数字存储示波器与瞬态信号测量 (2)
简易数字存储示波器实验报告
目录一.数字存储示波器简介及设计思路 (3)2.实验设计原理 (5)三、系统各模块的简单说明 (5)四.最终实现功能说明 (8)五.实验设计实现功能模块具体分析 (9)六、实验硬件分配及总体仿真波形 (15)一、数字存储示波器简介及设计思路数字存储示波器是20世纪70年代初发展起来的一种新型示波器。
这种类型的示波器可以方便地实现对模拟信号波形进行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步的处理,例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值等参数的自动测量以及多种复杂的处理。
而我们此次要设计的便是一种简易的数字存储示波器。
数字存储示波器可实现以下功能。
通过对来自信号源的信号进行采集(可分为实时取样和等效时间取样),将获得的值存储在内置RAM内,后期操作有对波形的显示、波形的测量(如测量频率、幅值、上升下降时延等)和波形处理(如双踪两波形的相加、相减、X-Y显示等等)。
其工作示意图如下所示:而我们设计的简易数字存储示波器实现的功能有对单一信道信号进行采样存储显示(分实时显示和存储后期调用显示)、对信号进行频率测量并显示数值、对波形进行上移、下移、扩展、收缩操作、示例波形演示(包括正弦波、锯齿波、方波)。
我们所用的硬件有实验箱上的高速的模数转换器TLC5510、FPGA芯片、单片机、LCD显示屏、FPGA内置RAM、外围扩展的RAM和键盘。
以下框图为实验箱硬件使用说明图:下移、扩展、收缩和测频的处理。
二、实验设计原理设计总体逻辑思路如下:系统开始工作时,通过按键选择是否开始检测波形,若是,则首先由频率检测器检测频率,然后根据测得的频率选择适当的采样频率。
信号源产生的信号通过A/D采样,采样结果保存在FPGA内置的存储器中。
待存储完一帧数据时进行输出到LCD上显示。
待显示100ms后暂停100ms以消除视觉暂留效应,然后准备下一帧数据的存储和显示。
如若需要存储波形,则在当前显示的同时,将采样得到的数据送往片外的SDRAM存储,直至存储结束或者存储容量达到上限。
.archivetemp数字示波器讲解
数字示波器实验示波器是一种用途广泛的电子仪器,可分为普通模拟示波器(Cathode Ray Tube,CRT)和数字存储示波器(Digital Storage oscilloscopes-DSO)。
DSO是在ART的基础上发展起来的,其核心单元为数字存储器,以数字编码的形式贮存信号,贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。
示波器的重要特点是能把本来抽象的电信号变化过程转变为可以看得见的图像。
例如:示波器可以用来观察交流电压(或电流)的波形、测量频率、相位、电压(或电流)和功率等。
此外,许多非电过程转换为电过程后,也可以通过示波器来观察和测量。
【实验目的与要求】1.熟练掌握双踪数字合成函数信号发生器和双踪数字示波器的操作;2.进一步学习用数字示波器观察和测量信号波形;3.利用数字示波器捕捉非周期性瞬态信号。
【实验原理】电子设备可以划分为两类:模拟设备和数字设备。
模拟设备的电压变化连续,而数字设备处理的是代表电压采样的离散二元码。
传统的电唱机是模拟设备,而CD 播放器是属于数字设备。
同样,示波器也分为模拟和数字类型。
模拟和数字示波器都能够胜任大多数的应用。
但是,对于一些特定应用,由于两者具备的不同特性,每种类型都有适合和不适合的地方。
作进一步划分,数字示波器可以分为数字存储示波器(DSO)、数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。
1.模拟示波器示波器动态显示物理量随时间变化的基本思路是将这些变化量转换成随时间变化的电压,加在电极板上,极板间形成相应的变化电场,使得进入变化电场的电子运动情况相应地随时间变化,最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。
模拟示波器的基本结构包括两大部分:示波管和控制示波器的电路。
示波管是呈喇叭形的玻璃泡,抽成真空,内部装有电子枪和两对相互垂直的偏转板,在喇叭口状的曲面壁上涂有荧光物质,构成荧光显示屏。
电子枪的灯丝通电后使阴极受热而发射电子。
当高速电子撞击在荧光屏上前,要经过相互正交放置的X、Y偏向板。
PICO示波器使用培训教程
PICO示波器使用培训教程一、引言PICO示波器是一款高性能、便携式的数字存储示波器,广泛应用于电子测试、维修、研发等领域。
本教程旨在帮助用户了解PICO 示波器的基本原理、功能特点、操作方法和应用技巧,以便更好地使用PICO示波器进行测试和测量。
二、PICO示波器基本原理PICO示波器采用数字存储技术,将模拟信号转换为数字信号进行存储和处理。
其基本原理包括采样、量化、编码和存储等步骤。
1.采样:PICO示波器通过内置的模拟前端电路对输入信号进行采样,将模拟信号转换为离散的采样点。
2.量化:将采样点的模拟电压值转换为数字值,通常使用12位或14位ADC进行量化。
3.编码:将量化后的数字值编码为二进制数,以便存储和处理。
4.存储:将编码后的数字值存储在内部存储器中,以便进行后续处理和分析。
三、PICO示波器功能特点1.高分辨率:PICO示波器通常具有12位或14位ADC,能够提供高精度的信号测量。
2.高采样率:PICO示波器具有高达5GS/s的采样率,能够捕捉到高频信号和瞬态信号。
3.大存储深度:PICO示波器具有较大的存储深度,能够存储大量的采样点,以便进行长时间的数据记录和分析。
4.丰富的触发功能:PICO示波器具有多种触发方式,如边沿触发、脉冲宽度触发等,能够满足不同测试需求。
5.多种分析方法:PICO示波器提供了多种信号分析方法,如频率分析、功率谱分析等,能够帮助用户深入了解信号特性。
6.便携式设计:PICO示波器采用便携式设计,方便用户在不同场合进行测试和测量。
四、PICO示波器操作方法PICO示波器的操作方法如下:1.连接探头:将探头连接到PICO示波器的输入端口,确保探头与被测信号正确连接。
2.打开PICO示波器:按下电源按钮,打开PICO示波器。
3.选择通道:通过旋转通道选择旋钮,选择需要测量的通道。
4.设置触发:通过旋转触发选择旋钮,选择合适的触发方式,如边沿触发、脉冲宽度触发等。
控制工程基础实验指导书[答案解析]
控制工程基础实验指导书自控原理实验室编印(内部教材)实验项目名称:(所属课程:)院系:专业班级:姓名:学号:实验日期:实验地点:合作者:指导教师:本实验项目成绩:教师签字:日期:(以下为实验报告正文)一、实验目的简述本实验要达到的目的。
目的要明确,要注明属哪一类实验(验证型、设计型、综合型、创新型)。
二、实验仪器设备列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。
三、实验内容简述要本实验主要内容,包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。
四、实验步骤简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。
五、实验结果给出实验过程中得到的原始实验数据或结果,并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算,从而得出本实验最后的结论。
六、讨论分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因,实验中自己发现了什么问题,产生了哪些疑问或想法,有什么心得或建议等等。
七、参考文献列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资料。
格式如下:作者,书名(篇名),出版社(期刊名),出版日期(刊期),页码实验一 控制系统典型环节的模拟一、实验目的1、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法;2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性;3、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。
二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台;2、超低频慢扫描数字存储示波器一台;3、数字万用表一只;4、各种长度联接导线。
三、实验原理以运算放大器为核心元件,由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节,如图1-1所示。
图中Z1和Z2为复数阻抗,它们都是R 、C 构成。
图1-1 运放反馈连接基于图中A 点为电位虚地,略去流入运放的电流,则由图1-1得:21()o i u ZG s u Z ==-(1-1) 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。
1、比例环节实验模拟电路见图1-2所示图1-2 比例环节传递函数:21()R G s K R =-=- 阶跃输入信号:-2V 实验参数:(1) R 1=100K R 2=100K (2) R 1=100K R 2=200K 2、 惯性环节实验模拟电路见图1-3所示图1-3 惯性环节传递函数:2212211211()11R CS R Z R K CS G s Z R R R CS TS +=-=-=-=-++阶跃输入:-2V 实验参数:(1) R 1=100K R 2=100K C=1µ f23、积分环节实验模拟电路见图1-4所示图1-4 积分环节传递函数:21111()Z CS G s Z R RCS TS=-=-=-= 阶跃输入信号:-2V 实验参数:(1) R=100K C=1µ f (2) R=100K C=2µ f 4、比例微分环节实验模拟电路见图1-5所示图1-5 比例微分环节传递函数:22211111()(1)(1)1D Z R R G S R CS K T S R Z R CS R CS =-=-=-+=-++ 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输入信号:-2V 实验参数:12(2)R1=100K R2=200K C=1µ f四、实验内容与步骤1、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路;2、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节;3、按照给定的实验参数,利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试,观察并记录其单位阶跃响应波形。
使用示波器进行信号测量的技巧和注意事项
使用示波器进行信号测量的技巧和注意事项信号测量在电子领域中扮演着非常重要的角色,而示波器则是信号测量中不可或缺的工具。
它可以将电信号转化为可视化的波形,帮助工程师们分析和判断信号的特性。
然而,在使用示波器进行信号测量时,仍然有一些技巧和注意事项需要我们牢记。
首先,在使用示波器进行信号测量之前,我们需要了解一些基本概念。
示波器主要有两种类型:模拟示波器和数字示波器。
模拟示波器是早期使用的一种示波器,它能够测量连续时间的信号。
而数字示波器则通过模数转换将连续时间的信号转化为离散时间的信号,然后通过数字处理进行测量和分析。
在实际应用中,数字示波器的使用更加广泛,因为它具有更高的测量精度和更多的功能。
在进行信号测量时,我们需要注意一些技巧。
首先是选择适当的示波器探头。
探头是示波器连接到被测信号源的接口,它能够准确地采集信号,但也会对信号造成一定的影响。
对于高频信号的测量,我们应该选择带宽较宽的高频探头,以确保测量结果的准确性。
而对于低频信号的测量,则可以选择带宽较窄的低频探头。
其次是选择合适的触发模式。
触发模式是示波器在采集信号时的触发条件。
合适的触发模式可以帮助我们捕捉到特定的信号特征。
常见的触发模式有边沿触发、脉宽触发等。
在选择触发模式时,我们需要根据被测信号的特征来确定合适的触发条件,并进行相应的设置。
此外,在进行信号测量时,还需要关注示波器的校准。
示波器的校准是确保测量结果准确性的重要步骤。
我们可以通过连接已知的标准信号源来校准示波器,以确保它能够准确地测量信号。
另外,还需要定期对示波器进行校准,以确保其长期的测量准确性。
在实际的信号测量中,我们还需要注意一些细节。
首先是地线的连接。
示波器的地线是将示波器和被测点之间的地势进行连接的重要部分。
在连接地线时,我们需要注意保持地线的短小和低阻抗,以减小干扰对信号测量的影响。
另外,我们还需要关注信号的耦合方式。
示波器的耦合方式有直流耦合和交流耦合两种。
教您利用数字存储示波器对特殊信号进行测量的方法
教您利用数字存储示波器对特殊信号进行测量的方法
数字示波器适用于测量快速脉冲信号,同时配有高增益放大器,所以灵敏度高,可观测微弱信号。
在航空、航天、电子工业产品调试、测试中,数字示波器的应用也越来越普遍。
现在数字示波器不再仅限于测量波形的脉冲参数,通过FFT的时/频变换可测试频谱,通过时钟可获得信号抖动图。
数字示波器适用于测量快速脉冲信号,同时配有高增益放大器,所以灵敏度高,可观测微弱信号。
在航空、航天、电子工业产品调试、测试中,数字示波器的应用也越来越普遍。
现在数字示波器不再仅限于测量波形的脉冲参数,通过FFT的时/频变换可测试频谱,通过时钟可获得信号抖动图。
因此它是测试人员首选的多用途测量仪器。
1 捕获单脉冲随机信号。
.archivetemp数字示波器分析
数字示波器实验示波器是一种用途广泛的电子仪器,可分为普通模拟示波器(Cathode Ray Tube,CRT)和数字存储示波器(Digital Storage oscilloscopes-DSO)。
DSO是在ART的基础上发展起来的,其核心单元为数字存储器,以数字编码的形式贮存信号,贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。
示波器的重要特点是能把本来抽象的电信号变化过程转变为可以看得见的图像。
例如:示波器可以用来观察交流电压(或电流)的波形、测量频率、相位、电压(或电流)和功率等。
此外,许多非电过程转换为电过程后,也可以通过示波器来观察和测量。
【实验目的与要求】1.熟练掌握双踪数字合成函数信号发生器和双踪数字示波器的操作;2.进一步学习用数字示波器观察和测量信号波形;3.利用数字示波器捕捉非周期性瞬态信号。
【实验原理】电子设备可以划分为两类:模拟设备和数字设备。
模拟设备的电压变化连续,而数字设备处理的是代表电压采样的离散二元码。
传统的电唱机是模拟设备,而CD 播放器是属于数字设备。
同样,示波器也分为模拟和数字类型。
模拟和数字示波器都能够胜任大多数的应用。
但是,对于一些特定应用,由于两者具备的不同特性,每种类型都有适合和不适合的地方。
作进一步划分,数字示波器可以分为数字存储示波器(DSO)、数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。
1.模拟示波器示波器动态显示物理量随时间变化的基本思路是将这些变化量转换成随时间变化的电压,加在电极板上,极板间形成相应的变化电场,使得进入变化电场的电子运动情况相应地随时间变化,最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。
模拟示波器的基本结构包括两大部分:示波管和控制示波器的电路。
示波管是呈喇叭形的玻璃泡,抽成真空,内部装有电子枪和两对相互垂直的偏转板,在喇叭口状的曲面壁上涂有荧光物质,构成荧光显示屏。
电子枪的灯丝通电后使阴极受热而发射电子。
当高速电子撞击在荧光屏上前,要经过相互正交放置的X、Y偏向板。
控制工程基础实验指导书(答案)
控制工程基础实验指导书自控原理实验室编印(内部教材)实验项目名称:(所属课程:)院系:专业班级:姓名:学号:实验日期:实验地点:合作者:指导教师:本实验项目成绩:教师签字:日期:(以下为实验报告正文)一、实验目的简述本实验要达到的目的。
目的要明确,要注明属哪一类实验(验证型、设计型、综合型、创新型)。
二、实验仪器设备列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。
三、实验内容简述要本实验主要内容,包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。
四、实验步骤简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。
五、实验结果给出实验过程中得到的原始实验数据或结果,并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算,从而得出本实验最后的结论。
六、讨论分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因,实验中自己发现了什么问题,产生了哪些疑问或想法,有什么心得或建议等等。
七、参考文献列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资料。
格式如下:作者,书名(篇名),出版社(期刊名),出版日期(刊期),页码实验一 控制系统典型环节的模拟一、实验目的1、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法;2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性;3、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。
二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台;2、超低频慢扫描数字存储示波器一台;3、数字万用表一只;4、各种长度联接导线。
三、实验原理以运算放大器为核心元件,由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节,如图1-1所示。
图中Z1和Z2为复数阻抗,它们都是R 、C 构成。
图1-1 运放反馈连接基于图中A 点为电位虚地,略去流入运放的电流,则由图1-1得:21()o i u ZG s u Z ==-(1-1) 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。
1、比例环节实验模拟电路见图1-2所示图1-2 比例环节传递函数:21()R G s K R =-=- 阶跃输入信号:-2V 实验参数:(1) R 1=100K R 2=100K (2) R 1=100K R 2=200K 2、 惯性环节实验模拟电路见图1-3所示图1-3 惯性环节传递函数:2212211211()11R CS R Z R K CS G s Z R R R CS TS +=-=-=-=-++阶跃输入:-2V实验参数:(1) R 1=100K R 2=100K C=1µf(2) R=100K R 2=100K C=2µf 3、积分环节实验模拟电路见图1-4所示图1-4 积分环节传递函数:21111()Z CS G s Z R RCS TS=-=-=-= 阶跃输入信号:-2V 实验参数:(1) R=100K C=1µf (2) R=100K C=2µf 4、比例微分环节实验模拟电路见图1-5所示图1-5 比例微分环节传递函数:22211111()(1)(1)1D Z R R G S R CS K T S R Z R CS R CS =-=-=-+=-++ 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输入信号:-2V实验参数:(1)R1=100K R2=100K C=1µf(2)R1=100K R2=200K C=1µf四、实验内容与步骤1、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路;2、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节;3、按照给定的实验参数,利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试,观察并记录其单位阶跃响应波形。
清华大学物理实验报告-数字存储示波器与瞬态信号测量
作试验日期2010年5月19日实验组号双3下F 教师评定数字存储示波器与瞬态信号测量一.实验目的1. 了解并学会使用数字存储示波器与QW-1行瞬态信号测量实验仪;2. 了解传输线中脉冲信号反射波的特点并学会用示波器去测量反射波和入射波;3. 了解超声波的原理,学习并体会超声波在检测中的应用。
二.实验仪器1. TDS1002数字存储示波器2. QW-1型瞬态信号测量实验仪(如图1所示)(1). “超声探头”的“发射”和“接收”只准接超声探头,测量前将“发射”和“接收”端用BNC线(同轴电缆线)连接。
不许接到示波器。
(2). “超声探头”衰减器的示数含义为,若“衰减器Ⅰ” ( 0~9 ) 读数为5,“衰减器Ⅱ” ( 0~9 ) 读数为2,则衰减倍数为52db,实际衰减倍数约为1052/20≈ 400。
利用衰减器可以改变信号的波形、幅度和脉宽等。
(3). “信号源”的“射频”可输出正负脉冲电压信号,“检波”输出正向脉冲电压信号,可用示波器检验。
(4). “反射信号检测”的“输入端”和“输出端”已内部连接一定长度同轴电缆。
相邻两个输出端、输出端已并联。
作试验日期2010年5月19日实验组号双3下F 教师评定三.实验原理1.用数字存储示波器观测连续或单脉冲信号这部分内容利用QW-1型瞬态信号测量实验仪的“信号源”进行。
其“信号源”可以产生2.4kHz左右的连续或单次脉冲信号,由“触发选择”开关控制。
当“触发选择”开关拨到“单次”,就可以由“单次触发”手动按键控制单次信号的产生,按动一次产生一个单次脉冲信号。
测量前将“超声探头”的“发射”和“接收”端口用BNC线短路相连,调节“衰减器Ⅰ”和“衰减器Ⅱ”可控制“射频”和“检波”输出脉冲幅度。
将“检波”端口与示波器用BNC线相连,调节示波器处于捕捉状态,分别获取“触发选择”处于“连续”和“单次”状态下的波形。
2.传输线中脉冲信号反射波的测量和应用电磁波在同轴电缆的中心导体屏蔽层之间传输,是一封闭电路。
数字存储示波器的使用实验报告
数字存储示波器的使用实验报告篇1示波器的使用预习思考题1.示波器的功能是什么?2.扫描同步如何理解?3.什么是李萨如图?1.电子示波器是用来直接显示,观察和测量电压波形机器参数的电子仪器。
2.用每一个触发脉冲产生于同触发电压所对应的触发信号的同相位点,故每次扫描起点会准确地落在同相位点于是每次扫描的起始点会准确地落在同相位点,于是每次扫描出的波形完全重复而稳定地显示被测波的波形。
就是触发扫描实现同步的原理。
3.当示波器在Y轴与X轴同时输入正弦信号电压且他们的频率式简单的整数比时荧光屏上出现各式各样的图形这类图形称作“李萨如图”实验数据记录实验仪器:YB4320F双追踪示波器,SG1642函数信号发生器实验步骤:1.用示波器观察信号波形(1)调节扫描旋钮,使示波器的扫描线至长短适当的稳定水平亮线(2)将信号发生器接到ch1或ch2输入上,频率选用数百或数千赫兹方式开关及触发源开关的位置与信号输入通道一致的出稳定的波形。
(3)改变输入信号电压的波形,如正弦波,三角波,方波调节扫描微调,以得到2个。
(4)可以在调节其他该扫描熟悉示波器2.用李萨如图测定频率(1)当示波器在Y轴与X轴同时输入正弦信号电压,且他们的频率式简单的整数比的的荧光屏上出现各种形式的图形,这类图形称作“李萨如图”(2)当fg:fx=1:1时输入fg=50hz.fx=50hz,绘出一种李萨如图(3)当fg:fx=1:2时输入fg=300hz.fx=200hz,绘出一种李萨如图。
思考题1.示波器为接通前,有那些注意事项?2.波形不稳定时,应调节那个旋钮?3.为了观察李萨如图,应该怎样设置按钮?4.欲关闭示波器,首先应把那个旋钮扭到最小?1、确定是否接地2、是否正确连接探头3、查看所有的终端额定值4、在是使用一个通道的情况下触发源选的通用一致5、应调节水平微调使之稳定,再调节CH通道6、首先示波器应该在XY轴输入正弦电压,且加上fg与fx上的频率成整数比7、将示波器探头脱开测量电路,将输入选择开关,达到接地位置,关机,如果是模拟示波器的话,需要将聚集旋钮和亮度旋钮调低,然后在关闭电源。
示波器瞬态响应和频带宽度示值误差测量结果的不确定度评定
示波器瞬态响应和频带宽度示值误差测量结果的不确定度评定作者:赵炯来源:《价值工程》2014年第02期摘要:文章介绍使用FLUKE9500B示波器校准仪对示波器的两项主要性能参数:瞬态响应、频带宽度进行测量。
依据相应国家检定规程及实测数据,对其测量结果的不确定度评定做了详细的分析和计算。
Abstract: This article introduces the method of using FLUKE9500B oscilloscope calibrator to measure the two main performance parameters of the oscilloscope: transient response and bandwidth. According to the corresponding national verification regulation and the measured data, the uncertainty evaluation of measurement results analyzed and calculated in detail.关键词:示波器;不确定度;瞬态响应;频带宽度Key words: oscilloscope;uncertainty;transient response;band width中图分类号:TM935.3 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)02-0326-020 引言示波器是一种广泛应用的仪器,多年以来我们检定示波器还是习惯使用“误差”的概念,而较少或没有正确地使用不确定度这一更合理表征测量值的概念。
本文以检定100MHz带宽的模拟示波器为例,对示波器的瞬态响应和频带宽度这两项性能参数进行了测量不确定度的分析和计算。
1 概述1.1 测量依据 JJG 262-1996,模拟示波器检定规程;JJF 1057-1998,数字存储示波器校准规范。
示波器瞬态能量计算公式
示波器瞬态能量计算公式
瞬态能量的计算公式可以通过信号的幅度波形来推导。
对于离散时间信号,瞬态能量E(t)可以通过以下公式计算:
E(t) = 1/2 V(t)^2 C.
其中,V(t)是信号在时刻t的幅度值,C是信号的电容值。
这个公式是基于电路理论推导出来的,它描述了信号在电容上的能量存储情况。
通过示波器测量信号的幅度波形,我们可以得到信号在不同时刻的幅度值,然后利用上述公式计算出瞬态能量。
需要注意的是,这个公式假设信号是电压信号,并且是存储在电容上的能量。
对于其他类型的信号,比如电流信号或者其他物理量的信号,计算瞬态能量的公式可能会有所不同。
此外,对于复杂的信号,可能需要进行积分等操作来计算瞬态能量。
除了上述公式外,对于连续时间信号,瞬态能量的计算公式可能会涉及到积分操作,具体的推导和计算方法会根据信号的特性而有所不同。
总之,示波器瞬态能量的计算公式是一个重要的概念,它可以帮助我们理解信号的瞬时能量分布。
通过合适的公式和方法,我们可以利用示波器测量到的信号波形来计算瞬态能量,从而更深入地分析和理解信号的特性。
数字存储示波器与瞬态信号测量.
数字存储示波器与瞬态信号测量物理测量中,有许多事件和信号是不连续和不重复的,有些事件可能仅出现一次,捕获和记录它们的信息对科学研究和实验工作有很大的意义。
本实验涉及的超声脉冲、传输线中反射波信号即可视作这种信号。
数字存储示波器就是捕获和记录这些瞬时信号的重要工具。
本次实验主要内容有:1.数字存储示波器的使用; 2.传输线中脉冲信号的测量; 3.超声波测量实验,声波波型转换及表面波的观察。
【实验仪器】1. TDS210、 TDS1002、 TDS2002数字存储示波器(使用说明书参见课上参考资料。
2. QW-1型瞬态信号测量实验仪1 “超声探头”的‘发射’和‘接收’只准接超声探头,测量前将‘发射’和‘接收’端用BNC 线(同轴电缆线连接。
实验中不要取下。
由于发射脉冲电压高达几百伏, 不允许接到示波器。
2 “超声探头”衰减器的示数含义为,若‘衰减器Ⅰ ’ (0~9读数为5, ‘衰减器Ⅱ ’ (0~9读数为 2,则衰减倍数为 52db ,实际衰减倍数约为 1052/20 400。
利用衰减器可以改变信号的波形、幅度和脉宽等。
3 “信号源”的‘射频’可输出正负脉冲电压信号, ‘检波’输出正向脉冲电压信号,可用示波器检测。
4 “反射信号检测”的‘输入端’和‘输出端’已内部连接一定长度的同轴电缆。
一.用数字存储示波器观测连续或单脉冲信号这部分内容利用 QW-1型瞬态信号测量实验仪的“信号源”进行。
“信号源”可以产生 2.4kHz 左右的连续脉冲或单次脉冲信号,由‘触发选择’开关控制。
当‘触发选择’开关拨到‘单次’ ,就可以由‘单次触发’手动按键控制单次信号的产生,按动一次产生一个单次脉冲信号。
测量前将“超声探头”的‘发射’和‘接收’端口用BNC 线短路相连以改善信号质量,调节‘衰减器Ⅰ ’和‘衰减器Ⅱ ’ ,可以控制‘射频’和‘检波’输出脉冲幅度。
将‘检波’ 端口与示波器用 BNC 线相连, 调节示波器处于捕捉状态 (TDS210触发菜单的触发方式调整为‘单次触发’ , TDS1002或 2002的 SINGLE SEQ 按键。
数字存储波形测试仪说明书
7" TFT LCD Color 100 2
5 Mega Points 1GSa/s 8-bit
2mV/div~10V/div 5ns/div~100s/div
7" TFT LCD Color 70 2
5 Mega Points 1GSa/s 8-bit
2mV/div~10V/div 5ns/div~100s/div
GDS-1152A-U GDS-1102A-U
5.7" TFT LCD Color
150
5.7" TFT LCD Color
100
2
2
2 Mega Points 2 Mega Points
1 GSa/s(RTS) 25GSa/s(ETS)
8-bit
1 GSa/s(RTS) 25GSa/s(ETS)
8-bit
MAIN FUNCTION
Display
MODEL
Bandwidth(MHz) Number of Channel Memory Depth Sample Rate Vertical Resolution Vertical Sensitivity Time Base Range Counter Function Go/NoGo USB Device Battery Power Operation Power Source Page
Display
MODEL
Bandwidth(MHz) Number of Channel Memory Depth
Sample Rate
GDS-1104B
7" TFT LCD Color 100 4
10 Mega Points 1 GSa/s(RTS)
数字存储示波器
二、数字存储示波器的原理分析
3、波形的显示
1) 存储显示 CPU 控制方式:
将存储器中的数据 按地址顺序取出,送到 D/A转换器转换,还原 为模拟量送至Y轴;与 此同时,将地址按同样 顺序送出,经D/A转换 器转换为阶梯波送至X轴。 这样就能把被测波形显示在CRT屏幕上。
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二、数字存储示波器的原理分析
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一、 概述
2、数字存储示波器的主要技术指标 5)读出速度
读出速度是指将存储的数据从存储器中读出 的速度,常用(时间)/div表示。其中,时间等于 屏幕中每格内对应的存储容量×读脉冲周期。 使用时,示波器应根据显示器、记录装置或 打印机等对速度的不同要求,选择不同的读出速 度。
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一、 概述
2、数字存储示波器的主要技术指标
数字存储示波器特点:
(1) 数字存储示波器在存储工作阶段,对快速信号采用较 高的速率进行取样与存储,对慢速信号采用较低速率进行 取样与存储,但在显示工作阶段,其读出速度采取了一个 固定的速率,不受取样速率的限制,因而可以获得清晰而 稳定的波形。 ◆对于观测频率很高的信号来说,模拟示波器必须选择 带宽很高的阴极射线示波管,这就使造价上升,并且显示 精度和稳定性都较低。而数字存储示波器采用了一个固定 的相对较低的速率显示,从而可以使用低带宽、高分辨率、 高可靠性而低造价的光栅扫描式示波管,这就从根本上解 决了上述问题。若采用彩色显示,还可以很好地分辨各种 信息.
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二、数字存储示波器的原理分析
1、实时取样方式的采集原理
2)A/D转换
若把an中的每一个离散模拟量进行A/D转换, 就可以得到相应的数字量。 如果把这些数字量按序存放在存储器中, 就 相当于把一幅模拟波形以数字量的形式存储起来。 A/D转换器是波形采集的关键部件。它决定了 示波器的最大取样速率、存储带宽以及垂直分辨 率等多项指标。
大学物理实验报告连续信号与瞬态信号的测量
实验报告连续信号与瞬态信号的测量【实验目的】1、学习数字存贮示波器的基本使用方法;2、利用数字存贮示波器观察和测量连续周期电信号;3、利用数字存贮示波器观察和测量闪光灯瞬态信号;【实验原理】1.观察和测量连续信号的参数测量信号发生器输出的交流波形,波形有:正弦波、方波,脉冲波和TTL电平的波形.分别用示波器的交直流输入档测量.粗略描绘波形,记录其峰-峰值、周期或频率.2.相位差的测量按图1连接RC移相电路,利用示波器的光标(CURSOR)旋钮测出输入信号电压和电容两端电压之间的相位差图2所示,寻找3个频率,分别使得相位差接近0度、等于45度和接近90度.画出矢量图(图3所示的任意相位差的矢量图).(1)图1RC移相电路图3U c、U R矢量图3.瞬态信号的测量参见图4,闪光灯属气体放电灯,内充有高压氙气,在两端加有高压的情况下,气体迅速电离,形成电弧,此时电阻急剧下降,在灯管中流过很大的电流,储能电容用来维持放电状态初始的电离,由外加的一个高压脉冲引起.由于在放电过程中,储能电容的能量迅速下降,电容两端的电压也迅速下降,当放电过程不能维持时,闪光就终止了.如果储能电容的容量较小时,这个过程非常短,在微秒量级,要观察其放电过程,较好的方法是用存储示波器.对于极短的闪光过程,要选用合适的光电传感器,响应时间要短.这里我们给出了两种光电传感器,一种是较小面积的PIN型硅光电二极管,这种二极管在PN结中间夹了一层本征材料层,在反向偏置使用时有更小的电容更快的响应和更好的线性.它的有光照变化下的伏-安特性曲线见图5.同时我们给出另一种CdS光敏电阻.CdS光敏电阻的响应时间比较长,不适应作快速测量,在这里我们给出是为了作一个比较,在快速测量中取样电阻也要小,以减少高频损失。
图4中R1为储能电容,C e为放电时的电流取样电阻,R2为光电传感器D的光电流取样电阻,C e与闪光灯并联用这个电路,我们可以同时测量出闪光信号和储能电容C e的放电电流如果C e两端的电压在放电前后分别为V充、V放,那么C e输出的总能量为(2)(3)以信号峰值的10%~90%变化量作为基准,可计算出电流的上升速率di/dt.按图4在插件板上连线,检查无误后接通电源,当闪光发生器上的指示灯亮后,按下触发按钮,此时应有闪光发出.然后调整示波器的触发模式,使其处于单次触发状态,适当调节触发电平和通道灵敏度,就能在荧屏上看到两个取样波形,如图6所示; 更换光电传感器,比较两者的差别;用两个储能电容,以串联、单个和并联的方式改变Ce 的容量,测量它们的波形,并计算E c ,P R1和d i/d t ; 为了能正确测量C e 放电的剩余电压,在按触发按钮前,应把电源开关K 断开.在更换 储能电容时不要碰电容的电极,要确保电容已经放电.为了保证硅光电二极管D 始终保持反向偏置,要适当调整D 与闪光灯的位置,使D 上的最低电压在3V 左右。
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数字存储示波器与瞬态信号测量一、实验目的:1、学会数字存储示波器的使用、传输线中脉冲信号的测量和超声波测量2、学会声频信号的捕获及频谱分析二、实验仪器:1、TDS210、TDS1002、TDS2002数字存储示波器2、QW-1型瞬态信号测量实验仪三、实验原理:1、传输线中脉冲信号反射波的测量和应用电磁波在同轴电缆的中心导体屏蔽层之间传输,是一封闭电路。
由于高频信号的集肤效应电流只在中心导体的表面与屏蔽层的内表面流动,具有良好的屏蔽性。
传输线的等效电路用传输线传送瞬态或高频信号时,传输线的长度已可与波长相比拟,因此在传输线上的电信号存在空间变化,负载不匹配时还有驻波分布。
此时传输线的电路参数需用整个长度上的分布参数来表示,如上图,R、L、C、G分别为单位长度传输线的电阻、电感、电容和电导,v(z,t),i(z,t)为沿传输线长度方向的电压、电流信号。
令:v(z,t)=Re[V(z)e jωt]i(z,t)= Re[I(z)e jωt]利用电磁场理论和电路方程分析单元传输线后可得:其中是传播常数,实部α和虚部β分别是线的衰减常数和相位常数。
微分方程的解为:这里的正负上标分别表示向+z和-z方向行进的行波。
易证明:表明传输线上任何z处的电压电流之比与z无关。
令:Z O 称为传输线的特性阻抗,RO、xO分别表示单位长度的电阻性负载和电感性负载。
传播常数γ决定了传输线中信号的相速和衰减,决定了加上负载后传输线上信号波形的分布。
其中:R=0,G=0(无耗阻线),R/L=G/C(无失真线)以上情况特性阻抗均为纯阻性常数,相位常数β均为ω的线性函数。
对于无限长导线只有沿+z方向的行波,实际导线都是有限的,要考虑终端负载对传输信号的影响。
长为l的传输线,终端接ZL 负载,ZL=VL/IL, VL、IL为负载上的电压电流。
线上任一点处的式中第一项表示沿z的入射波,第二项表示沿-z的反射波。
整理得:称为负载ZL 的电压反射系数。
对于无损线ZO=RO若负载ZL也为纯电阻性负载,分三种情况讨论:①开路ZL =RL=∞,Γ=1电压反射系数最大,在z=l处电压为最大是驻波波腹,电流为最小是驻波波节。
②短路ZL =RL=0,Γ=-1,反射波反向,驻波分布与开路相反。
③负载匹配ZL =RL=RO,Γ=0,没有反射波,线路中只有沿+z方向行波。
负载不同时传输线上z=0和z=l处信号波形示意图如下:a、输入脉冲,调节衰减器使半高宽最窄(约300ns,2V)b、输出端断路R=∞,V1 、V2…为一次、二次…多次反射波z=0处波形z=l处波形c、输出端短路R=0时,z=l处信号为零,z=0出现反相反射波z=0处波形d、负载为匹配电阻R= R时波形Oz=0处波形z=l处波形2、超声波产生原理简述:声波是一种弹性波,能够在所有弹性介质中传播。
能将其他形式的能量转换成超声振动能量的方式都可以用来发生超声波。
目前普遍使用利用压电效应来产生和接受超声波。
超声波在介质中传播可以有不同形式,通常有如下三种:纵波,介质中质点振动方向与超声波传播方向一致,产生于任何固体介质的体积发生交替变化时。
横波,介质中质点振动方向与超声波传播方向垂直,当固体介质同时承受体积和切变变形时,剪切力交替作用于固体介质时可产生横波。
横波只能在固体介质中传播。
表面波,可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成,振动质点轨迹为一椭圆,在距表面1/4波长深处振幅最强,随着深度的增加很快衰减,实际上离表面一个波长以上的地方,质点振动的振幅已经很微弱了。
实验中使用单探头,同一个探头及用来发射超声又用来接收超声。
这时必须使用连通器把实验仪“超声探头”的“发射”和“接收”接口连接起来。
在使用脉冲超声波的过程中,对脉冲波传播时间的测量有两种方法:射频输出脉冲波时要测量峰值对应的时间,检波输出脉冲波时要测量其前沿对应的时间。
两种方法的测量时间有微小差值,通常情况下需要校准探头的测试零点。
探头发射声波的绝对零点到测试零点的时间差称为探头的延迟。
当纵波直探头发射的超声波沿狭长路径传播过程中,部分声波发生反射,反射的声波既有纵波也有横波。
由于横波的声速远小于纵波的声速,因此它的传播时间要大于完全纵波反射的声波,在示波器上看到它在底面反射回波后面出现,称为迟到波,由于只有最后能够返回探头位置的迟到波才能被接收,因此观察到的迟到波是不连续的。
当超声纵波或横波入射到两种介质界面上时,若两种介质都是固体或其中之一是固体,一般情况下在发生反射和折射的同时会反射和折射出另一种波形。
对横波情况类似。
超声波的这种现象称为波型转换。
四、实验内容:1.用数字存储示波器观测连续或单脉冲信号QW-1型瞬态信号测量实验仪的“信号源”可以产生连续或单次脉冲信号,由“触发选择”开关控制。
当“触发选择”开关拨到“单次”就可以由“单次触发”手动按键控制单次信号的产生,按动一次产生一个单次脉冲信号。
测量前将“超声探头”的“发射”和“接收”端口用BNC线短路相连,调节“衰减器Ⅰ”和“衰减器Ⅱ”可控制“射频”和“检波”输出脉冲幅度。
将“检波”端口与示波器用BNC线相连,调节示波器处于捕捉状态。
按动测试仪“单次触发”按键,产生单次信号,示波器捕捉到后在测量信号的精细波形。
要求测量:单脉冲的电压幅值Umax,上升、下降沿时间t r 、t f(由0.1Umax 到0.9Umax之间的时间为上升时间,0.9Umax到0.1Umax之间的时间为下降时间),脉冲宽度t W(脉冲前沿的0.5Umax到后沿的0.5Umax为止的一段时间),记录“衰减器”数值,描出完整的信号波形。
2.传输线中脉冲信号反射波的测量和应用实验仪“反射信号检测”的“输入端”、“输出端”之间已连接60~70米的同轴电缆。
用“检波”输出信号接到“输入端”,信号幅度用“超声探头”的衰减器调节至脉宽较小。
“输出端”分别选择开路、短路和匹配电阻三种方式,分别测出“输入端”、“输出端”之间的信号波形和相对延时τ1、τ 2 ,计算实验仪中的电缆长度(电磁波在电缆中波速为2.0×108m/s)和衰减系数。
3.超声波测量实验(1)缺陷探测—直探头探测CФ3钻孔缺陷深度使用2.5P20的直探头探测CФ3钻孔的离探测面的深度。
把探头按下图位置放置。
底波是工件底面的反射回波。
方法一:相对探测法,利用已知深度的反射回波进行深度标定后直接从屏幕上读出被测缺陷回波的深度。
①按上图找到CФ3钻孔的最大回波②从示波器上直接读出回波的刻度,根据标定比例换算出回波对应的深度③重复上述步骤测量,数据处理后得到CФ3钻孔的深度方法二:绝对探测法,通过直接测量反射回波时间,根据声速计算出缺陷的深度。
①利用试块底面的二次回波测量直探头的延迟时间和纵波声速②按上图找到CФ3钻孔的最大回波③提高示波器的分辨率,测量回波的时间④重复一至三步骤测量,数据处理后计算出CФ3钻孔的深度五、数据记录(实验台:3)1、用数字存储示波器观测连续或单脉冲信号ΔV示波器=50mV Δt示波器=25ns3、传输线中脉冲信号传输和反射的观测(注意波型相位关系,适当调整示波器分度值,估算不确定度)计算实验仪中的电缆长度与不确定度:电磁波速2.0×108m/sL=τ1v=370×10-9×2.0×108=74(m)ΔL2=0.5 vΔt=0.5×2.0×108×50×10-9=5(m)即L=(74+5)m计算衰减系数:Vn+1/Vn=e-2αL 得α=(lnVn-lnVn+1)/2L α=(ln218-ln180)/(74×2)=1.36×10-3m3、超声波测量实验D=39.40mm, R1=30.00mm, R2=H=60.10mm,ΔH=ΔD=ΔR1=ΔR2=0.02mm, ρ=2700kg/m3Δt示波器=0.1div×5.0μs/div=0.50μs由直探头数据计算纵波c L与不确定度,CФ3钻缺陷深度h和不确定度c L =2H/τH=2×60.10×10-3/(19.20×10-6)=6260.4(m/s)(ΔcL /cL)2=(ΔH/H)2+(Δt/τH)2=(0.02/60.10)2+(0.50/19.20)2=6.78×10-4故ΔcL=163.04即cL=(6.3+0.2)×103m/sh=H-0.5c L τq =60.10×10-3-0.5×6.3×103×14.2×10-6=0.01472(m)≈14.7(mm) (Δh)2=(ΔH)2+(0.5τq Δc L)2+(0.5c L Δt)2=(0.02×10-3)2+(0.5×14.2×10-6×0.2×103)2+(0.5×6.3×103×0.50×10-6)2 =4.55×10-6Δh=2.13×10-3 m ≈2.1mm 故h=(14.7+2.1)mm计算Cs : Cs=32162()2(60.1030.00)1031030.9/19.410RR R m s τ--∆⨯-⨯-⨯==⨯2222240.020.5(/)()()()() 6.651030.1019.4R R t Cs Cs R τ-∆∆∆∆=+=+=⨯∆ 20.63/Cs m s ∆=2(310.30.2)10/Cs m s ∴=±⨯ 六、实验总结本次实验所涉及的内容对我们来说比较新颖,也比较陌生。
实验前虽然预习了补充材料,但实质原理和实验具体怎么操作还是不了解。
实验仪器的操作也很生疏。
经过老师讲解后,初步明确了实验的内容和要求示波器的调节使用不熟练,在这里要感谢老师的提醒,先让我们花费一定量的时间来熟悉示波器的使用,让我们先测连续信号再测触发信号,以方便我们实验,并且在熟悉之后再开展其他实验,正是因为这样,才能够顺利地做完下面的实验。
在做超声波实验时,要在试块表面加上一点水,这样才更容易观察到缺陷波。
要首先找到底波(等间距),调节波形“瘦”一些,便于测量。
要使波形稳定并且干净以减小测量误差。
通过实验,再次练习了示波器的使用,学到新的东西。
由本次实验的数据处理结果来看,误差还是比较大的。
分析原因,主要还是由于示波器的调节使用不熟练,所得到的波形质量不高,直接影响了测量准确度,尤其是时间的测量。
通过本次实验,再次练习了示波器的使用,同时也扩充了书本知识,学到新的东西。
实验中也遇到很多问题,独立思考问题产生的原因和寻求解决方法的能力还需要继续锻炼。