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虚拟仪器的丈量原理

毋庸置疑,来自传感器的信号里包含了被测物理量十分有用的信息或特征,而测试、测量过程则是对这些信息进行分析和处理的一个十分复杂的过程

毋庸置疑,来自传感器的信号里包含了被测物理量非常有用的信息或特征,而测验、丈量进程则是对这些信息进行剖析和处理的一个非常复杂的进程。
虚拟仪器是怎么完结丈量和剖析的?它与传统仪器的丈量方法有何不同?
为了更好的了解虚拟仪器的丈量原理,有必要先对传统仪器的直流电压与沟通电压的丈量方法做一个简略的回忆。

1.3.1 传统仪器的根本丈量原理
  1. 模仿式外表

图 1-10 指针式万用表
模仿式丈量外表是比较常见的丈量外表,多为电工类指针式丈量外表,所以也被称为:指针式外表。
现在以最经典的、最常见的指针式万用表为例,进行简略的阐明。

指针式万用表丈量直流电压的根本原理是:用一只高灵敏度的磁电式直流电流表(微安表)做电压丈量的指示表头。当被测直流电压通过规范限流电阻时所产生的细小电流通过表头时,指针就会产生偏转并给出相应的示值(表盘的刻度值)。
在丈量沟通电压时,先将被测沟通电压通过衰减后整流变成直流电压,然后通过直流电压的丈量完结沟通电压的替换丈量,按刻度给出对应的沟通电压示值。

从丈量机理来剖析,模仿式外表的丈量进程是归于一种接连丈量进程。换句话说:在整个丈量进程中,丈量是接连不断的进行。即被测信号一直施加在丈量组织上,整个丈量进程不存在任何时刻上的间断点。


2. 数字式外表

图 1-11 数字式万用表
数字式外表,例如数字电压表、数字万用表等,是借助于特别规划的模数转化器将被测直流电压转化成数字来进行显现,所以被称为数字式外表。

模数转化器的品种许多,下面仅以最具有代表性的双积分式数字电压表为例扼要阐明直流电压和沟通电压的根本丈量方法[5]。

双积分式数字电压表将直流电压的丈量进程划分为:T1、T2两个阶段(整个丈量周期=T1+T2)。
在T1时刻段内,被测直流信号接入积分器开端对被测信号进行积分;而在T2时刻段,内部参阅(极性与被测信号相反)接入积分器开端对内部参阅进行积分。与此同时,将T2时刻距离转化为与直流电压相对应的数值(脉冲个数)进行丈量成果的显现,终究完结整个丈量周期。


数字电压表的沟通丈量选用AC-DC转化模块来完结。AC-DC转化模块将被测沟通信号转化成直流信号,然后通过直流丈量方法来完结沟通的丈量和显现。AC-DC转化模块分为整流均匀式、对数/反对数式、模仿运算式和半导体热电改换式等等。

回忆双积分式数字电压表直流电压丈量进程,咱们发现它的丈量机理现已产生了一些奇妙的改变。前面曾谈到过,模仿式外表是实时地丈量被测信号,整个丈量进程 是接连不间断的,不存在任何时刻上的间断点。而双积分式数字电压表现已显着地改变了模仿式外表的丈量方法。双积分式数字电压表将直流电压的丈量进程分成了 T1和T2两个阶段。显然在T2时刻距离内将不会反映出信号中的任何信息,由于这个阶段积分器正在对内部参阅进行积分。因而,从时刻的接连性上看双积分的 丈量方法呈现了时刻上的间断点。

通过双积分式数字电压表直流丈量进程能够得到这样一个现实:丈量进程完全能够是一个不接连的丈量进程,它取决于信号的根本特征。由于直流电压信号自身具有 随时刻改变非常缓慢的特色,所以整个丈量进程并非一定要实时的进行。双积分式电压表直流的丈量原理就充沛有利地势用了这一特性。

T1阶段又被称为对输入直流电压进行“取样”的阶段。“取样”这个概念对我们来说应该是不会很生疏,由于人类的先人早已运用取样的方法来观测天体间的运转规则。
世界中星体之间的相对方位改变得很缓慢,施行接连观测并没有什么实践的含义。因而远古的人们就选用隔一段时刻,比方一天、一月、一年来观测它们之间的相对方位(相当于取样),然后计算出天体的运转规则。

3. 采款式全数字化丈量外表

长期以来,数字式外表丈量功能的进步根本上依赖于模数转化器的重大打破。比方:从双积分式发展到多斜率积分式等等。虽然从作业原理上的打破往往会对数字式 外表的功能有显着的改善和进步,但这些特别的规划也显着的增加了外表的本钱,而且导致制作和调试工艺越来越复杂化。
近年来,跟着模数转化技能及DSP及数字信号处理技能的飞速发展,呈现了一种根据采样原理的全数字化丈量仪器。采款式全数字丈量,首要对输入信号进行高速率收集,收集到的数据传送到DSP或处理器中进行剖析处理并显现出处理成果。
采款式全数字丈量最广泛的使用便是集成化的单、三相电子式电度表的IC芯片,它们现已集成化。下面看看该%&&&&&%的原理图。

图 1-12 单相电子式电度表%&&&&&%
在上图中的左上角,能够看到两个对输入电压、电流进行同步采样的ADC,同步收集的数据传送到一个电能丈量专用的DSP进行数据处理,终究的处理成果被送到片内的MCU完结显现和其它通讯作业。
假如读者对传统的感应式电度表略有简略的了解,就会看到采款式全数字丈量所带来的巨大优点。它不只进步了电度表的丈量准确度,更重要的是去掉了感应式的许多部件,比方线圈、转盘等机械加工部件。而且数字化的丈量自身就很简略的完结复费率、主动抄表等现代技能等。

通过以上的简略回忆后,现在再来看看虚拟仪器的根本丈量原理。

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