基于TDS系列示波器的动态能量测试系统
发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:472
摘 要：动态能量时域过程的捕捉与分析在工业过程监测和产品质量测试中有十分重要的意义和相当广泛的应用。本文介绍了一个以TDS1000/2000/3000B系列示波器为基础构成的动态能量测试系统。它已成功地用于汽油机点火技术特性；电机过渡过程；电容、电感、电池充放电过程等方面的动态能量时域过程的智能测试。
引言
电能测量是一种成熟、常用而又重要的测试技术。它与能源利用、经济效益和环境保护等重大课题都紧密相关。但是，通常所指的“电能测量”，其测试对象一般是直流或工频电能量。他们都表现为稳态信号。其数值是不随时间变化或缓慢变化或周期变化的。一般来说采用各种电能计量仪表，按工业标准规定测量某些参数数值即可。但是随着科学应用和现代工业自动化技术的发展，在许多实验研究，工业过程及产品测试中，能量的变化不再是稳态过程，而表现为随时间变化的突发性、随机性和瞬时性，是典型的动态时域过程。在实际中这样的例子很多。例如，在工业过程的自动化控制中电机运行条件日趋复杂，表现为电机运行过渡过程的大量增加。即为了执行控制程序指令，电机必须频繁的启动、停车、变速、换向、加载、卸载等等。又比如储能器件（电容、电感及电池等）能量的充填与释放，往往表现为一个单次瞬态时域过程。再一个典型例子是汽油发动机的点火能量，它是一种占空比很小，脉冲沿十分陡峭并伴随有强电磁干扰的时域过程。尽管稳态能量和动态能量的测试理论是相同的，都是电压与电流在对应时刻上相乘得到功率后再对时间积分，但测试技术的难度和设备的复杂程度却大不相同。后者要求测试系统有足够的带宽，良好的动态响应和很强的抗干扰能力。同时对捕捉到的信息必须及时存储，然后分析、处理并获得电压、电流、功率和能量的时域波形，而不仅仅是某些时刻的参数值。要实现上述测试任务，目前没有现成的动态能量测试设备可供选择，需要自己结构测试系统。在各种方法中，其首选方案是：电压、电流探头+台式智能示波器+计算机+应用测试程序。其中，示波器的正确选用是关键因素。
美国Tektronix公司在2002年推出了TDS1000系列、TDS2000系列数字存储示波器和TDS3000B系列数字荧光示波器。它们都属于中、低档价位的智能示波器，具有实时采样速率高、智能功能较全、可配程控接口、抗电磁干扰能力强、性价比好等共同特点。经过反复的比较和实验，这些示波器在动态能量测试中都有良好的稳定性、适用性和抗干扰能力。同时，还给用户提供了一个较大的价位选择空间。应该说，选择上述示波器用于动态能量时域过程测试是最佳方案之一。
为了实验教学和工业产品测试的需要，我们构建了基于TDS1000/2000/3000B系列示波器的动态能量测试系统。经过长期测试，它已成功的用于电机过渡过程能量测试，电容、电感、电池的充放电能量测试、发动机点火能量测试。配以相应的传感器，这个测试系统还能用于某些非电量瞬态能量时域过程的测试，如相机快门的机械能、冲击温升的热能和快速运动物体的动能等等。有理由认为：这个测试系统有一定的实用价值和良好的应用前景。
测试系统构成及主要特点
基于TDS1000/2000/3000B系列示波器的动态能量测试系统主要由电压、电流探头，TDS系列示波器，应用测试软件，计算机及其外围设备等组成。
现以汽油机点火能量测试为例，说明测试系统的工作过程：首先高压探头将点火装置输出的脉冲高电压进行衰减后送给TDS系列示波器一个Y输入通道，而电流探头则将点火装置输出的脉冲小电流转换为相应的脉冲小电压输入到TDS系列示波器另一个Y输入通道。接着调整示波器的各项工作状态参数，及时、正确地捕获电压、电流时域波形，并存入相应的参考存储器中。最后借助应用测试软件把示波器捕获的数据传送给计算机并进行运算处理，以获得与能量相关的数据表和时域波形图。如果需要，则将所需信息硬拷贝输出或进行网络传输。
测试系统的结构框图如下：
 摘 要：动态能量时域过程的捕捉与分析在工业过程监测和产品质量测试中有十分重要的意义和相当广泛的应用。本文介绍了一个以TDS1000/2000/3000B系列示波器为基础构成的动态能量测试系统。它已成功地用于汽油机点火技术特性；电机过渡过程；电容、电感、电池充放电过程等方面的动态能量时域过程的智能测试。 电能测量是一种成熟、常用而又重要的测试技术。它与能源利用、经济效益和环境保护等重大课题都紧密相关。但是，通常所指的“电能测量”，其测试对象一般是直流或工频电能量。他们都表现为稳态信号。其数值是不随时间变化或缓慢变化或周期变化的。一般来说采用各种电能计量仪表，按工业标准规定测量某些参数数值即可。但是随着科学应用和现代工业自动化技术的发展，在许多实验研究，工业过程及产品测试中，能量的变化不再是稳态过程，而表现为随时间变化的突发性、随机性和瞬时性，是典型的动态时域过程。在实际中这样的例子很多。例如，在工业过程的自动化控制中电机运行条件日趋复杂，表现为电机运行过渡过程的大量增加。即为了执行控制程序指令，电机必须频繁的启动、停车、变速、换向、加载、卸载等等。又比如储能器件（电容、电感及电池等）能量的充填与释放，往往表现为一个单次瞬态时域过程。再一个典型例子是汽油发动机的点火能量，它是一种占空比很小，脉冲沿十分陡峭并伴随有强电磁干扰的时域过程。尽管稳态能量和动态能量的测试理论是相同的，都是电压与电流在对应时刻上相乘得到功率后再对时间积分，但测试技术的难度和设备的复杂程度却大不相同。后者要求测试系统有足够的带宽，良好的动态响应和很强的抗干扰能力。同时对捕捉到的信息必须及时存储，然后分析、处理并获得电压、电流、功率和能量的时域波形，而不仅仅是某些时刻的参数值。要实现上述测试任务，目前没有现成的动态能量测试设备可供选择，需要自己结构测试系统。在各种方法中，其首选方案是：电压、电流探头+台式智能示波器+计算机+应用测试程序。其中，示波器的正确选用是关键因素。 美国Tektronix公司在2002年推出了TDS1000系列、TDS2000系列数字存储示波器和TDS3000B系列数字荧光示波器。它们都属于中、低档价位的智能示波器，具有实时采样速率高、智能功能较全、可配程控接口、抗电磁干扰能力强、性价比好等共同特点。经过反复的比较和实验，这些示波器在动态能量测试中都有良好的稳定性、适用性和抗干扰能力。同时，还给用户提供了一个较大的价位选择空间。应该说，选择上述示波器用于动态能量时域过程测试是最佳方案之一。 为了实验教学和工业产品测试的需要，我们构建了基于TDS1000/2000/3000B系列示波器的动态能量测试系统。经过长期测试，它已成功的用于电机过渡过程能量测试，电容、电感、电池的充放电能量测试、发动机点火能量测试。配以相应的传感器，这个测试系统还能用于某些非电量瞬态能量时域过程的测试，如相机快门的机械能、冲击温升的热能和快速运动物体的动能等等。有理由认为：这个测试系统有一定的实用价值和良好的应用前景。 基于TDS1000/2000/3000B系列示波器的动态能量测试系统主要由电压、电流探头，TDS系列示波器，应用测试软件，计算机及其外围设备等组成。 现以汽油机点火能量测试为例，说明测试系统的工作过程：首先高压探头将点火装置输出的脉冲高电压进行衰减后送给TDS系列示波器一个Y输入通道，而电流探头则将点火装置输出的脉冲小电流转换为相应的脉冲小电压输入到TDS系列示波器另一个Y输入通道。接着调整示波器的各项工作状态参数，及时、正确地捕获电压、电流时域波形，并存入相应的参考存储器中。最后借助应用测试软件把示波器捕获的数据传送给计算机并进行运算处理，以获得与能量相关的数据表和时域波形图。如果需要，则将所需信息硬拷贝输出或进行网络传输。 测试系统的结构框图如下：
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公网安备44030402000607
