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.doc

1、 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 關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)采集 傳感器 多普勒效應(yīng) 高速數(shù)據(jù)采集、任意傳感器，這些新增且非常實用的功能對萬用表而言可謂具有劃時代意義，讓項目測試開發(fā)工作更加得心應(yīng)手。為了體會首款國產(chǎn)高性能六位半數(shù)字萬用表的魅力，筆者把DM3064應(yīng)用到了多普勒測速實驗系統(tǒng)的開發(fā)中。 實驗系統(tǒng)設(shè)計如下： 運動物體反射的超聲波信號經(jīng)模擬乘法器與原信號相乘，濾波得到差頻信息后采樣進(jìn)行信號處理，進(jìn)而得到可靠可用的信息,最終計算出移動物體的速率。 系統(tǒng)中應(yīng)用多普勒效應(yīng)測量移動物體速率，發(fā)射器與接受器全部靜止，運動物體反射聲波。由多普勒效應(yīng)公式推導(dǎo)并簡化得: 其中 為實驗中的待測量即

2、移動物體速率， 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)行可行性驗證。 預(yù)期項目待測信息： 1環(huán)境溫度。因為聲速和溫度息息相關(guān)，所以這里要測得準(zhǔn)確的溫度信息計算出聲速，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。為了把多普勒測速值與經(jīng)典光電門測速值進(jìn)行比對，需要在物體通過光電門測速的同時啟動萬用表，捕獲此刻的測速信息。即用光電門作為測量的外部觸發(fā)源。 系統(tǒng)的搭建與測量 系統(tǒng)框架如圖： 圖1. 多普勒測速系統(tǒng)圖2. 引入DM3064的多普勒測速實驗系統(tǒng)1聲速測量 在實驗室條件下，采用鉑金電阻溫度探頭作

3、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。開始測量。 這種測量方式在獲得溫度信息后還需要計算得出聲速，故改進(jìn)為電阻-聲速映射的傳感器，只需要在DM3064上簡單的更新參考值對應(yīng)即可，方便、快捷。 2差頻信息測量 本系統(tǒng)測速的關(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個測量功能選擇，分別為多通

4、道多測量任務(wù)巡檢(Scan)和高速單通道大批量數(shù)據(jù)采集 （Data Log）。針對當(dāng)前監(jiān)測需求,采用后者。 首先建立一個任務(wù)工程，在工程建立的同時，系統(tǒng)會自動建立一個對應(yīng)于該工程的數(shù)據(jù)庫，用于存放用戶定制的任務(wù)項目和測量數(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，如果萬用表的狀態(tài)為空閑，PC將自動同步萬用表中的RTC時間，以防兩者時間不一樣出現(xiàn)誤差.） 任務(wù)保存在RIGOL DM3064數(shù)

5、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,對萬用表的操作不會產(chǎn)生影響. RIGOL DM3064數(shù)字萬用表按照制定的任務(wù)去采集測量值,PC能夠通過USB或LAN讀取測量值，保存到PC中，同時萬用表中的FLASH也能保存測量值,不過其存儲空間相對于自然要比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自動建立，所以不需要額外去開發(fā)數(shù)據(jù)庫。對于讀取的數(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)，表格和圖像都會自動刷新.出現(xiàn)報警情況將會有顯示和聲音的報警提示. 按照上述方法,可測得連續(xù)的高精度差頻波形，同時整個過程數(shù)據(jù)被記錄在數(shù)據(jù)文件中，

6、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，如果想要得到直觀的速度曲線,可以繼續(xù)應(yīng)用DM3064強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 為了比對速度，這里測量通過光電門時多普勒頻移.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,可與光電門測速值進(jìn)行比對。 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)的多普勒測速功能。但在測量中發(fā)現(xiàn)速度曲線的起始段發(fā)生畸變。借助DM3064強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。分析得知是啟動有刷電機瞬間所致的干擾，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試與故障分析。任意傳感器與高速數(shù)據(jù)采集功能使臺式數(shù)字萬用表與