使用波形和参数数学进行定制测量

示波器测量参数提供获得波形的精确测量。大多数数字示波器提供大约25个标准参数,如频率、尖峰至尖峰幅值和RMS幅值。如果您需要一个标准测量包中没有的测量参数,怎么办?大多数示波器制造商对这些机会保持警惕,并提供具有可选应用特定参数的专业软件分析包。提供了可供选择的电源、抖动、串行数据和更多的应用软件,每个应用程序都有专门的测量参数。另一个解决方案是允许用户使用波形和参数数学来创建自定义测量。

波形数学结合整个波形使用数学函数。参数数学允许示波器用户根据标准测量参数之间简单的算术关系建立自定义测量参数。这些功能使用户能够扩展测量参数的原有补充,并根据其测量需求创建新的参数。这个特性可以使现有的测量数量超过示波器中可用的基本测量参数。

本文将研究一些常用的测量结果,并说明如何利用波形和参数数学来根据标准测量结果计算这些结果。

使用参数数学建立自定义测量

参数数学在示波器的测量参数设置中被控制,并提供八个算法运算来应用于一个或多个已定义的测量参数( 图1 ).

图1 典型的测量参数数学设置采用参数P-3比P-4.

可用的算术运算是:和、差、积、比、对等(逆转)、同一性、恢复和常数。这些操作,加上使用波形数学操作可以产生许多自定义的参数。参数数学还包括使用视觉基本脚本进行这些计算的能力。视觉基本脚本用于内部程序化范围和自动化选定的范围操作。

基于参数数学的测量共享了标准测量参数的所有特性.它们可以单独显示,也可以统计地显示为平均值、最小值、最大值和标准差值。它们可以用来输入波形数学函数,包括直方图、趋势和轨迹。

定制测量参数示例。

距离探测器

利用超声波信号测量距离包括测量两个参数之间的差异,同时重新测量从时间延迟到距离。 图2 显示使用超声波信号的范围测量.

图2 利用参数数学对传输和反射的超声波脉冲进行时间差计算.

超声波测距仪发射一系列40千赫的脉冲,然后检测接收每个传输脉冲的反射时间。示波器测量确定最大幅度的传播(参数P1)和反射脉冲(参数P-3)使用门控测量。然后,它使用x@最大参数(参数P-2和P-4)测量每个最大发生时间。这些参数之间的时间差(P-5)是脉冲之间的延迟。这一次是距离距离的两倍的测距器和目标。最后一个步骤是使用参数的数学恢复函数将时间乘以脉冲速度的一半。参数P6乘以时间差,乘以空气中脉冲的速度除以2[每秒175.5米(m/s)]。这个功能还具有修改单位的能力,使读数在单位的米。结果的距离是548毫米。

波长频率

所有数字示波器都能读取周期信号的频率。如果你需要测量信号的波长呢?波长是指信号的速度除以频率.对于2.249千兆赫的空气中的光波,速度为300,000,000米/秒,波长为0.133米(133毫米)。计算很简单,可以用计算器计算,但是假设你想记录下测量结果,并把它和其他测量结果一起放在示波器屏幕上。使用常量、比率算法运算和测量频率的组合,可以将波长添加到屏幕上,如图所示: 图3 .

图3 利用参数数学从频率计算波长的恒定设置.常数除以测量频率来获得信号的波长。

频率波长的计算从以300米/秒的速度进入空气中的信号进入参数P-2开始。常量的设置包括输入常量的物理单位的能力,在本例中是m/s。利用参数p2对P1的频率的比函数来实现信号速度与频率的比。2.249千兆赫光波的波长是133毫米。

头盖系数

峰值因子是射频信号的峰值幅值与其RMS值的比率。示波器测量波形的最高点到最高点的值,但要获得峰值值需要一些数学计算。 图4 显示过程使用一个40千兆波特8psk信号在一个1GZ载波器。确定一个复杂信号的峰值是复杂的.峰可以是正的,也可以是负的。利用绝对值波形数学函数建立峰值检测器,将获得的双极射频信号转换为单极信号,然后利用最大测量参数求出最大峰,从而提取峰值。

图4 利用绝对值数学函数和最大测量参数来测量被调制射频载波的峰值。

数学跟踪F1在跟踪M1中对调制射频载波的绝对值进行计算。用最大值测量参数P1进行峰值测量。这个过程使用数学函数对幅值进行定制测量,可以在任何示波器中完成,提供绝对数学函数和最大或峰值测量,不需要使用测量参数数学。后半部分的峰值因子计算确实使用了参数数学.继续使用最大参数P1和射频载波的峰值。测量P-2是RMS值的射频波形,一个标准测量。采用参数数学方法,以P1-P-2的比例作为参数P-3,完成了峰值系数的计算。

显然功率和功率因数

虽然在这个示波器中,开关模式电源的测量通常由一个特定应用的软件选项支持,但是可以使用波形和参数数学的组合进行同样的测量。 图5 提供了一个基于获得的开关电源的主电压和电流的计算表观功率、实际功率和功率因数的例子。

图5 利用参数数学计算基于输入线路电压和线路电流的电力系统表观功率、实际功率和功率因数。

表面功率P-3是线路电压p1和线路电流p2的rms值的产物。用参数数学的重放函数P-4将表观功率的读数转换成正确的伏安单位。

为了计算实际功率,波形数学积函数乘以电压和电流波形。这是数学跟踪F1中显示的瞬态功率。参数P-5测量产生实际功率读数的瞬态功率的平均值。实际功率与表面功率的比率是用比率参数数学函数表示的功率系数P6。

调频调制指数

频率调制(FM)是常用的应用,如频移电控和扩频。对FM信号的关键测量之一是其调制指数.调制指数是调频信号从载波上的频率偏差与其调制频率的比率。这些测量都不能直接从调制载波进行。必须对信号进行解调,以确定FM偏差和调制频率。

利用频率测量参数的波形数学跟踪函数,可以很容易地实现解调。轨道是信号瞬间频率的时间同步图。 图6 展示了在计算90MHZ载波的FM信号的FM调制指数时所做的关键测量。

图6 利用频率解调轨道函数的测量方法,对90MHZ调频信号进行解调,计算频率偏差和调制频率,计算调制指数。

FM载波显示在左上方的网格中。调制载波的快速傅立叶变换(FFT)在右网格中显示了90MHZ载波信号频率变化的动态。FFT的水平尺度系数为每项500千赫,频率偏差可从FFT中近似读取为+250千赫。

通过绘制信号频率的轨迹,可以更精确地测定频率偏差。这在左下方网格中显示。轨道函数绘制了在周期与时间的基础上测量的瞬间频率,与源波形同步。轨道函数的垂直轴是频率单位.轨道的尖峰到尖峰幅的参数测量是频率偏差的两倍。利用参数数学的重新分配函数,将轨道除以二倍,其频率偏差结果为251.67千赫。在本例中,轨道P-4的频率是10千赫的调制频率。P-5使用参数数学比函数计算调制指数,将频率偏差除以调制频率。调制指数是25.2.

用于这些例子的示波器是一个远程勒克罗伊瓦维梅斯特8ZI-A,像其他的远程勒克罗伊窗口示波器,包括参数数学。不包括参数数学的示波器可以使用脚本或类似的编程功能来执行这些计算。

波形和参数数学

利用波形和参数数学的组合,示波器用户可以创建自定义的测量。这些测量数据和标准测量参数一样显示在屏幕上,可以作为持续分析的基础,包括测量统计数据和直方图、趋势和跟踪波形数学函数。