RIGOL DM3064試用手記—結合多普勒效應

　　RIGOL DM3064試用手記——結合多普勒效應

　　高速數據采集與任意傳感器功能結合多普勒效應的應用

　　在上篇文章中，大家共同體驗了RIGOL DM3064臺式數字萬(wàn)用表豐富的功能與人性化的設計，本文中將繼續與它的高速數據采集、任意傳感器測量功能親密接觸。

　　高速數據采集、任意傳感器，這些新增且非常實(shí)用的功能對萬(wàn)用表而言可謂具有劃時(shí)代意義，讓項目測試開(kāi)發(fā)工作更加得心應手。為了體會(huì )首款國產(chǎn)高性能六位半數字萬(wàn)用表的魅力，筆者把DM3064應用到了多普勒測速實(shí)驗系統的開(kāi)發(fā)中。

　　實(shí)驗系統設計如下：

　　運動(dòng)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(dòng)物體的速率。

　　系統中應用多普勒效應測量移動(dòng)物體速率，發(fā)射器與接受器全部靜止，運動(dòng)物體反射聲波。由多普勒效應公式推導并簡(jiǎn)化得：

　　其中 為實(shí)驗中的待測量即移動(dòng)物體速率， 為多普勒頻移。 為聲速， 為聲波頻率。

　　為了快速開(kāi)發(fā)這套系統，應用RIGOL DM3064數字萬(wàn)用表進(jìn)行可行性驗證。

　　預期項目待測信息：

　　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(mén)觸發(fā)檢測。為了把多普勒測速值與經(jīng)典光電門(mén)測速值進(jìn)行比對，需要

　　在物體通過(guò)光電門(mén)測速的同時(shí)啟動(dòng)萬(wàn)用表，捕獲此刻的測速信息。即用光電門(mén)作為測量的外部觸發(fā)源。

　　系統的搭建與測量

　　系統框架如圖：

　　圖1. 多普勒測速系統

　　圖2. 引入DM3064的多普勒測速實(shí)驗系統

　　1．聲速測量

　　在實(shí)驗室條件下，采用鉑金電阻溫度探頭作為溫度傳感器。應用DM3064的任意傳感器功能，結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(lèi)型為兩線(xiàn)電阻（2WR），單位為 。之后添加參考值。

　　圖3. 任意傳感器設置

　　添加完畢后進(jìn)行清零操作。開(kāi)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(jiǎn)單的更新參考值對應即可，方便、快捷。

　　2．差頻信息測量

　　本系統測速的關(guān)鍵是得到準確的差頻信息 ，而且為了繪制連續的速度曲線(xiàn)，需要對差頻信息連續快速采集。

　　RIGOL DM3064數字萬(wàn)用表巡檢軟件Ultralogger提供2個(gè)測量功能選擇，分別為多通道多測量任務(wù)巡檢(Scan)和高速單通道大批量數據采集 (Data Log)。針對當前監測需求，采用后者。

　　首先建立一個(gè)任務(wù)工程，在工程建立的同時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)建立一個(gè)對應于該工程的數據庫，用于存放用戶(hù)定制的任務(wù)項目和測量數據。

　　圖4. DataLog 設置

　　圖5. DataLog差頻波形

　　通過(guò)USB連接RIGOL DM3064數字萬(wàn)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數字萬(wàn)用表中保存，單擊開(kāi)始按鈕后任務(wù)開(kāi)始。（在第一次連接時(shí)，如果萬(wàn)用表的狀態(tài)為空閑，PC將自動(dòng)同步萬(wàn)用表中的RTC時(shí)間，以防兩者時(shí)間不一樣出現誤差。）

　　任務(wù)保存在RIGOL DM3064數字萬(wàn)用表中，如果不需要當前PC執行操作或顯示采集數據，可以斷開(kāi)連接，對萬(wàn)用表的操作不會(huì )產(chǎn)生影響。

　　RIGOL DM3064數字萬(wàn)用表按照制定的任務(wù)去采集測量值，PC能夠通過(guò)USB或LAN讀取測量值，保存到PC中，同時(shí)萬(wàn)用表中的FLASH也能保存測量值，不過(guò)其存儲空間相對于自然要比PC小很多。

　　PC讀取數據后保存到數據庫中，該數據庫在建立工程的同時(shí)自動(dòng)建立，所以不需要額外去開(kāi)發(fā)數據庫。對于讀取的數據，軟件提供表格和圖像兩種顯示方式，如果軟件處于監視狀態(tài)，表格和圖像都會(huì )自動(dòng)刷新。出現報警情況將會(huì )有顯示和聲音的報警提示。

　　按照上述方法，可測得連續的高精度差頻波形，同時(shí)整個(gè)過(guò)程數據被記錄在數據文件中，便于分析、處理。

　　這樣，應用高速數據采集得到的結果可以為各種處理算法提供原始數據，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，不能應用其直接繪出差頻量曲線(xiàn)。這時(shí)，如果想要得到直觀(guān)的速度曲線(xiàn)，可以繼續應用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(xiàn)。

　　圖6. 頻率-速度傳感器曲線(xiàn)

　　3．光電門(mén)觸發(fā)檢測

　　為了比對速度，這里測量通過(guò)光電門(mén)時(shí)多普勒頻移。把DM3064表筆接到多普勒系統的差頻輸出端，按照任意傳感器的設置方法設置好頻率->速度對應關(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(mén)的整形輸出端。

　　配置好后，每經(jīng)過(guò)光電門(mén)一次，DM3064顯示此刻的速度值，可與光電門(mén)測速值進(jìn)行比對。

　　系統中的問(wèn)題分析

　　按照上述方案搭建的系統符合預期要求，能夠較好的完成精準的多普勒測速功能。但在測量中發(fā)現速度曲線(xiàn)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)現出現的是尖峰干擾。分析得知是啟動(dòng)有刷電機瞬間所致的干擾，調整電刷兩線(xiàn)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

　　RIGOL RIGOL DM3064的引入大大加快了系統的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，更便于系統各部分功能模塊的測試與故障分析。任意傳感器與高速數據采集功能使臺式數字萬(wàn)用表與系統融為一體，承擔起系統的功能，在可行性驗證以及系統調試時(shí)是十分必要的。