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(shí)用的功能對(duì)萬(wàn)用表而言可謂具有劃時(shí)代意義，讓項(xiàng)目測(cè)試開(kāi)發(fā)工作更加得心應(yīng)手。為了體會(huì)首款國(guó)產(chǎn)高性能六位半數(shù)字萬(wàn)用表的魅力，筆者把DM3064應(yīng)用到了多普勒測(cè)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下： 運(yùn)動(dòng)物體反射的超聲波信號(hào)經(jīng)模擬乘法器與原信號(hào)相乘，濾波得到差頻信息后采樣進(jìn)行信號(hào)處理，進(jìn)而得到可靠可用的信息,最終計(jì)算出移動(dòng)物體的速率。 系統(tǒng)中應(yīng)用多普勒效應(yīng)測(cè)量移動(dòng)物體速率，發(fā)射器與接受器全部靜止，運(yùn)動(dòng)物體反射聲波。由多普勒效應(yīng)公式推導(dǎo)并簡(jiǎn)化得: 其中 為實(shí)驗(yàn)中的待測(cè)量即

2、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(tǒng),應(yīng)用RIGOL DM3064數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行可行性驗(yàn)證。 預(yù)期項(xiàng)目待測(cè)信息： 1環(huán)境溫度。因?yàn)槁曀俸蜏囟认⑾⑾嚓P(guān)，所以這里要測(cè)得準(zhǔn)確的溫度信息計(jì)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(cè)。為了把多普勒測(cè)速值與經(jīng)典光電門(mén)測(cè)速值進(jìn)行比對(duì)，需要在物體通過(guò)光電門(mén)測(cè)速的同時(shí)啟動(dòng)萬(wàn)用表，捕獲此刻的測(cè)速信息。即用光電門(mén)作為測(cè)量的外部觸發(fā)源。 系統(tǒng)的搭建與測(cè)量 系統(tǒng)框架如圖： 圖1. 多普勒測(cè)速系統(tǒng)圖2. 引入DM3064的多普勒測(cè)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1聲速測(cè)量 在實(shí)驗(yàn)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(duì)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(kāi)始測(cè)量。 這種測(cè)量方式在獲得溫度信息后還需要計(jì)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(duì)應(yīng)即可，方便、快捷。 2差頻信息測(cè)量 本系統(tǒng)測(cè)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(duì)差頻信息連續(xù)快速采集。 RIGOL DM3064數(shù)字萬(wàn)用表巡檢軟件Ultralogger提供2個(gè)測(cè)量功能選擇，分別為多通

4、道多測(cè)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(duì)當(dāng)前監(jiān)測(cè)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(tǒng)會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)對(duì)應(yīng)于該工程的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存放用戶定制的任務(wù)項(xiàng)目和測(cè)量數(shù)據(jù). 圖4。 DataLog 設(shè)置圖5。 DataLog差頻波形通過(guò)USB連接RIGOL DM3064數(shù)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(shù)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(xiàn)誤差.） 任務(wù)保存在RIGOL DM3064數(shù)

5、字萬(wàn)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(kāi)連接,對(duì)萬(wàn)用表的操作不會(huì)產(chǎn)生影響. RIGOL DM3064數(shù)字萬(wàn)用表按照制定的任務(wù)去采集測(cè)量值,PC能夠通過(guò)USB或LAN讀取測(cè)量值，保存到PC中，同時(shí)萬(wàn)用表中的FLASH也能保存測(cè)量值,不過(guò)其存儲(chǔ)空間相對(duì)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(kù)中,該數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)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(huì)自動(dòng)刷新.出現(xiàn)報(bào)警情況將會(huì)有顯示和聲音的報(bào)警提示. 按照上述方法,可測(cè)得連續(xù)的高精度差頻波形，同時(shí)整個(gè)過(guò)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(shí)，如果想要得到直觀的速度曲線,可以繼續(xù)應(yīng)用DM3064強(qiáng)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(mén)觸發(fā)檢測(cè) 為了比對(duì)速度，這里測(cè)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(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(duì)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(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(cè)速值進(jìn)行比對(duì)。 系統(tǒng)中的問(wèn)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(cè)速功能。但在測(cè)量中發(fā)現(xiàn)速度曲線的起始段發(fā)生畸變。借助DM3064強(qiáng)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(dòng)有刷電機(jī)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(kāi)發(fā)進(jìn)程，更便于系統(tǒng)各部分功能模塊的測(cè)試與故障分析。任意傳感器與高速數(shù)據(jù)采集功能使臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表與