示波器在暂态信号测量与处理中的应用

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1、万方数据国外电子测量技术·2002年第1期测量与测试示波器在暂态信号测量与处理中的应用吴桂芳刘平原贺景亮武汉大学电气工程学院(430072)摘要：概述了暂态信号的特点，介绍了用带宽5GHz，采样率1GS／s的数字示波器进行暂态信号数字化测量的测量系统的构成和功能，以波形面积测量为例讲述结合数学软件进行信号处理的方法。关键词：暂态信号示波器信号处理数字实时技术ApplicationofoscilloscopeinMeasurementandProcessingofTransientsignalsA

2、bstract：Thispaperdiscussesthecharacteristicsoftransientsignals，introducesthecon—figurationandthetechnicalperformanceoftemporarysignaldigitalmeasure—ment，whichincludesa5GHzbandwidth，1Gigasamplesperseconddigitalreal—timeoscilloscope．Asanexampleofwavefo

3、rmareameasurementitpresentsthemethodsofwaveformprocessingincombinationwithmathsoftware．Keywords：Transientsignal，signalprocessingoscilloscope，digitalrealtime(DRT)tech—nology．概述暂态信号是电磁暂态现象的表征，其波形则是电磁暂态过程全面而直观的描述，因此通常暂态信号主要是对暂态波形而言。暂态信号的采集、测量、分析和处理在科学研究

4、中占据重要的地位。在高电压工程中，暂态信号的种类十分繁多，如雷电波(包括全波、截断波)、高频衰减振荡，局部放电脉冲，静电放电脉冲、核电磁脉冲等，以及这些波形和工频波叠加形成的波形。相应地暂态信号的频率范围也极宽，可达数千兆赫(MHz)。由于暂态信号的波形复杂、频率范围宽，通常又表现为连续频谱，所以对信号测量系统提出了更高的要求，不仅要求灵敏度和分辨率高、衰减小、响应时间短、匹配性好，而且还要具有很强的抗电磁干扰的能力。暂态信号处理的目的主要有两个：一是获取信号的特征量；二是消除干扰信号，提取真实

5、的波作者简介：吴桂芳(1976一)女，硕士，从事电磁兼容方面的研究工作。刘平原(1978一)男，硕士，从事电气设备在线监测与应用电子方面的研究工作。贺景亮(1937一)男，教授，从事绝缘信息监测与电磁兼容的研究工作。形。随着测试仪器和技术的不断进步，目前示波器的模拟带宽已能达400MHz以上，能够精确测量纳秒(ns)级前沿的脉冲波。随着电子技术的发展，A／D转换速度的提高和计算机软件的应用，数字化波形处理技术已经达到了很高的水平，不仅精度高，而且方法多，功能齐全。数字滤波、小波变换、人工神经网络

6、、分形几何等方法的应用，大大拓宽了数字信号处理的领域，使暂态信号的分析和处理达到了前所未有的深度和广度。本文以泰克公司的数字实时示波器TDS684B为例介绍了一种暂态信号测量分析系统，数字实时示波器采用数字实时(DRT)技术，实时采样率一般必须高于模拟带宽的4倍，例如两通道的400MHz的DRT示波器必须有两个单独的1GS／s的采样器，这一采样率与带宽的关系保证了描述与测量波形的置信度，波形完全实现了实时发生，实时采样。测量系统暂态信号的测量如图1所示：图1暂态信号测量系统框图11—万方数据国外

7、电子测量技术·2002年第1期测量与测试TDS684B示波器的主要技术指标是：8位垂直分辨率，平均模式分辨率超过11位，4个独立输入通道，每通道采样率5GS／s，1GHz带宽，具有多种触发方式以及丰富的测量和波形处理功能。TDS648B最大输入电压为±20V(直流+交流峰值)，一般探头衰减10倍，因此为完成高电压的测量需加入衰减器。衰减器要有较高的输入电压范围和通频带、方波响应好、衰减率连续可调。加入放大器是为了更好地测量微弱信号，要求放大器的带宽在100MHz以上。示波器有GPIB，centr

8、onics，RS一232接口实现与计算机互连。暂态信号往往会产生强烈的电磁干扰，信号传输电缆应使用屏蔽电缆并尽可能短，以防止干扰的串入，同时注意匹配问题，对于电磁干扰强烈或测量要求高的场合，可以考虑用光纤传输信号。为抑制差模干扰，应在示波器和电源间加入隔离变压器；为有效抑制共模干扰，应使示波器和电源之间尽可能有大的共模阻抗，尽量选用共模抑制比(CMRR)比较高的探头。对于测量要求不太严格的场合，比如测量微秒(肚s)级的暂态信号，可以用分压器代替衰减器和放大器部分，如图2所示：图2简化测量系统框图