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在測(cè)試信號(hào)儀器中波形重建的理論實(shí)現(xiàn)研究
目 錄
中文摘要……………………………………………………………………………………………………1
前言…………………………………………………………………………………………………………1
1 波形重建的理論 ………………………………………………………………………………………2
1.1 信號(hào)采樣內(nèi)插理論 ……………………………………………………………………………2
２ 波形參數(shù)測(cè)量…………………………………………………………………………………………5
2.1 周期和頻率 ……………………………………………………………………………………5
2.2 測(cè)頻原理 ………………………………………………………………………………………6
2.3 測(cè)周原理 ………………………………………………………………………………………7
2.4 峰峰值、直流、交流和交直流 ………………………………………………………………7
2.5 占空比和脈寬 …………………………………………………………………………………8
３ 波形重建的理論在示波器中的應(yīng)用…………………………………………………………………8
3.1 實(shí)時(shí)采樣 ………………………………………………………………………………………8
3.2 等效時(shí)間采樣…………………………………………………………………………………12
3.3 波形重建算法…………………………………………………………………………………14
3.3.1 拉格朗日2次插值算法………………………………………………………………14
3.3.2 波形重建………………………………………………………………………………15
結(jié)論 ………………………………………………………………………………………………………16
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………………………17
英文摘要 …………………………………………………………………………………………………17
致謝 ………………………………………………………………………………………………………18
在測(cè)試信號(hào)儀器中波形重建的理論實(shí)現(xiàn)研究
摘要：本文主要研究對(duì)象是在測(cè)試信號(hào)儀器中波形重建的理論實(shí)現(xiàn)。所謂波形重建就是對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，從而得到1些離散的采樣點(diǎn)，然后用這些離散的采樣點(diǎn)來(lái)重現(xiàn)連續(xù)信號(hào)。與模擬儀器不同，數(shù)字儀器須首先將被測(cè)信號(hào)數(shù)字化，即采樣和量化，然后才能進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。而在對(duì)信號(hào)采樣時(shí)要根據(jù)采樣理論進(jìn)行采樣，然后用這些采樣的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)波形的重建。重建波形最簡(jiǎn)單有效的方法就是在各個(gè)采樣點(diǎn)之間用直線連接，這種方法稱(chēng)為線性?xún)?nèi)插法。使用線性?xún)?nèi)插法時(shí)，只要采樣密度比較大，如每周期有30～50個(gè)點(diǎn)，就能恢復(fù)出比較平滑的信號(hào)波形，若每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)比較少（10個(gè)點(diǎn)或更少），則采用線性?xún)?nèi)插的方法將會(huì)得到不平滑的重建波形，甚至顯示出嚴(yán)重失真的波形，采用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，該理論得到了實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：采樣；波形重建；測(cè)試儀器
The theory realization research of profile reconstruction
in spike instrument
Abstract: The main study object of this article is theory realization of the profile reconstruction in the spike instrument. The so-called profile reconstruction is that carries on the sampling to the continuous signal, thus obtains some separate sampling points, then reappears the continuous signal with these separate sampling point. Unlike the simulation instrument, the digital instrument will have first to measure the signal digitization, namely the sampling and the quantification, then will be able to memorize and demonstrate. But when sample the signal,we must carry on it according to the sampling theory, then realizes the profile reconstruction with these sampling data. The effective method of the reconstruction profile is connecting each sampling point with the straight line, this method is called the linear interpolation. When use linear interpolation, so long as the sampling density is relatively big, if each cycle has 30~50 spots, we can restore the quite smooth waveform.If sampling points of each cyclical are quite few (10 spots or less), then will not be able to obtain the smooth reconstruction profile with the linear interpolation, even demonstrate the profile with serious distortion. Use the MATLAB software to carry on the simulation, this theory put into practice.
Key words: Sampling；Profile reconstruction；Measuring instrument
前言
電子示波器的兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上在不加入任何信號(hào)的時(shí)候，熒光屏上只出現(xiàn)1個(gè)熒光光點(diǎn)。若在垂直偏轉(zhuǎn)板上或在水平偏轉(zhuǎn)板上施加某1信號(hào)電壓，則電子束就沿著垂直或水平方向偏轉(zhuǎn)；當(dāng)信號(hào)的頻率大于15—20Hz時(shí)，由于熒光劑的余輝特性和人眼的視覺(jué)暫留作用使觀察者在熒光屏上能夠看到1條發(fā)光的線，即電子束移動(dòng)軌跡的跡線。這條線的兩個(gè)端點(diǎn)，相當(dāng)于被研究周期信號(hào)電壓正負(fù)半周兩個(gè)極大值的點(diǎn)。在運(yùn)用示波器時(shí)，往往是在垂直偏轉(zhuǎn)板(y軸)施加待測(cè)信號(hào)電壓，而對(duì)水平偏轉(zhuǎn)板(x軸)加入掃描電壓。在y軸與x軸同時(shí)加入電壓時(shí)，電子束就在兩個(gè)相互垂直力的作用下朝向合力的方向偏轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的模擬示波器體積大、重量重、成本高、價(jià)格貴，并且不太適合用于對(duì)非周期的單次信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
現(xiàn)代數(shù)字存儲(chǔ)示波器首先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行高速采樣獲得相應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并存儲(chǔ)。用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)采樣得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理與運(yùn)算，從而獲得所需要的各種信號(hào)參數(shù)（包括可能需要使用萬(wàn)用表測(cè)試的1些元器件電氣參數(shù)）。根據(jù)得到的信號(hào)參數(shù)繪制信號(hào)波形，并可對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的、瞬時(shí)的分析，以方便用戶(hù)了解信號(hào)質(zhì)量，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障的診斷。測(cè)量開(kāi)始時(shí)，操作者可通過(guò)中文界面選定測(cè)量類(lèi)型（波形測(cè)量、元件測(cè)量）、測(cè)量參數(shù)（頻率/周期、有效值、電阻阻值、2極管通斷等）及測(cè)量范圍（可選自動(dòng)設(shè)置，由儀器自動(dòng)設(shè)置最佳范圍）：微處理器自動(dòng)將測(cè)量設(shè)置解釋到采樣電路，并啟動(dòng)數(shù)據(jù)采樣：采樣完成后，由微處理器對(duì)采樣數(shù)據(jù)按測(cè)量設(shè)置進(jìn)行處理，提取所需要的測(cè)量參數(shù)，并將結(jié)果送顯示部件。如果需要，用戶(hù)可選擇自動(dòng)測(cè)試方式：微處理器在分析首次采樣得到的數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)具體情況調(diào)整、修改測(cè)量設(shè)置，并重新采樣。在經(jīng)過(guò)幾次這樣的“采樣-分析-調(diào)整-重采樣”循環(huán)后，示波表即可完成即觸即測(cè)功能，而無(wú)須人工調(diào)換量程，便于手持操作。顯然，數(shù)字存儲(chǔ)示波器與傳統(tǒng)的模擬示波器相比具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)。
數(shù)字示波器的基本工作原理是首先通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號(hào)數(shù)字化，即利用采樣技術(shù)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后利用各種算法從取樣數(shù)據(jù)中恢復(fù)我們所需要的各種信息。如何從A/D轉(zhuǎn)換后獲得的取樣數(shù)據(jù)中恢復(fù)出波形顯示所需要的信息，即利用取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行波形重建，對(duì)于測(cè)試信號(hào)儀器不失真地還原信號(hào)有重要意義。在被測(cè)信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器之前，必須由前端通道對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，如將信號(hào)幅度調(diào)節(jié)到適應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換的最佳幅度等。對(duì)于低頻率的信號(hào)，如果用很高的抽樣頻率進(jìn)行抽樣，勢(shì)必造成了大量的信號(hào)冗余;反之，當(dāng)頻率很高時(shí)，如果用很低的抽樣頻率進(jìn)行抽樣，勢(shì)必造成信息的大量丟失而失真。因此對(duì)實(shí)際中進(jìn)行波形重建如何不失真的恢復(fù)具有重要的意義。
1 波形重建的理論
數(shù)字示波器的基本工作原理是首先通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號(hào)數(shù)字化，即利用采樣技術(shù)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);然后利用各種算法從取樣數(shù)據(jù)中恢復(fù)我們所需要的各種信息。本章介紹的就是如何從A/D轉(zhuǎn)換后獲得的取樣數(shù)據(jù)中恢復(fù)出波形顯示所需要的信息，即利用取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行波形重建。
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