RIGOL DM3064试用手记—结合多普勒效应

2008-01-17 09:53:36来源: www.esic.cn 关键字:RIGOL  差频  高速数据采集  多普勒效应  乘法器  声波频率  传感器测量  Ult

  RIGOL DM3064试用手记——结合多普勒效应

  高速数据采集与任意传感器功能结合多普勒效应的应用

  在上篇文章中,大家共同体验了RIGOL DM3064台式数字万用表丰富的功能与人性化的设计,本文中将继续与它的高速数据采集、任意传感器测量功能亲密接触。

  高速数据采集、任意传感器,这些新增且非常实用的功能对万用表而言可谓具有划时代意义,让项目测试开发工作更加得心应手。为了体会首款国产高性能六位半数字万用表的魅力,笔者把DM3064应用到了多普勒测速实验系统的开发中。

  实验系统设计如下:

  运动物体反射的超声波信号经模拟乘法器与原信号相乘,滤波得到差频信息后采样进行信号处理,进而得到可靠可用的信息,最终计算出移动物体的速率。

  系统中应用多普勒效应测量移动物体速率,发射器与接受器全部静止,运动物体反射声波。由多普勒效应公式推导并简化得:

  其中 为实验中的待测量即移动物体速率, 为多普勒频移。 为声速, 为声波频率

  为了快速开发这套系统,应用RIGOL DM3064数字万用表进行可行性验证。

  预期项目待测信息:

  1. 环境温度。因为声速和温度息息相关,所以这里要测得准确的温度信息计算出声速,即 的大小。

  2. 经乘法器后的差频信息。即多普勒频移值 的大小。

  3. 光电门触发检测。为了把多普勒测速值与经典光电门测速值进行比对,需要

  在物体通过光电门测速的同时启动万用表,捕获此刻的测速信息。即用光电门作为测量的外部触发源。

  系统的搭建与测量

  系统框架如图:

  

  

  

  图1. 多普勒测速系统

  

  图2. 引入DM3064的多普勒测速实验系统

  1.声速测量

  在实验室条件下,采用铂金电阻温度探头作为温度传感器。应用DM3064的任意传感器功能,结合铂金电阻温度探头的阻值温度对照表配置温度传感器功能:

  进入任意传感器菜单,命名后选择类型为两线电阻(2WR),单位为 。之后添加参考值。

  

  

  

  图3. 任意传感器设置

  添加完毕后进行清零操作。开始测量。

  这种测量方式在获得温度信息后还需要计算得出声速,故改进为电阻->声速映射的传感器,只需要在DM3064上简单的更新参考值对应即可,方便、快捷。

  2.差频信息测量

  本系统测速的关键是得到准确的差频信息 ,而且为了绘制连续的速度曲线,需要对差频信息连续快速采集。

  RIGOL DM3064数字万用表巡检软件Ultralogger提供2个测量功能选择,分别为多通道多测量任务巡检(Scan)和高速单通道大批量数据采集 (Data Log)。针对当前监测需求,采用后者。

  首先建立一个任务工程,在工程建立的同时,系统会自动建立一个对应于该工程的数据库,用于存放用户定制的任务项目和测量数据。

  

  

  

  图4. DataLog 设置

  

  

  

  图5. DataLog差频波形

  通过USB连接RIGOL DM3064数字万用表到PC,单击下载按钮,将上面步骤中制定好的任务表下载到RIGOL DM3064数字万用表中保存,单击开始按钮后任务开始。(在第一次连接时,如果万用表的状态为空闲,PC将自动同步万用表中的RTC时间,以防两者时间不一样出现误差。)

  任务保存在RIGOL DM3064数字万用表中,如果不需要当前PC执行操作或显示采集数据,可以断开连接,对万用表的操作不会产生影响。

  RIGOL DM3064数字万用表按照制定的任务去采集测量值,PC能够通过USB或LAN读取测量值,保存到PC中,同时万用表中的FLASH也能保存测量值,不过其存储空间相对于自然要比PC小很多。

  PC读取数据后保存到数据库中,该数据库在建立工程的同时自动建立,所以不需要额外去开发数据库。对于读取的数据,软件提供表格和图像两种显示方式,如果软件处于监视状态,表格和图像都会自动刷新。出现报警情况将会有显示和声音的报警提示。

  按照上述方法,可测得连续的高精度差频波形,同时整个过程数据被记录在数据文件中,便于分析、处理。

  这样,应用高速数据采集得到的结果可以为各种处理算法提供原始数据,比如直接傅立叶变换、快速傅立叶变换以及等效滤波法等等。但是,不能应用其直接绘出差频量曲线。这时,如果想要得到直观的速度曲线,可以继续应用DM3064强大的任意传感器功能,建立频率-速度型传感器,进而可得到速度曲线。

  

  

  

  图6. 频率-速度传感器曲线

  3.光电门触发检测

  为了比对速度,这里测量通过光电门时多普勒频移。把DM3064表笔接到多普勒系统的差频输出端,按照任意传感器的设置方法设置好频率->速度对应关系。选择触发源为外部触发,并把触发电缆引到光电门的整形输出端。

  配置好后,每经过光电门一次,DM3064显示此刻的速度值,可与光电门测速值进行比对。

  系统中的问题分析

  按照上述方案搭建的系统符合预期要求,能够较好的完成精准的多普勒测速功能。但在测量中发现速度曲线的起始段发生畸变。借助DM3064强大的高速采集功能分析初始段波形。发现出现的是尖峰干扰。分析得知是启动有刷电机瞬间所致的干扰,调整电刷两线与地间电容后,使用Data Log功能再次查看,干扰有效的得到解决。

  总结

  RIGOL RIGOL DM3064的引入大大加快了系统的开发进程,更便于系统各部分功能模块的测试与故障分析。任意传感器与高速数据采集功能使台式数字万用表与系统融为一体,承担起系统的功能,在可行性验证以及系统调试时是十分必要的。

 

关键字:RIGOL  差频  高速数据采集  多普勒效应  乘法器  声波频率  传感器测量  Ult

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/zhzx/200801/article_1786.html
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