應用于教學(xué)方案的USB 模塊化儀器的研究
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適合商業(yè)化的 USB 模塊化儀器
高校教師也強調產(chǎn)品的商業(yè)化價(jià)值。由于可擴展性和靈活性帶來(lái)的各種好處，PC基儀器的重要性為商界所公認。它的可持續性成為行將就業(yè)大學(xué)生獲得工業(yè)領(lǐng)域實(shí)際經(jīng)驗的很好平臺。例如在替代能源和減少對化石燃料依賴(lài)這些人們關(guān)注的領(lǐng)域，許多研究實(shí)驗室正在尋找更高能效的引擎和使用替代能源的引擎。電動(dòng)汽車(chē)就是這類(lèi)研究成果的例子。在引擎和燃油技術(shù)開(kāi)發(fā)中，引擎性能測試是非常重要的。有許多影響引擎性能的因素：基本引擎設計、燃油、潤滑、壓縮比、閥門(mén)定時(shí)、點(diǎn)火定時(shí)和溫度。其中最關(guān)鍵的因素是引擎功率控制、油耗和排放，這是相對消耗空氣量的攝入燃油量。它以空氣∕燃油比表示，也就是使用的空氣量除以燃燒的燃油量。通常較大的引擎由計算機控制的燃油噴射調節空氣∕燃油比，而較小引擎仍使用化油器控制空氣∕燃油比。精調引擎化油器需要仔細測量作為油門(mén)位置函數的扭矩、速度、溫度和油耗。安捷倫的USB數據采集（DAQ）模塊為引擎測試提供低價(jià)和靈活的解決方案。
為了在實(shí)驗室測試引擎性能，通常把引擎耦合到拉力計，這可以是引擎拉力計（直接接到引擎輸出軸）或底盤(pán)拉力計（接到驅動(dòng)輪）。拉力計提供引擎負荷，能通過(guò)容易的控制測試寬范圍的扭矩和速度。這對于表征給定負荷下的馬達扭矩是非常重要的。常見(jiàn)的工業(yè)方法是測量作為輸入電壓函數的馬達轉速。馬達帶動(dòng)“分度盤(pán)”旋轉，并由反射型紅外發(fā)射器 － 探測器檢測。通過(guò)調整紅外傳感器位置得到與馬達速度相關(guān)的方波輸出。馬達的電壓和速度信號被讀入數據采集裝置。通過(guò)實(shí)踐這一采集技術(shù)，使授課內容覆蓋各種類(lèi)型的測量、信號和測量技術(shù)，實(shí)驗內容也使學(xué)生獲得豐富的測量經(jīng)驗。這樣保證了測量理論和實(shí)驗經(jīng)驗，是所學(xué)知識和技術(shù)實(shí)際應用的完美結合。帶 VEE 軟件的Agilent U2350系列USB數據采集單元就是很好的例子，它使人們把注意力集中到基本電路與測量系統的連接，而由熟悉的程序實(shí)現自動(dòng)化測量，通過(guò)容易的分析了解馬達最大額定值，加速和減速曲線(xiàn)及其它相關(guān)測量。U2350系列USB數據采集裝置提供每通道高達16bit 和500K的采樣率，使其成為測量，甚至產(chǎn)生預定義波形的理想解決方案。 VEE 軟件是功能強大的補充工具，它可以讀取整個(gè)跡線(xiàn)或波形，而不限于單個(gè)數據點(diǎn)，并能通過(guò)編程執行實(shí)例分析。學(xué)生們可通過(guò)最少的學(xué)時(shí)，用數據采集系統的最新技術(shù)完成精確的測量。Agilent 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了為高校教師提供幫助的大學(xué)機械實(shí)驗室教學(xué)大綱，大綱強調商業(yè)實(shí)踐和為研究增加更多價(jià)值。
讓大學(xué)生了解工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程也很重要。典型產(chǎn)品生命期包括設計和表征，量產(chǎn)，升級，或被更新一代產(chǎn)品替代。無(wú)論處于產(chǎn)品生命期哪一階段，測試方法都保有如圖4所示的一致性。隨著(zhù)半導體趨向于更小的集成芯片或具有更多功能和特性的 IC 封裝，儀器管理變得至關(guān)重要，更低的功耗和敏感的測試要求呼喚更緊湊和能力更強的測試儀器。例如在大學(xué)研究實(shí)驗室的硅納米線(xiàn)晶體管表征中，測量包括保持兩個(gè)電壓恒定，然后通過(guò)掃描第三個(gè)電壓得到性能特性集。這用于測試和驗證晶體管的不同配置和實(shí)現。選擇測試儀器時(shí)必須考慮功耗要求。由于硅納米線(xiàn)晶體管在低功耗區工作，Agilent U2722A是能夠滿(mǎn)足電流、電壓、測量分辨率和測量速度要求的理想解決方案。也必須注意U2722A的三通道輸出能有效地提供表征能力。帶有 AMM 的U2722A操作方便，Agilent 模塊化儀器推動(dòng)著(zhù)開(kāi)放體系結構，以及支持簡(jiǎn)化測試自動(dòng)化的VEE、MATLAB、LabVIEW 和Visual Studio。尤為重要的是通過(guò) AMM 中的命令記錄器和代碼轉換器特性，能容易地記錄和轉換所使用VEE、VB、C++ 和C＃的代碼片段。
圖 4，參數測試方法 —— 強調儀器管理，選擇適合的設備，按被測器件確定要測試的參數，最后通過(guò)分析測試數據進(jìn)行設計驗證
圖 5，Agilent U2722A USB模塊化源∕測量單元測試納米線(xiàn)晶體管。這里示出器件的斷面
半導體行業(yè)包括各種可用器件，包括分立元件（MOSFET，二極管，晶體管），邏輯電路（FPGA），存儲器器件（EEPROM存儲器，微處理器，DRAM），電源控制器（PWM控制器，直流到直流變換器），信號處理器（ADC，DAC，電壓 - 頻率變換器），定時(shí)處理器（振蕩器，定時(shí)器，波形發(fā)生器）和信號調整器（放大器和比較器）。U2722A及其增強版 U2723A是適用于半導體參數測試的強大高價(jià)值工具，U2941A則是為高校教師提供故障分析補充的有效解決方案。測試夾具提供固定元件，從而便于進(jìn)行分析和驗證的模塊。它的參數測量管理器（PMM）軟件提供MOSFET、二極管、電阻器和 BJT 晶體管分析程序。這樣，大學(xué)本科生就能開(kāi)始利用不多的設計資源優(yōu)化測試覆蓋，從而能在未來(lái)真正的工業(yè)領(lǐng)域縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間和使產(chǎn)品更快進(jìn)入市場(chǎng)。
結論
隨著(zhù) Agilent 符合靈活配置、快速設置、物美價(jià)廉要求的 USB 基模塊化儀器的推出，這些儀器迅速引起電子工業(yè)和高校師生的濃厚興趣，他們要在富有挑戰性的世界中通過(guò)具有附加價(jià)值的儀器贏(yíng)得成本優(yōu)勢。USB 基模塊化儀器家族能按變化的測量需要進(jìn)行靈活的配置 —— 容易、快速、經(jīng)濟。它可配備基本教學(xué)實(shí)驗室和研究實(shí)驗室，承擔從一般性應用到先進(jìn)和深入的材料分析和物理分析的各種項目。Agilent USB模塊化儀器家族包括示波器，函數發(fā)生器，數字萬(wàn)用表 （DMM），源∕測量單元，開(kāi)關(guān)矩陣和數據采集器，它們有便于攜帶的外形結構，又有臺式精密儀器般的測量能力。在研究實(shí)驗室中，USB模塊化儀器可自動(dòng)執行各種表征。
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