第八章骚扰信号测量

1、第八章第八章 骚扰信号的测量骚扰信号的测量 n第一节第一节 谐波测量谐波测量 n第二节第二节 稳态波形的记录稳态波形的记录 n第三节第三节 暂态波形的记录暂态波形的记录 n第四节第四节 自动测试系统自动测试系统 n第五节第五节 辐射骚扰场强的测量辐射骚扰场强的测量 第一节第一节 谐谐 波波 测测 量量 n谐波作为表征电能质量的一个重要指标，谐波作为表征电能质量的一个重要指标，有必要在电力系统日常运行中加以监测，有必要在电力系统日常运行中加以监测，以保证供电系统谐波含量和波形畸变率以保证供电系统谐波含量和波形畸变率符合国标要求。符合国标要求。一、国家标准对谐波的测量方法、国家标准对谐波的测量方法

2、、数据处理及测量仪器的规定：数据处理及测量仪器的规定： ( 1 ) ( 1 ) 工作周期中产生的谐波量大的时段内谐波工作周期中产生的谐波量大的时段内谐波电压电压( ( 或电流或电流 ) )测量应选择在电网正常供电测量应选择在电网正常供电时可能出现的最小运行方式，当测量点附近时可能出现的最小运行方式，当测量点附近安装有电容器组时，应在电容器组的各种运安装有电容器组时，应在电容器组的各种运行方式下进行测量。行方式下进行测量。 ( 2 ) ( 2 ) 测量的谐波次数一般为第测量的谐波次数一般为第2 2到第到第1919次，根次，根据谐波源的特点或测试分析结果，可以适当据谐波源的特点或测试分析结果，可以

3、适当变动谐波次数测量的范围。变动谐波次数测量的范围。 ( 3 ) ( 3 ) 对于负荷变化快的谐波源，测量的间隔时对于负荷变化快的谐波源，测量的间隔时间不大于间不大于2min，测量次数应满足数理统计的，测量次数应满足数理统计的要求，一般不少于要求，一般不少于30次。次。 n 对于负荷变化慢的谐波源对于负荷变化慢的谐波源( ( 例如：化工整流例如：化工整流器、直流输电换流站等器、直流输电换流站等 ) )，测量间隔和持续，测量间隔和持续时间不作规定。时间不作规定。 ( 4 ) ( 4 ) 谐波测量的数据应取测量时段内各相实测谐波测量的数据应取测量时段内各相实测值的值的95%95%概率值中最大的一相

4、值，作为判断谐概率值中最大的一相值，作为判断谐波是否超过允许值的依据。波是否超过允许值的依据。 n 但对负荷变化慢的谐波源，可选五个接近的但对负荷变化慢的谐波源，可选五个接近的实测值，取其算术平均值。实测值，取其算术平均值。( 5 ) 对谐波测量仪器对谐波测量仪器 的要求的要求 仪器的功能应满足本标准测量要求。仪器的功能应满足本标准测量要求。 为了区别暂态现象和谐波，对负荷变化为了区别暂态现象和谐波，对负荷变化快的谐波，每次测量结果可为快的谐波，每次测量结果可为3s内所测内所测值的平均值。推荐采用下式计算：值的平均值。推荐采用下式计算： 式中：式中：Unk 3s内第内第k次测得的次测得的n次谐

5、波的方次谐波的方根均值；根均值； m 3s内取均匀间隔的测量次数，内取均匀间隔的测量次数，m6。 mknknUmU12)(1 仪器准确度仪器准确度 n谐波测量仪的允许误差见表谐波测量仪的允许误差见表8-1。 仪器有一定的抗电磁骚扰能力，仪器有一定的抗电磁骚扰能力，便于现场使用。仪器应保证其便于现场使用。仪器应保证其电源在标称电压电源在标称电压15%，频率，频率在在49Hz51Hz范围内电压总谐范围内电压总谐波畸变率不超过波畸变率不超过8%条件下能正条件下能正常工作。常工作。 表表8-1 谐波测量仪的允许误差谐波测量仪的允许误差 等等 级级 被测量被测量 条条 件件 允许误差允许误差 A 电压电

6、压 Un1%UTUn1%UT 5%Un 0.05%UT 电流电流 In3%ITIn3%IT 5%In 0.15%IT B电流电流 In10%IT In10%IT 5%In 0.5%IT 注：注： UT为标称电压，为标称电压，Un为谐波电压；为谐波电压；IT为额定电流，为额定电流，In为谐波电流。为谐波电流。 A级仪器频率测量范围为级仪器频率测量范围为02500Hz，用于较精确的测量，仪器的相角测量误差不大于用于较精确的测量，仪器的相角测量误差不大于5或或1n； B级仪器用于一般测量。级仪器用于一般测量。 ( 6 ) 对不符合对不符合条规定的仪器，可用条规定的仪器，可用于负荷变化慢的谐波源的测量

7、。如于负荷变化慢的谐波源的测量。如用于负荷变化快的谐波源的测量，用于负荷变化快的谐波源的测量，测量条件和次数应分别符合测量条件和次数应分别符合( 1 )和和( 3 )条的规定。条的规定。 ( 7 ) 在测量的频率范围内，仪用互感在测量的频率范围内，仪用互感器、电容式分压器等谐波传感设备器、电容式分压器等谐波传感设备应有应有良好的频率特性良好的频率特性，其引入的幅，其引入的幅值误差值误差不应大于不应大于5%，相角误差不大，相角误差不大于于5。 n在没有确切的频率响应误差特性时，在没有确切的频率响应误差特性时，CT和低压和低压PT用于用于2500Hz及以下频及以下频率的谐波测量，率的谐波测量，61

8、10kV电磁式电磁式PT可用于可用于1000Hz及以下频率测量；及以下频率测量；CVT不能用于谐波测量。不能用于谐波测量。n在谐波电压测量中，对谐波次数或在谐波电压测量中，对谐波次数或测量精度有较高需要时，应采用电测量精度有较高需要时，应采用电阻分压器阻分压器( UT1kV )或电容分压器或电容分压器( UT1 kV )。二、谐波测量的发展历程：二、谐波测量的发展历程： n第一阶段是从第一阶段是从19世纪初世纪初20世纪世纪40年代，年代，谐波成分的分析主要依靠实测波形的傅谐波成分的分析主要依靠实测波形的傅里叶计算，即利用信号波形的录波图里叶计算，即利用信号波形的录波图,人人工手动等间隔地量取

9、数值，然后采用手工手动等间隔地量取数值，然后采用手算的方法进行谐波分析计算。算的方法进行谐波分析计算。n计算过程十分费时费力，精度很低，分计算过程十分费时费力，精度很低，分析谐波次数也不高。这一方法在我国一析谐波次数也不高。这一方法在我国一直沿用到直沿用到70年代。年代。 n第二阶段是第二阶段是50年代年代80年代，这一时期年代，这一时期相应研制了一系列选频式谐波测量仪器相应研制了一系列选频式谐波测量仪器仪表，仪表，n测量方式是利用失真度式的仪器测量谐测量方式是利用失真度式的仪器测量谐波总畸变率，外差选频式逐项测试各次波总畸变率，外差选频式逐项测试各次谐波分量，带通滤波式逐次选取各次谐谐波分量

10、，带通滤波式逐次选取各次谐波分量。波分量。n这类谐波分析仪器仪表虽然较早期的人这类谐波分析仪器仪表虽然较早期的人工分析方法有了很大的提高，但测试的工分析方法有了很大的提高，但测试的结果只能给出谐波的幅值，不能测出相结果只能给出谐波的幅值，不能测出相位，测试调节也较麻烦。位，测试调节也较麻烦。 n第三阶段是第三阶段是80年代至今，生产了一系列年代至今，生产了一系列基于快速傅里叶变换的谐波分析仪和频基于快速傅里叶变换的谐波分析仪和频谱分析仪。谱分析仪。n被测信号经采样被测信号经采样/保持、保持、A/D转换、计算转换、计算机傅里叶计算输出结果。机傅里叶计算输出结果。n测试操作简单方便，计算结果快速准

11、确，测试操作简单方便，计算结果快速准确，可同时进行多路信号的测量。可同时进行多路信号的测量。n新一代多功能、数字化、自动化和智能新一代多功能、数字化、自动化和智能化的谐波测量分析仪已成为发展的主要化的谐波测量分析仪已成为发展的主要方向，与此相应的谐波测量方法和谐波方向，与此相应的谐波测量方法和谐波传感装置都得到了很大的发展。传感装置都得到了很大的发展。 三、谐波测量专用仪器三、谐波测量专用仪器 n电网谐波问题的分析研究和日常监电网谐波问题的分析研究和日常监督管理是建立在谐波测量基础之上督管理是建立在谐波测量基础之上的，而谐波测量数据的取得必须借的，而谐波测量数据的取得必须借助于有效的测量仪器。

12、助于有效的测量仪器。n目前国内外已研制成功了各种可供目前国内外已研制成功了各种可供谐波测量分析使用的分析仪和频谱谐波测量分析使用的分析仪和频谱仪。仪。 n从仪器性能和测试目的的不同大致从仪器性能和测试目的的不同大致可分为可分为三个类型三个类型： ( 1 ) 用于谐波日常监测工作的监测仪用于谐波日常监测工作的监测仪或报警仪，该类仪器测试功能简单，或报警仪，该类仪器测试功能简单，精度不高；精度不高； ( 2 ) 专门测试谐波用的高性能谐波分专门测试谐波用的高性能谐波分析仪和频谱分析仪；析仪和频谱分析仪； ( 3 ) 用于谐波和其他电能质量综合测用于谐波和其他电能质量综合测量的分析系统。量的分析系统

13、。 n一个非正弦波形可以用傅立叶级数一个非正弦波形可以用傅立叶级数分解成一系列不同频率的谐波，这分解成一系列不同频率的谐波，这些谐波的幅值构成一个离散的频谱。些谐波的幅值构成一个离散的频谱。谐波分析可采用两种方法：谐波分析可采用两种方法： 一种是通过波形分析求得；一种是通过波形分析求得； 另一种是直接测量出来。另一种是直接测量出来。n专门用来测量谐波分量的仪器称为专门用来测量谐波分量的仪器称为谐波分析仪谐波分析仪。 1、多节滤波器分析仪、多节滤波器分析仪 n它是由邻接式带通滤波器组所组成。它是由邻接式带通滤波器组所组成。n带通滤波器的中心频率被设计成与谐波带通滤波器的中心频率被设计成与谐波频率

14、相等。当周期信号作用于滤波器组频率相等。当周期信号作用于滤波器组时，各种频率的谐波信号只能在通频带时，各种频率的谐波信号只能在通频带与其相对应的滤波器内通过，而不能通与其相对应的滤波器内通过，而不能通过其它的滤波器。滤波器的输出幅值被过其它的滤波器。滤波器的输出幅值被检波后记录为时间的函数。检波后记录为时间的函数。n这种多节滤波器分析仪常被称为这种多节滤波器分析仪常被称为实时谐实时谐波分析仪波分析仪。n图图8-l为多节滤波器的功能方框图。为多节滤波器的功能方框图。 图图8-1 8-1 多节滤波器谐波分析仪的功能方框图多节滤波器谐波分析仪的功能方框图2、单节滤波器型谐波分析仪、单节滤波器型谐波分

15、析仪 n它只用一个窄带滤波器工作见图它只用一个窄带滤波器工作见图8-2。n其中的高频振荡器输出一个频率可其中的高频振荡器输出一个频率可调的正弦电压信号，和被测信号一调的正弦电压信号，和被测信号一起输入至调制器，在调制器中混频。起输入至调制器，在调制器中混频。利用外差原理，将信号的频率移至利用外差原理，将信号的频率移至固定的中心频率上，然后通过窄带固定的中心频率上，然后通过窄带通滤波器。通滤波器。n经过检波的信号按频率函数记录。经过检波的信号按频率函数记录。 n例如，窄带滤波器的中心频率为例如，窄带滤波器的中心频率为fn，被测信号中含有某次谐波的频率为被测信号中含有某次谐波的频率为fx ，为了测

16、出此谐波分量，可调节，为了测出此谐波分量，可调节变频振荡器的频率为变频振荡器的频率为f0,使使|fx-f0|=fn，则调制器输出频率恒为则调制器输出频率恒为fn，可通过，可通过窄带滤波器获得检波信号。窄带滤波器获得检波信号。n该仪器的特点是分辨率高。缺点是该仪器的特点是分辨率高。缺点是分析时间较长。通常配有若干不同分析时间较长。通常配有若干不同带宽的滤波器，可按不同分辨率的带宽的滤波器，可按不同分辨率的分析要求选用。分析要求选用。 图图8-2 8-2 外差跟随滤波器型谐波分析仪功外差跟随滤波器型谐波分析仪功能方框图能方框图n对于有随负载而变的谐波。往往取对于有随负载而变的谐波。往往取一段时间内

17、相对稳定的波形进行分一段时间内相对稳定的波形进行分析。这样就存在一个如何选取样本析。这样就存在一个如何选取样本长度的问题。长度的问题。 n从理论上讲，对简单的周期性函数从理论上讲，对简单的周期性函数作谐波分析所需样本长度仅为一个作谐波分析所需样本长度仅为一个周期周期,而实际分析时，往往希望样本而实际分析时，往往希望样本记录长度远远大于一个周期。记录长度远远大于一个周期。 n分析短样本记录时，一般是将样本分析短样本记录时，一般是将样本记录作为连续循环的记录作为连续循环的个周期，称个周期，称为带环，将信号通过磁带机连续加为带环，将信号通过磁带机连续加到分析仪上。到分析仪上。n这样做的结果，带环将给

18、信号引进这样做的结果，带环将给信号引进一个虚假的固有周期，即带环长度。一个虚假的固有周期，即带环长度。除非带环长度正好是信号周期的整除非带环长度正好是信号周期的整数倍，否则带环便将一个虚假的频数倍，否则带环便将一个虚假的频率分量引入分析中，产生误差率分量引入分析中，产生误差。n可以证明可以证明 n式中式中 相对误差；相对误差； Tl 带环长度；带环长度； n 正整数；正整数；Ts 信号基波的周期。信号基波的周期。 n根据式根据式( 8-3 )，n随随Tl 的增大而增大，因的增大而增大，因此误差将随带环长度的增加而减小，一此误差将随带环长度的增加而减小，一般应取般应取Tl 10 Ts 。 %10

19、0sslTnTnT sslTTnT|%1001%100nTnTss3、单相数字谐波分析仪、单相数字谐波分析仪 n上述两种谐波分析仪分别存在着上述两种谐波分析仪分别存在着结构复杂和分析时间长等缺点。结构复杂和分析时间长等缺点。n相比之下：以波形的数值分析为相比之下：以波形的数值分析为基础的新型谐波分析仪具有结构基础的新型谐波分析仪具有结构简单、功能齐全、分析速度快等简单、功能齐全、分析速度快等优点。优点。n图图8-3为单相数字谐波分析仪的原为单相数字谐波分析仪的原理框图。理框图。 图图8-3 8-3 单相数字谐波分析仪原理框图单相数字谐波分析仪原理框图n该分析仪以微处理器为中心控制电路，该分析仪

20、以微处理器为中心控制电路，设有电压信号和电流信号两个通道。设有电压信号和电流信号两个通道。n下面以电压信号通道为例说明仪器的工下面以电压信号通道为例说明仪器的工作原理。作原理。 n电压信号经衰减器、隔音放大器，跨过电压信号经衰减器、隔音放大器，跨过高通滤波器高通滤波器( HPF )进入低通滤波器进入低通滤波器( LPF )，然后经采样及模，然后经采样及模/数转换数转换( A/D )变为数字量，再利用快速傅立叶变换将变为数字量，再利用快速傅立叶变换将数字化的波形分解出各次谐波，最后打数字化的波形分解出各次谐波，最后打印出各次谐波的幅值和相角。印出各次谐波的幅值和相角。 n如高次谐波的含量过少，可

21、将开关如高次谐波的含量过少，可将开关Ku倒倒向向2，用高通滤波器分离出高次谐波，用高通滤波器分离出高次谐波，经放大器将信号加强后进行数据处理。经放大器将信号加强后进行数据处理。 n谐波分析仪所显示的结果，对各次谐波谐波分析仪所显示的结果，对各次谐波来讲，其准确度有较大差别。来讲，其准确度有较大差别。n例如，基波幅值的误差在例如，基波幅值的误差在2%以内；以内；对谐波含量大于对谐波含量大于l%的第的第21次谐波，其误次谐波，其误差在差在10%以内。对于相角的测量，当谐以内。对于相角的测量，当谐波含量大于波含量大于1% 时，对第时，对第21次谐波的数次谐波的数据处理误差据处理误差|10。 四、谐波

22、阻抗的测量四、谐波阻抗的测量 n非线性用电设备接入电网引起的电压波非线性用电设备接入电网引起的电压波形畸变，不仅取决于非线性负荷产生的形畸变，不仅取决于非线性负荷产生的谐波电流的大小，而且也取决于接入点谐波电流的大小，而且也取决于接入点供电网络的谐波阻抗。供电网络的谐波阻抗。 n在考虑新的谐波用户接入电网时，应根在考虑新的谐波用户接入电网时，应根据用户提供的有关技术资料和电网阻抗据用户提供的有关技术资料和电网阻抗参数进行核算，初步确定其对电网的影参数进行核算，初步确定其对电网的影响，以便采取预防和解决措施；响，以便采取预防和解决措施； n在设计并联补偿电容器在设计并联补偿电容器(或滤波器或滤波

23、器)时，时，需根据电网参数核算是否会产生谐波放需根据电网参数核算是否会产生谐波放大或谐振的可能性；大或谐振的可能性； n在电网扩建和改建或电网运行方式发生在电网扩建和改建或电网运行方式发生较大变化时，设计和运行部门都应考虑较大变化时，设计和运行部门都应考虑谐波问题，防止产生谐波放大或谐振。谐波问题，防止产生谐波放大或谐振。 n在处理这些问题时均需确定供电系统的在处理这些问题时均需确定供电系统的谐波阻抗，如根据供电系统短路容量或谐波阻抗，如根据供电系统短路容量或系统网络参数近似计算的等值阻抗难以系统网络参数近似计算的等值阻抗难以满足要求时，就必须采用实际测量得到满足要求时，就必须采用实际测量得到

24、的系统谐波阻抗。的系统谐波阻抗。 n实用的谐波阻抗测量方法一实用的谐波阻抗测量方法一谐波电流注谐波电流注入法入法。 n采用注入特定谐波电流信号来测量中低采用注入特定谐波电流信号来测量中低压电网谐波阻抗是比较成功的方法压电网谐波阻抗是比较成功的方法 n注入电流法的基本思路是，人为地向电注入电流法的基本思路是，人为地向电力系统注入一个不同频率的电流，然后力系统注入一个不同频率的电流，然后测量电流和相应的电压值，从而计算出测量电流和相应的电压值，从而计算出阻抗值。阻抗值。n由于谐波阻抗是线性阻抗，可根据试验由于谐波阻抗是线性阻抗，可根据试验结果用插值法求得所需频率的谐波阻抗。结果用插值法求得所需频率

25、的谐波阻抗。 n在图在图8-4所示的供电所示的供电系统中，从系统中，从A点看进点看进去的等值阻抗为去的等值阻抗为Zn，当从当从A点向系统注入点向系统注入一谐波电流一谐波电流In时，在时，在A点将产生一谐波电点将产生一谐波电压压Un 。n如果电网中此外并如果电网中此外并无频率和无频率和In相同的其相同的其他谐波源信号或该他谐波源信号或该谐波频率的信号很谐波频率的信号很小而可忽略。小而可忽略。 图图8-4 8-4 简化供电系统简化供电系统Annnn则有如下关系式则有如下关系式 ： Un=InZn n因此，只要测量出注入的谐波电流因此，只要测量出注入的谐波电流In和由其产生的谐波电压和由其产生的谐波

26、电压Un，就可，就可以求出从以求出从A点看进去的等值阻抗点看进去的等值阻抗Zn为为 ： Zn=Un/In n测量中为了避免原有谐波信号的骚扰，测量中为了避免原有谐波信号的骚扰，注入的谐波电流信号一般采用系统中两注入的谐波电流信号一般采用系统中两个个相邻谐波频率间的中间频率相邻谐波频率间的中间频率，这样只，这样只需注入较小的谐波信号，就可获得较高需注入较小的谐波信号，就可获得较高的信噪比。的信噪比。n利用谐波信号发生器向系统注入频率为利用谐波信号发生器向系统注入频率为25、75、125、175Hz，的信号的信号，测出，测出这些频率下系统的谐波阻抗，然后通过这些频率下系统的谐波阻抗，然后通过插值法

27、再插值法再求得频率为求得频率为基波整数倍频基波整数倍频的谐的谐波阻抗。波阻抗。 第二节第二节 稳态波形的记录稳态波形的记录 n无论对于哪一种骚扰信号的测量，无论对于哪一种骚扰信号的测量，只有骚扰信号的波形，才能最全只有骚扰信号的波形，才能最全面最直观地表征骚扰的性质和特面最直观地表征骚扰的性质和特征，因此人们一直把波形的记录征，因此人们一直把波形的记录作为基本的测量手段。作为基本的测量手段。 n波形记录最常用的仪器是示波器。常用波形记录最常用的仪器是示波器。常用的示波器有两种类型：一种是阴极射线的示波器有两种类型：一种是阴极射线示波器；另一种是光线示波器。示波器；另一种是光线示波器。n以上两种

28、示波器记录下来的波形只是一以上两种示波器记录下来的波形只是一条曲线，是模拟量，不能直接用于波形条曲线，是模拟量，不能直接用于波形的分析和处理。的分析和处理。n随着计算机的应用，出现了一些新型的随着计算机的应用，出现了一些新型的稳态波形记录仪器，如稳态波形记录仪器，如磁带记录仪和数磁带记录仪和数字波形记录仪等。字波形记录仪等。一、磁带记录仪一、磁带记录仪 ( 一一 ) 磁带记录仪的工作原理磁带记录仪的工作原理 n磁带记录仪是利用磁带中铁磁微磁带记录仪是利用磁带中铁磁微粒介质的剩余磁化现象来进行记粒介质的剩余磁化现象来进行记录的仪器。录的仪器。n磁性记录是隐式记录，需要通过磁性记录是隐式记录，需要

29、通过其它显示、记录仪器才能观察记其它显示、记录仪器才能观察记录下来的波形。录下来的波形。 n它的优点是能多次反复重放，以电信号的形式它的优点是能多次反复重放，以电信号的形式复现。复现。 ( 1 ) 重放的速度可以和记录的速度不同，从而很重放的速度可以和记录的速度不同，从而很容易将波形压缩或扩展。容易将波形压缩或扩展。 ( 2 ) 便于波形的复制，也可将所录制的波形抹除便于波形的复制，也可将所录制的波形抹除以便录制新的波形。以便录制新的波形。 ( 3 ) 磁带记录仪的存储信息密度大，易于多线记磁带记录仪的存储信息密度大，易于多线记录。录。 ( 4 ) 记录的信号频带宽，稳定性能好，抗骚扰能记录的

30、信号频带宽，稳定性能好，抗骚扰能力强。力强。 ( 5 ) 结构简单、携带方便。广泛用于现场测量。结构简单、携带方便。广泛用于现场测量。 n磁带记录仪的基本结构由磁带记录仪的基本结构由3个主要部分个主要部分组成，见图组成，见图8-6。图。图8-7为记录磁头的工为记录磁头的工作原理。作原理。 n磁头实质上是一个环形铁芯，铁芯上用磁头实质上是一个环形铁芯，铁芯上用漆包线绕有线圈。漆包线绕有线圈。n铁芯做成开口的，在与磁带接触处留有铁芯做成开口的，在与磁带接触处留有一条很窄的缝隙，一般为几个微米，称一条很窄的缝隙，一般为几个微米，称为工作间隙。为工作间隙。n记录磁头是将电信号转换成磁信号的部记录磁头是

31、将电信号转换成磁信号的部件。件。图图8-6 8-6 磁带记录仪的基磁带记录仪的基本结构本结构图图8-7 8-7 记录磁头的工作原记录磁头的工作原理示意图理示意图n输入电流输入电流 i 流经线圈时产生磁通流经线圈时产生磁通。当形成的磁力线通过工作间隙时，由当形成的磁力线通过工作间隙时，由于工作间隙为非磁性介质，磁阻很大，于工作间隙为非磁性介质，磁阻很大，磁力线将绕过工作间隙被磁阻很低的磁力线将绕过工作间隙被磁阻很低的磁带磁性层所旁路。磁带上的磁性介磁带磁性层所旁路。磁带上的磁性介质被磁化；形成一个个小磁化区。质被磁化；形成一个个小磁化区。n当磁带离开工作间隙后，由于剩磁的当磁带离开工作间隙后，由

32、于剩磁的缘故，磁化现象被保留下来，所以记缘故，磁化现象被保留下来，所以记录是在工作间隙的后沿完成的。录是在工作间隙的后沿完成的。 n设输入电流设输入电流 ，由于磁头，由于磁头和磁带的磁滞损失、磁环的涡流损和磁带的磁滞损失、磁环的涡流损失以及消磁作用等因素的影响，磁失以及消磁作用等因素的影响，磁带的实际磁化程度与剩余磁通带的实际磁化程度与剩余磁通r有有关，即关，即 ： 式中式中 K 磁通损失系数。磁通损失系数。 tIimsintIKmrsinn重放磁头是将磁信号还原成电信号重放磁头是将磁信号还原成电信号的部件。的部件。n当已经被磁化的磁带通过重放磁头当已经被磁化的磁带通过重放磁头时，重放磁头的工

33、作间隙将与磁带时，重放磁头的工作间隙将与磁带桥接，磁带上的剩余磁通通过铁芯桥接，磁带上的剩余磁通通过铁芯形成环路，从而在线圈中产生感应形成环路，从而在线圈中产生感应电势电势e, 根据电磁感应定律可得根据电磁感应定律可得 ：)2(sintIKNtddNemrn重放磁头的输出信号是记录磁头输入电流重放磁头的输出信号是记录磁头输入电流的函数。通常重放磁头线圈的匝数较记录的函数。通常重放磁头线圈的匝数较记录磁头的线圈匝数多，并使两线圈的阻抗与磁头的线圈匝数多，并使两线圈的阻抗与两个相应放大器的阻抗相匹配。两个相应放大器的阻抗相匹配。 n磁带记录仪还设有消磁磁头。磁带记录仪还设有消磁磁头。n消磁磁头的工

34、作原理是向消磁磁头线圈输消磁磁头的工作原理是向消磁磁头线圈输入高频大电流。去磁过程如图入高频大电流。去磁过程如图8-8所示，沿所示，沿SACDEFG逐渐变小的磁滞回线进行。逐渐变小的磁滞回线进行。最后使磁带中的磁畴处于无规则的状态，最后使磁带中的磁畴处于无规则的状态，达到消磁的效果。达到消磁的效果。 n磁带记录仪能同时进行磁带记录仪能同时进行多通道记录。为解决一多通道记录。为解决一定的磁道宽度容纳多通定的磁道宽度容纳多通道的矛盾，磁头可交错道的矛盾，磁头可交错布置。布置。n磁头组间必须采取电和磁头组间必须采取电和磁的屏蔽。多磁道磁头磁的屏蔽。多磁道磁头的机械位置必须精确，的机械位置必须精确，以

35、保证磁道间和记录器以保证磁道间和记录器之间的响应一致，满足之间的响应一致，满足通用性。通用性。 图图8-8 8-8 消磁过程消磁过程( 二二 ) 磁带记录仪的工作方式磁带记录仪的工作方式 n磁带记录仪常用的工作方式是调频磁带记录仪常用的工作方式是调频记录式记录式(FM方式方式)。n其原理图见图其原理图见图8-9( a )， 即选一个即选一个特定的频率作为载波的中心频率，特定的频率作为载波的中心频率，当输入一个交变信号时，载波频率当输入一个交变信号时，载波频率随信号的变化而增减，形成频率调随信号的变化而增减，形成频率调制的信号，见图制的信号，见图8-9(b)。载波频率。载波频率的最大偏移达到中心

36、频率的的最大偏移达到中心频率的40%。 图图 8-9 8-9 频率调制方式频率调制方式( a )( a )原理图；原理图； ( b ) ( b ) 信号波形信号波形n当实现多路频率调制方式时，多路信号当实现多路频率调制方式时，多路信号经过频率调制后，由混频器进行线性混经过频率调制后，由混频器进行线性混合，然后将复合信号用直接记录方式记合，然后将复合信号用直接记录方式记录在磁带的一个磁道上。录在磁带的一个磁道上。n重放时，重放磁头输出的信号经重放放重放时，重放磁头输出的信号经重放放大器放大，然后用通带滤波器把各路信大器放大，然后用通带滤波器把各路信号从混频信号中分开，经号从混频信号中分开，经FM

37、解调器和解调器和低通滤波器后输出。低通滤波器后输出。n用这种方式可以记录用这种方式可以记录18个通道的信号，个通道的信号，中心频率从中心频率从400Hz70kHz;最大频率偏最大频率偏差为中心频率的差为中心频率的7.5% 。 二、多通道记录分析仪简介二、多通道记录分析仪简介 n随着技术的进步与发展，需要同时随着技术的进步与发展，需要同时测量采集的信号也不断增加，传统测量采集的信号也不断增加，传统的磁带机等记录设备越来越不能满的磁带机等记录设备越来越不能满足要求。足要求。n采用采用“奔腾奔腾”计算机和计算机和DSP技术设技术设计的多通道记录分析仪计的多通道记录分析仪( 以以Odyssey为例为例

38、 )可以满足同时测量可以满足同时测量采集的多路信号的需要。采集的多路信号的需要。 ( 一一 ) 多通道记录分析仪多通道记录分析仪Odyssey的功能与特点的功能与特点 ( 1 ) 可以真正替代磁带机和纸记录仪可以真正替代磁带机和纸记录仪 n它集采集、显示、存贮记录、计算机分它集采集、显示、存贮记录、计算机分析、报告生成为一体，不仅具有析、报告生成为一体，不仅具有“奔腾奔腾”计算机强大的数据处理能力，也可实时计算机强大的数据处理能力，也可实时高清晰彩色滚动显示采集的波形。高清晰彩色滚动显示采集的波形。 n该仪器最多同时记录该仪器最多同时记录32个模拟通道和个模拟通道和32个数字通道。个数字通道。

39、 n每块采集板都有每块采集板都有1G硬盘，记录量相硬盘，记录量相当于一般纸记录仪当于一般纸记录仪15英里长的记录英里长的记录纸带。纸带。 n标准的并口和标准的并口和SCSI接口，可进一步接口，可进一步连接各种外部存储设备象大容量可连接各种外部存储设备象大容量可擦写光盘，外挂式大容量硬盘，磁擦写光盘，外挂式大容量硬盘，磁带机，甚至通过网卡连到网终上，带机，甚至通过网卡连到网终上，共享网终服务器大容量存储设备，共享网终服务器大容量存储设备，从而大大延长记录时间。从而大大延长记录时间。 ( 2 ) 有多种数据采集板供用户自由组合有多种数据采集板供用户自由组合 n既可选通用电压放大采集板，也可选既可选

40、通用电压放大采集板，也可选专用的插板直接连接应变片、热电偶专用的插板直接连接应变片、热电偶等。等。 n数据采集板的每一通道都有放大器和数据采集板的每一通道都有放大器和独立的独立的16位位A/D转换器，因而没有通转换器，因而没有通道间互拢，道间互拢，n多达多达32个通道都能在个通道都能在100KS/s采样速采样速率下进行同时采集。率下进行同时采集。 n每个通道的每个通道的DSP可实时监测预先定可实时监测预先定义感兴趣的信号，一旦这些信号不义感兴趣的信号，一旦这些信号不到预期值或满足其它失效条件，就到预期值或满足其它失效条件，就会显示出来以便观察分析。会显示出来以便观察分析。 n采集板内的数据滤波

41、和平均技术可采集板内的数据滤波和平均技术可有效抑制从传感器混入的噪声信号。有效抑制从传感器混入的噪声信号。 n双时基技术可根据信号自身频带宽度自双时基技术可根据信号自身频带宽度自动调整采样速度。这不仅可节约大量的动调整采样速度。这不仅可节约大量的内存同时也不会错过任何事件或数据。内存同时也不会错过任何事件或数据。 n可用手动触发随时把流动的画面静止下可用手动触发随时把流动的画面静止下来，采用放大等功能对波形进行观察，来，采用放大等功能对波形进行观察，或做标记以便事后查寻或者马上做计算或做标记以便事后查寻或者马上做计算处理，与此同时，多通道采集记录仍在处理，与此同时，多通道采集记录仍在进行不受任

42、何影响。进行不受任何影响。 ( 3 ) 回放非常方便回放非常方便 n既可按采集时的正常速度回放，也可调既可按采集时的正常速度回放，也可调整象录像机穿梭变换器的旋转圆盘进行整象录像机穿梭变换器的旋转圆盘进行加速回放快速找到感兴趣的地方。加速回放快速找到感兴趣的地方。 n可在屏幕上开两个窗口，方便的进行数可在屏幕上开两个窗口，方便的进行数据的比较或叠加。据的比较或叠加。 n提供多种灵活多样的查找功能，在记录提供多种灵活多样的查找功能，在记录过程中对重要事件自动做标记，按一键过程中对重要事件自动做标记，按一键就可找到要找的波形。就可找到要找的波形。 ( 4 ) 波形分析功能强波形分析功能强n通过通过

43、Proview分析软件，可对采集到分析软件，可对采集到的波形各种运算分析，而丝毫不会的波形各种运算分析，而丝毫不会影响正在进行的采集。影响正在进行的采集。 n可把文件存为象可把文件存为象FAMOS、DADISP或其它的格式，这样就可用这些软或其它的格式，这样就可用这些软件对数据进行分析。件对数据进行分析。 ( 5 ) 标准标准ISA扩展槽可增加外设，用扩展槽可增加外设，用于扩充通道、控制其它的仪器或设于扩充通道、控制其它的仪器或设备备 n给用户留出两个标准给用户留出两个标准ISA扩展槽，扩展槽，用户可根据需要配置网卡，可以多用户可根据需要配置网卡，可以多台仪器在不同地点并行采集，突破台仪器在不

44、同地点并行采集，突破每台仪器每台仪器32个通道的限制，无限扩个通道的限制，无限扩充通道，还可加装充通道，还可加装GPIB接口，用于接口，用于控制其它的仪器或设备。控制其它的仪器或设备。 ( 6 ) 操作简单操作简单 n不仅控制、分析功能强劲，而且操作简单。不仅控制、分析功能强劲，而且操作简单。n其控制分析软件运行在其控制分析软件运行在Windows 95的环的环境下，可用任何境下，可用任何Windows支持的打印机输支持的打印机输出结果。出结果。n可定义多种试验报告的格式，报告可将文可定义多种试验报告的格式，报告可将文字说明、记录波形、数字表格、技术图纸，字说明、记录波形、数字表格、技术图纸，

45、以及公司图标等灵活方便地组合在一起，以及公司图标等灵活方便地组合在一起，只需触一下键就可以得到想要的结果。只需触一下键就可以得到想要的结果。 图图 8- -10 多通道记录分析仪多通道记录分析仪Odyssey的原理框图的原理框图第三节第三节 暂态波形的记录暂态波形的记录 n随着数字化测量技术的发展，人们随着数字化测量技术的发展，人们愈来愈广泛地使用数字式的波形记愈来愈广泛地使用数字式的波形记录仪测量和记录暂态波形。录仪测量和记录暂态波形。n现在常用的数字式波形记录仪主要现在常用的数字式波形记录仪主要有两种类型：一种是暂态波形记录有两种类型：一种是暂态波形记录仪；另一种是数字存储示波器。仪；另一

46、种是数字存储示波器。 一、暂态波形记录仪一、暂态波形记录仪 n暂态波形记录仪实质上是一种数字暂态波形记录仪实质上是一种数字采集器，利用采集器，利用A/D变换将暂态信号变换将暂态信号的信息记入存储器中。的信息记入存储器中。n输出时，以适当的速度读出数据并输出时，以适当的速度读出数据并进行处理。进行处理。 n这类仪器一般不带显示器，可外接这类仪器一般不带显示器，可外接显示器或者和计算机相连。显示器或者和计算机相连。 n它的优点是存储量大，采样速率高，而它的优点是存储量大，采样速率高，而且通道多。且通道多。n与计算机相连组成的波形分析系统可扩与计算机相连组成的波形分析系统可扩大其功能，不但能测量暂态

47、波形的基本大其功能，不但能测量暂态波形的基本参数，并能进行多种运算，如计算平均参数，并能进行多种运算，如计算平均值、均方根值、相关积、功率谱等以及值、均方根值、相关积、功率谱等以及快速傅立叶变换。快速傅立叶变换。 n这种仪器的缺点在于体积大、价格昂贵这种仪器的缺点在于体积大、价格昂贵不适合现场测量。不适合现场测量。 nNicolet Multipro暂态信号分析仪简介：暂态信号分析仪简介： nNicolet Multipro暂态信号分析仪是一种数暂态信号分析仪是一种数据采集系统，它可以提供高精度波形采集据采集系统，它可以提供高精度波形采集和分析能力。和分析能力。 n分析仪的信号采集系统是由不同

48、的数据采分析仪的信号采集系统是由不同的数据采集板组成。集板组成。n每一采集板都有自己独立的触发电路和时每一采集板都有自己独立的触发电路和时基系统，每一个输入通道都有独立的模数基系统，每一个输入通道都有独立的模数转换器、可编程控制器和自己的扩展内存。转换器、可编程控制器和自己的扩展内存。n它的采样速率相当高，不同的数据采集板它的采样速率相当高，不同的数据采集板通过不同的放大器可检测到毫伏级的信号。通过不同的放大器可检测到毫伏级的信号。 n该仪器有如下优点：该仪器有如下优点： ( 1 ) 高分辨率和高速数据采集板高分辨率和高速数据采集板 nMultipro提供不同分辨率和不同速度的提供不同分辨率和

49、不同速度的数据采集通道以便使用。数据采集通道以便使用。 nMultipro的每块独立的采集板有自己单的每块独立的采集板有自己单独的触发电路和时基电路，每一输入通独的触发电路和时基电路，每一输入通道也有自身的道也有自身的A/D转换器和可编程输入转换器和可编程输入电压范围以及存贮器，能够在不缩短记电压范围以及存贮器，能够在不缩短记录长度的同时，用最快的速度采样处理。录长度的同时，用最快的速度采样处理。 ( 2 ) 独立的输入端子独立的输入端子 nMultipro 120、140和和150数字化卡有数字化卡有12位数据采集器，系统通过不同的放大器位数据采集器，系统通过不同的放大器采集达到微伏级的信号

50、，不同的放大器采集达到微伏级的信号，不同的放大器还能解决还能解决Multipro和信号源的接地电路和信号源的接地电路不同的问题。不同的问题。 ( 3 ) 附加存贮器附加存贮器 nMultipro 160M存贮器卡为存贮器卡为Multipro 160数据采集板提供数据采集板提供2M的存贮容量。的存贮容量。 ( 4 ) 灵活的触发方式灵活的触发方式 nMultipro为每一个输入通道提供可为每一个输入通道提供可编程的触发等级。编程的触发等级。n为了消除为了消除“杂波杂波”信号，可选择的信号，可选择的灵敏度设置随时能使你获得信号所灵敏度设置随时能使你获得信号所需要的触发电平，每一数字采集板需要的触发

51、电平，每一数字采集板可以设置为自触发方式，可以被其可以设置为自触发方式，可以被其它的触发源触发，或者可以人工触它的触发源触发，或者可以人工触发。发。 ( 5 ) 方便的操作方便的操作 nMultipro所附软件提供多种简单的控制所附软件提供多种简单的控制操作，如初始化采集板，选择不同的波操作，如初始化采集板，选择不同的波形，改变形，改变2个通道的时限，电压范围，个通道的时限，电压范围，触发设置，垂直和水平波形放大，还可触发设置，垂直和水平波形放大，还可以移动波形。以移动波形。 ( 6 ) 可选择的波形读出形式可选择的波形读出形式 n通过选择界面，用户可以设置波形的名通过选择界面，用户可以设置波

52、形的名称，纵坐标和横坐标，以上数据都可以称，纵坐标和横坐标，以上数据都可以存贮到磁盘中以备再次使用。存贮到磁盘中以备再次使用。 二、数字存储示波器二、数字存储示波器 n数字存储示波器简称数字存储示波器简称DSO( Digital Storage Oscilloscope )是是20世纪世纪70年代发展起来的一年代发展起来的一种新型示波器。种新型示波器。n它实质上是模拟示波器和数字波形存储器它实质上是模拟示波器和数字波形存储器的有机组合，图的有机组合，图8-11为为DSO的原理框图。的原理框图。 nDSO在采样速率及存储容量方面一般不及在采样速率及存储容量方面一般不及暂态波形记录仪，但是，它有多

53、种触发功暂态波形记录仪，但是，它有多种触发功能和灵活的显示方式。能和灵活的显示方式。 n近年来近年来DSO发展很快，性能不断改善。发展很快，性能不断改善。nDSO不但功能齐全，而且体积小、不但功能齐全，而且体积小、便于携带，适合于现场测量。便于携带，适合于现场测量。 n有些有些DSO还配有由电池供电的内存还配有由电池供电的内存储器。交流电源断开之后，内存数储器。交流电源断开之后，内存数据仍可保存，这对离线后的波形分据仍可保存，这对离线后的波形分析十分方便。析十分方便。 nDSO还配有标准接口，如还配有标准接口，如IEEE-488、RS-232等，便于和计算机连接组成等，便于和计算机连接组成自动

54、测试系统，进一步扩大自动测试系统，进一步扩大DSO的的功能。功能。 ( 一一 ) DSO的工作原理的工作原理 n DSO具有模拟和数字两种工作方式。具有模拟和数字两种工作方式。 图图8-11 8-11 DSO的原理框图的原理框图( 二二 ) DSO的主要功能和技术指标的主要功能和技术指标 1. DSO的主要功能的主要功能 nDSO的主要功能有如下五方面。的主要功能有如下五方面。 ( 1 ) DSO能将信号的采集和显示相互分离，能将信号的采集和显示相互分离，实现高速采集、低速显示实现高速采集、低速显示( 2 ) 滚动显示滚动显示 n在选择滚动显示方式时，在选择滚动显示方式时，DSO的内存单的内存

55、单元中的存储信号不断更新，在屏幕上可元中的存储信号不断更新，在屏幕上可观察到一个连续不断从左向右移动的波观察到一个连续不断从左向右移动的波形。形。( 3 ) 预触发预触发 n传统的示波器是用触发信号起动扫传统的示波器是用触发信号起动扫描回路，所以只能显示触发后的波描回路，所以只能显示触发后的波形。而形。而DSO可连续采集并存储波形，可连续采集并存储波形，则可显示触发前的波形。以被测信则可显示触发前的波形。以被测信号出现的时刻作为触发点，屏幕上号出现的时刻作为触发点，屏幕上可显示触发以前的某段时间内的波可显示触发以前的某段时间内的波形。触发前波形在屏幕上所占的比形。触发前波形在屏幕上所占的比例可

56、以调节。例可以调节。 ( 4 ) 存储波形的压缩和扩展显示存储波形的压缩和扩展显示 n DSO能将存储后的波形扩展能将存储后的波形扩展10倍显示，倍显示，以便观察波形的细部。以便观察波形的细部。n同时，同时，DSO能够将信号压缩后全部显示能够将信号压缩后全部显示在屏幕上，相当于将屏幕扩大。这对于观在屏幕上，相当于将屏幕扩大。这对于观察持续时间长而波形又很复杂的暂态信号察持续时间长而波形又很复杂的暂态信号十分有利。十分有利。( 5 ) 信号基本参数的屏幕测量和显示信号基本参数的屏幕测量和显示n信号波形的基本参数，如幅值、陡度、持信号波形的基本参数，如幅值、陡度、持续时间等可通过光标移动测量，并在

57、屏幕续时间等可通过光标移动测量，并在屏幕上自动显示出来。上自动显示出来。 2. DSO的主要技术指标的主要技术指标 nDSO用于暂态波形测量的主要技术指用于暂态波形测量的主要技术指标是采样速率、分辨率和存储容量。标是采样速率、分辨率和存储容量。 ( 1 ) 采样速率采样速率 nDSO的采样速率用每秒采集的数据点的采样速率用每秒采集的数据点数表示，又称采样频率，单位是次数表示，又称采样频率，单位是次/s或或Hz。有时也用两次相邻采集的时。有时也用两次相邻采集的时间间隔表示。间间隔表示。 n最高采样速率是最高采样速率是DSO技术性能和制造水技术性能和制造水平的一个重要指标。由于数字化过程每平的一个

58、重要指标。由于数字化过程每个环节都有一定的响应时间，故采样速个环节都有一定的响应时间，故采样速率受到限制。率受到限制。 nDSO的采样就是把模拟信号转换成离散的采样就是把模拟信号转换成离散的信号。的信号。 n例如对模拟的时间历程例如对模拟的时间历程x(t)采样，如果采样，如果x(t)是一个限带信号，则不发生混叠现象是一个限带信号，则不发生混叠现象的充分而必要的条件是的充分而必要的条件是: 式中式中 fN 奈奎斯特频率。奈奎斯特频率。 n这就是采样定理。这就是采样定理。 n在实际应用中，通常选择在实际应用中，通常选择 mNssffTf221msff)43( 2 ) 分辨率分辨率 nDSO的分辨率

59、分为垂直分辨率和水的分辨率分为垂直分辨率和水平分辨率两种。平分辨率两种。 垂直分辨率由仪器中垂直分辨率由仪器中A/D转换器的转换器的二进制位数或其相应的百分数表示。二进制位数或其相应的百分数表示。例如例如8位位DSO，其垂直分辨率为，其垂直分辨率为8bit或或1/28=1/256=0.4% 。 n设垂直分辨率为设垂直分辨率为NY， 满量程为满量程为A，则则DSO只能准确显示只能准确显示 的的数值，而不能准确显示介于数值，而不能准确显示介于 和和 之间的数值，即之间的数值，即不能显示的数值范围满足下列不等不能显示的数值范围满足下列不等式式 n由此可见，垂直分辨率越高，仪器由此可见，垂直分辨率越高

60、，仪器的灵敏度越高，准确度也越高。的灵敏度越高，准确度也越高。 YN2/AKaKYN2/AKaKYNKAKa2/) 1(11KxKaaa 水平分辨率也用一个二进制位数或在水平分辨率也用一个二进制位数或在X轴方向可采集的数据点数表示。轴方向可采集的数据点数表示。n显然，水平分辨率越高，表示采集的点显然，水平分辨率越高，表示采集的点越密集，显示的波形越接近真实的模拟越密集，显示的波形越接近真实的模拟波形，误差也就越小。波形，误差也就越小。( 3 ) 存储容量存储容量 n垂直分辨率和水平分辨率的乘积，称为垂直分辨率和水平分辨率的乘积，称为总存储量，即总存储量，即 XYNNN( 三三 ) DSO的误差