 示波器的原理和使用篇8 关键词:外差法;频谱分析;混频 1 方案设计 (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) 4 实验结果分析 本实验结果基本上达到了要求。由于采用了高中频原理,所以没有镜像干扰。但是采用的是ad637有效值检波,由于其滞后特性,使得测得中心频率点的峰值会有所减小,中心频率滞后。我们通过来回两次扫频减小误差。本系统的误差来源还有滤波器的带宽不够窄,第一次混频时的两个高频信号会互相干扰,致使频谱不够纯净,对后级的混频滤波会有影响。 参考文献 [1]谢自美.电子线路设计•实验•测试[m].武汉:华中理工出版社,2000,(2). [2]李朝青.单片机原理及接口技术[m].北京:北京航空航天大学出版社,1999,(3). 示波器的原理和使用篇9 关键词：扬声器极性；测试仪；校准；方法 1 概述 扬声器极性测试仪（以下称极性仪）适用与扬声器、耳机及动圈式受话器极性测定的仪器，采用脉冲信号测试，按被测件类型可选择适当的脉冲电压幅度。该仪器操作简单，极性判别快速准确，测试结果通过LED指示灯闪烁显示，同时还可以选择正极性或负极性报警，进一步提高了测试效率。 2 扬声器极性重要性和简单测试方法 2.1 扬声器极性接反产生的问题 对于单个扬声器，如果扬声器极性反了，短时间使用时没有影响，但长时间使用，扬声器本身会受到损伤。在分频电路中，由于电容引起的相位差，有时高音扬声器和低音扬声器接线也是相反的，对于一个扬声器系统，包含两个以上的扬声器，这时扬声器的极性显得非常重要。由于声波的叠加特性，比如一对扬声器接收同样的信号输出，扬声器摆放位置距离较近，但是极性接反了，那么因为一个扬声器振膜前向振动时，另一个后向振动，这样声音效果会很差，在音响系统中，回放的音乐就会变得混浊甚至由于相互抵消导致音乐的不可闻。我们用反极性粉红底噪煲机就和这个原理差不多，对于一对输出极性相同的扬声器，输入相位相反的粉红底噪给对向放着的一对扬声器，声音相互抵消，就不会对周围造成噪音污染。 2.2 P声器极性的简单测试方法 用万用表电阻档或者蜂鸣档或者用合适的电压（视扬声器的大小而定，电压不宜过高，过高可能会烧坏扬声器），用正极触碰扬声器正极，如果扬声器震膜向外弹出，那么万用表的正极与接的是扬声器正极，反之扬声器的震膜向里缩回去，那万用表下极接的是扬声器的负极。有些扬声器震动比较小，不容易看出。这时使用扬声器极性测试仪测试即可快速判断。 3 极性仪工作原理 扬声器的极性是指交流正向电流从这个电极流过的时候扬声器振膜向外运动，负向电流经过时向里运动。 扬声器输入端的极性标志，是指馈给扬声器瞬时直流电压能引起膜片向外运动，那个正电压所接的输入端为正极，极性仪依据这一定义进行测试。首先由仪器产生正向脉冲系列，从红色接线柱端馈给被扬声器，扬声器在这一个信号作用下发生向外或向内的振动，传声器将声振信号转换为电信号送至仪器内，再由仪器经放大处理后作出极性判别：显示“+”表示接红色接线柱端的正极，显示“-”表示接红色接线柱端的是负极。 4 极性仪操作及注意事项 （1）检查电源，确认保险丝可靠接入。 （2）放置好仪器，打开电源，“ON”灯亮，本仪器无需预热即可工作。 （3）打开传声话筒开关。 （4）选择合适的脉冲电压幅度，功能置“极性”，接上被测件，移近被测件与话筒间的距离，仪器测出极性时，将在极性显示区闪烁指示：绿灯闪亮，红输出端接的是被测件的正极；红灯闪亮，红输出端接的是被测件的负极。 （5）电压幅度选用参考如下 高：一般音响扬声器用，中：球顶扬声器用，低：MYLAR扬声器或动圈受话器。 （6）由于话筒和扬声器均具有一定的方向性，因此测试中应保持传声话筒正对被测扬声器，否则可能导致误测。 （7）被测件在脉冲信号的激励下，若不能在话筒处形成足够的声压，则可能测不出极性或导致不稳定的测试。 （8）可选择您所需的讯响方式如下 关：关闭讯响，正：显示正极性时报警，负：显示负极性时报警。 （9）功能置于“试音”时，从测量端输出的是“试音信号”输入端上的信号，因此可用外接信号进行纯音检听。试音时，话筒输入信号被抑制。 （10）功能置于“控制”时，可通过远控开关进行极性测试或纯音检听的切换，即：开关断开时，输出试音信号，可进行纯音检听；开关闭合时，则输出脉冲信号，可进行极性测试。 5 极性仪校准方法 由于极性仪输出端产生的正向脉冲信号系列，所以我们可以参考函数发生器检定规程和脉冲信号发生器检定规程对极性仪的参数进行校准。脉冲信号的主要参数包括（1）脉冲电压，（2）脉冲宽度，（3）脉冲频率，（4）脉冲上升时间。下面是极性仪各参数的校准方法（样品为数台型号139极性仪）。 5.1 脉冲电压校准 将极性仪输出端接入数字示波器的输入端，极性仪的测试模式选“H”，数字示波器按下“Autoset”键，自动扫描信号。当数字示波器显示的脉冲图形较小，可以调整数字示波器电压档位键，使脉冲图形电压值能达数字示波器显示全屏垂直（电压轴）高度的60%到80%为宜，这样可以较准确的读出脉冲电压值，用电压峰值测量模式，测量脉冲电压值通常在14V到16V之间。型号139极性仪技术参数说明脉冲电压值大于10V即为合格。 5.2 脉冲宽度校准 数字示波器和极性仪初步设置同上。当数字示波器显示的脉冲图形较多，可以调整数字示波器时间档位键，使数字示波器只显示一个脉冲图形，而且脉冲宽度能达数字示波器显示全屏水平（时间轴）宽度的60%到80%为宜，这样可以较准确的读出脉冲宽度值。用脉宽测量模式，测量脉冲宽度值通常在2.36ms到2.48ms之间。型号139极性仪技术参数说明脉冲宽度在2.28ms到2.52ms即为合格。 5.3 脉冲频率校准 数字示波器和极性仪初步设置同上。调整数字示波器时间档位键，使数字示波器显示多个（3-6个）脉冲图形为宜，这样可以较准确的读出脉冲频率值。用频率测量模式，测量脉冲频率值通常在9.95Hz到10.05ms之间。型号139极性仪技术参数说明脉冲频率在9.9Hz到10.1Hz即为合格。 5.4 脉冲上升时间校准 数字示波器和极性仪初步设置同上。当数字示波器显示的脉冲图形较多，可以调整数字示波器时间档位键，使数字示波器只显示一个脉冲图形的上升沿，使脉冲图形的上升沿电压值能达数字示波器显示全屏垂直（电压轴）高度的60%到80%为宜，这样可以较准确的读出脉冲上升时间值。用上升时间测量模式，测量脉冲上升时间值通常在28ns到56ns之间。型号139极性仪技术参数说明脉冲上升时间值小于在100ns即为合格。需要说明一点，测量脉冲上升时间值时，由于数字示波器测量信号时自身的上升时间值对被测脉冲上升时间值测量有影响（公式：测量所得的上升时间t2=被测信号上升时间t2+数字示波器自身上升时间t2），但对被测极性仪脉冲上升时间值来说影响很小，可以忽略不计，所以数字示波器脉冲上升时间值读数即为被测极性仪脉冲上升时间值。 6 结束语 综上所述，本文简要讲述了极性仪的重要性及工作原理，经过多年实际工作的实践，提出了极性仪的操作注意事项，最后着重讲述极性仪校准方法以供探讨。 参考文献 [1]杜建国，赵自文，崔广新，等.脉冲信号发生器检定规程[S].中国质检出版社，2003，5. 示波器的原理和使用篇10 Abstract: This paper introduces the application of interpolation algorithm to digital oscillograph.According to programming and simulation, the instauration results of sinc interpolation for form of some kinds of waves are compared, and the RMS errors are computed and analysed. 关键词：数字存储示波器；正弦插值；线性插值；均方误差 Key words: digital oscillograph；sinc interpolation；linearity interpolation；RMS errors 中图分类号：TN911.72文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）34-0168-02 0引言 在理论上，对于一个带宽受限信号，只要用高于该信号最高频率2倍的采样频率对其采样，就可以用采样后得到的样本值不失真地恢复原始信号[1]。虽然采样定理中只要满足采样速率大于等于两倍的信号频率就可以恢复被采样信号，但实际采样时，每周期要采到25点，才能较好的恢复被采样信号的波形，所以，在数字示波器的较高扫速档（采样速率较高的档），要将采样数据插值处理后，才送到屏幕显示波形[2]。 1线性插值 线性插值是在两个采样点之间插入一点，用直线将采样点和插值点连接起来[3]。插入点的数据y（t）可用下式进行计算： y（t）=×y（t）+×y（t） 其中t1、t2为相邻两采样点的时刻。 2正弦插值 Sinx/x插值又称正弦插值，这种插值方法是对数据进行函数运算后用曲线将各个样点连接起来[3]。 设x（t）是数字存储示波器的输入模拟信号，对该信号进行采样，采样周期为T，则得到等间隔采样的样点x（n）=x（nT），n为1，2，N，其中N是示波器记录长度，设x（t）和x（n）的傅里叶变换分别是X（）和X（ejT）。 显然：X（e）=X（），- 内插的目的是得到一个比输入信号采样率高的信号序列，如果采样频率提高D倍，则采样周期降低到T′=T/D，得到的序列为：y（n）=x（nT′）。Y（n）的傅里叶变换为： Y（ejT′）=X（），- 比较两者频谱可以看出，采用一个滤波器滤除中心频率位于±，±，±，±的不需要的频谱并调整X（e）的增益就可以得到更高采样率的序列。 根据上述原理，为了获得具有更高采样率的序列y（n），首先需对x（n）进行增采样，得到增采样序列v（n），然后对v（n）采用低通滤波实现sin（x）/x内插。 由以上的讨论可知，内插滤波器h（k）必须近似低通滤波器，所以，第0个多相滤波器的冲击响应为一个单位脉冲，这意味着第0个多相的输出等于输入填入L-1个0，而这些值中间的另外L-1个采样值必须通过多相滤波器插值得到。从数字滤波器的讨论看，多相滤波器对于输入信号相当于一个全通滤波器，即它不改变输入信号，仅仅起平滑作用[4]。 图1为利用多相结构实现数字低通滤波器的内插滤波器。 设x（n）为以T为间隔采样得到的已知序列，在两个采样点之间插入M个点，构成长度为M的序列，可推导得：Cm（nT）=∑x（nT）sin（n-k）+m/（M+1）T*Pi/（n-k）+m/（M+1）T*Pi 上式就是正弦插值公式，利用它来插值的方法为正弦插值法。 3误差分析 采用插值算法恢复的波形和原始波形必然有误差，但是对于正弦插值算法来说，算法中的各个参数不同误差也不尽相同。由于方波本身存在上升沿和下降沿，所以一个周期内的采样点数必须足够，以确保在上升沿和下降沿有足够的采样点。 对于方波测量，下表列出了与有限的取样率相关的误差，计算使用前后80点，4倍插值。 每周期两个采样点时，设误差是100％，每周期4个采样点，误差达62％。每周期8个采样点，误差降到14％，而当采样点达到16个时，误差已经只有0.02％了。 由于方波中存在上升时间，必须在上升沿采样足够的点。为精确使用正弦内插，最高谐波不得超过奈奎斯特频率。简言之，为了精确测量上升时间，至少在上升沿有两个取样点。上表中的方波是一个周期为2带上升沿和下降沿的函数，并且它关于y轴对称。上升斜率和下降斜率分别为4和－4。所以要在上升沿有两个采样点，一个周期内至少要采样8个点，测量结果也说明，只有在这种情况下，误差才会有明显的降低。 误差不仅和一个周期的采样点数密切相关，和其他因素也紧密相联，下面作具体误差分析。 3.1 每周期相同采样点数，同时采用相同采样点数计算，而插值倍数不同时的误差比较从表2中可以看出，对应于同样的每周期原始采样点数，同样的计算使用点数，插值倍数越高，误差呈增大的趋势。所以只要能够恢复原始波形，选择合适的插值倍数即可，并不是插值倍数越大越好。 3.2 每周期相同采样点数，同时采用相同插值倍数计算，而用于计算的采样点数不同时的误差比较从表3中可以看出，对应于同样的每周期原始采样点数和插值倍数，计算所用的点数增多，最终的误差呈减小的趋势。这说明计算所用前后点数越多，恢复出的波形越接近原始波形，而所用点数到一定的限度时，误差变化减缓，这说明远处的波形对所要恢复的波形影响不大，所以计算所用前后点数并不要求太多，一方面，波形基本稳定，而另一方面，还有可能使得误差加大。 3.3 采用相同插值倍数计算，并且使用于计算的采样点数相同时而只是改变每周期采样点数的误差比较从表4中可以看出，对应于同样的计算使用点数和插值倍数，原始采样点采集的越多，最终的误差就越小。这和实际分析是完全一致的，本身数据采集得越多，最终的波形也就越接近原始波形。 3.4 每周期采样点数相同，采用相同插值倍数计算，并且使用于计算的采样点数相同时各种波形的误差比较从表5中可以看出，正弦波采用正弦插值后的均方误差最小，这是因为正弦波本身用正弦插值恢复与原波形很接近，而三角波和方波则会有较大的误差。 3.5 采用正弦插值与线性插值时的误差比较简单的对比可以发现当原始波形是正弦波时，利用正弦插值来恢复，其误差比线性插值的效果要好的多；而当原始波形是方波或者三角波时，则利用线性插值恢复的效果要更好一点。 应该指出的是不管采用什么样的数字信号处理方法都不能提高理论上的示波器带宽。但是同样的采样频率，采用不同的处理方法得到的示波效果却可能是不一样的。当信号频率远低于奈奎斯特频率时，一般的线性内插也可以得到较好的效果，而当信号频率接近于奈奎斯特频率时，采用正弦内插方法可以得到更好的效果，并且，内插因子（即插值倍数）越大，内插精度就越高，由此，示波器的带宽性能也得到了改善。 参考文献： [1]（美）AV奥本海姆，R W谢弗.数字信号处理[M].北京：科学出版社，1980. [2]刘益成，罗维炳.信号处理与过抽样转换器[M].电子工业大学出版社，1997.
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