技術(shù)頻道

      RIGOL DM3064試用手記(II)


      ——高速數(shù)據(jù)采集與任意傳感器功能結(jié)合多普勒效應(yīng)的應(yīng)用

      在上篇文章中,大家共同體驗(yàn)了RIGOL DM3064臺(tái)式數(shù)字萬用表豐富的功能與人性化的設(shè)計(jì),本文中將繼續(xù)與它的高速數(shù)據(jù)采集、任意傳感器測(cè)量功能親密接觸。
      高速數(shù)據(jù)采集、任意傳感器,這些新增且非常實(shí)用的功能對(duì)萬用表而言可謂具有劃時(shí)代意義,讓項(xiàng)目測(cè)試開發(fā)工作更加得心應(yīng)手。為了體會(huì)首款國(guó)產(chǎn)高性能六位半數(shù)字萬用表的魅力,筆者把DM3064應(yīng)用到了多普勒測(cè)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)中。

      實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下:
      運(yùn)動(dòng)物體反射的超聲波信號(hào)經(jīng)模擬乘法器與原信號(hào)相乘,濾波得到差頻信息后采樣進(jìn)行信號(hào)處理,進(jìn)而得到可靠可用的信息,最終計(jì)算出移動(dòng)物體的速率。
      系統(tǒng)中應(yīng)用多普勒效應(yīng)測(cè)量移動(dòng)物體速率,發(fā)射器與接受器全部靜止,運(yùn)動(dòng)物體反射聲波。由多普勒效應(yīng)公式推導(dǎo)并簡(jiǎn)化得:
      其中 為實(shí)驗(yàn)中的待測(cè)量即移動(dòng)物體速率, 為多普勒頻移。 為聲速, 為聲波頻率。
      為了快速開發(fā)這套系統(tǒng),應(yīng)用RIGOL DM3064數(shù)字萬用表進(jìn)行可行性驗(yàn)證。

      預(yù)期項(xiàng)目待測(cè)信息:
      1. 環(huán)境溫度。因?yàn)槁曀俸蜏囟认⑾⑾嚓P(guān),所以這里要測(cè)得準(zhǔn)確的溫度信息計(jì)算出聲速,即 的大小。
      2. 經(jīng)乘法器后的差頻信息。即多普勒頻移值 的大小。
      3. 光電門觸發(fā)檢測(cè)。為了把多普勒測(cè)速值與經(jīng)典光電門測(cè)速值進(jìn)行比對(duì),需要在物體通過光電門測(cè)速的同時(shí)啟動(dòng)萬用表,捕獲此刻的測(cè)速信息。即用光電門作為測(cè)量的外部觸發(fā)源。

      系統(tǒng)的搭建與測(cè)量
      系統(tǒng)框架如圖:

      圖1. 多普勒測(cè)速系統(tǒng)

      圖2. 引入DM3064的多普勒測(cè)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
      1.聲速測(cè)量
      在實(shí)驗(yàn)室條件下,采用鉑金電阻溫度探頭作為溫度傳感器。應(yīng)用DM3064的任意傳感器功能,結(jié)合鉑金電阻溫度探頭的阻值溫度對(duì)照表配置溫度傳感器功能:
      進(jìn)入任意傳感器菜單,命名后選擇類型為兩線電阻(2WR),單位為 。之后添加參考值。

      圖3. 任意傳感器設(shè)置
      添加完畢后進(jìn)行清零操作。開始測(cè)量。
      這種測(cè)量方式在獲得溫度信息后還需要計(jì)算得出聲速,故改進(jìn)為電阻->聲速映射的傳感器,只需要在DM3064上簡(jiǎn)單的更新參考值對(duì)應(yīng)即可,方便、快捷。
      2.差頻信息測(cè)量
      本系統(tǒng)測(cè)速的關(guān)鍵是得到準(zhǔn)確的差頻信息 ,而且為了繪制連續(xù)的速度曲線,需要對(duì)差頻信息連續(xù)快速采集。
      RIGOL DM3064數(shù)字萬用表巡檢軟件Ultralogger提供2個(gè)測(cè)量功能選擇,分別為多通道多測(cè)量任務(wù)巡檢(Scan)和高速單通道大批量數(shù)據(jù)采集 (Data Log)。針對(duì)當(dāng)前監(jiān)測(cè)需求,采用后者。
      首先建立一個(gè)任務(wù)工程,在工程建立的同時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)對(duì)應(yīng)于該工程的數(shù)據(jù)庫,用于存放用戶定制的任務(wù)項(xiàng)目和測(cè)量數(shù)據(jù)。

      圖4. DataLog 設(shè)置

      圖5. DataLog差頻波形
      通過USB連接RIGOL DM3064數(shù)字萬用表到PC,單擊下載按鈕,將上面步驟中制定好的任務(wù)表下載到RIGOL DM3064數(shù)字萬用表中保存,單擊開始按鈕后任務(wù)開始。(在第一次連接時(shí),如果萬用表的狀態(tài)為空閑,PC將自動(dòng)同步萬用表中的RTC時(shí)間,以防兩者時(shí)間不一樣出現(xiàn)誤差。)
      任務(wù)保存在RIGOL DM3064數(shù)字萬用表中,如果不需要當(dāng)前PC執(zhí)行操作或顯示采集數(shù)據(jù),可以斷開連接,對(duì)萬用表的操作不會(huì)產(chǎn)生影響。
      RIGOL DM3064數(shù)字萬用表按照制定的任務(wù)去采集測(cè)量值,PC能夠通過USB或LAN讀取測(cè)量值,保存到PC中,同時(shí)萬用表中的FLASH也能保存測(cè)量值,不過其存儲(chǔ)空間相對(duì)于自然要比PC小很多。
      PC讀取數(shù)據(jù)后保存到數(shù)據(jù)庫中,該數(shù)據(jù)庫在建立工程的同時(shí)自動(dòng)建立,所以不需要額外去開發(fā)數(shù)據(jù)庫。對(duì)于讀取的數(shù)據(jù),軟件提供表格和圖像兩種顯示方式,如果軟件處于監(jiān)視狀態(tài),表格和圖像都會(huì)自動(dòng)刷新。出現(xiàn)報(bào)警情況將會(huì)有顯示和聲音的報(bào)警提示。
      按照上述方法,可測(cè)得連續(xù)的高精度差頻波形,同時(shí)整個(gè)過程數(shù)據(jù)被記錄在數(shù)據(jù)文件中,便于分析、處理。
      這樣,應(yīng)用高速數(shù)據(jù)采集得到的結(jié)果可以為各種處理算法提供原始數(shù)據(jù),比如直接傅立葉變換、快速傅立葉變換以及等效濾波法等等。但是,不能應(yīng)用其直接繪出差頻量曲線。這時(shí),如果想要得到直觀的速度曲線,可以繼續(xù)應(yīng)用DM3064強(qiáng)大的任意傳感器功能,建立頻率-速度型傳感器,進(jìn)而可得到速度曲線。

      圖6. 頻率-速度傳感器曲線
      3.光電門觸發(fā)檢測(cè)
      為了比對(duì)速度,這里測(cè)量通過光電門時(shí)多普勒頻移。把DM3064表筆接到多普勒系統(tǒng)的差頻輸出端,按照任意傳感器的設(shè)置方法設(shè)置好頻率->速度對(duì)應(yīng)關(guān)系。選擇觸發(fā)源為外部觸發(fā),并把觸發(fā)電纜引到光電門的整形輸出端。
      配置好后,每經(jīng)過光電門一次,DM3064顯示此刻的速度值,可與光電門測(cè)速值進(jìn)行比對(duì)。

      系統(tǒng)中的問題分析
      按照上述方案搭建的系統(tǒng)符合預(yù)期要求,能夠較好的完成精準(zhǔn)的多普勒測(cè)速功能。但在測(cè)量中發(fā)現(xiàn)速度曲線的起始段發(fā)生畸變。借助DM3064強(qiáng)大的高速采集功能分析初始段波形。發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的是尖峰干擾。分析得知是啟動(dòng)有刷電機(jī)瞬間所致的干擾,調(diào)整電刷兩線與地間電容后,使用Data Log功能再次查看,干擾有效的得到解決。
      總結(jié)
      RIGOL RIGOL DM3064的引入大大加快了系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)程,更便于系統(tǒng)各部分功能模塊的測(cè)試與故障分析。任意傳感器與高速數(shù)據(jù)采集功能使臺(tái)式數(shù)字萬用表與系統(tǒng)融為一體,承擔(dān)起系統(tǒng)的功能,在可行性驗(yàn)證以及系統(tǒng)調(diào)試時(shí)是十分必要的。
      作為工程師的一把利器,北京普源精電科技有限公司的DM3064有著廣闊的應(yīng)用前景,強(qiáng)大且完善的功能可以勝任更多創(chuàng)新任務(wù)!





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