本發(fā)明涉及測量領域，尤其涉及一種示波器校準儀方波幅度測量系統(tǒng)及方法。

背景技術：

請參閱圖1，其為現(xiàn)有的示波器校準方波幅度測量方法的一種常見原理圖。該方法其為高速取樣數(shù)字電壓表法，校準儀設置為“方波校準電壓”功能，頻率置“1khz”。取樣數(shù)字多用表置“直流電壓，采樣測量”功能，量程置“自動”。積分周期(nplc)置“0.01”，依次設置相應的采樣延遲時間(0.0012s，0.0007s)，分別測量方波校準電壓的頂部和底部電壓值，并將頂值電壓減去底值電壓，其差值即為方波幅度。該方法只適用于自身帶同步觸發(fā)信號功能的示波器校準儀。

對于自身不帶同步觸發(fā)信號功能的示波器校準儀，示波器校準方波幅度測量方法一般采用脈沖幅度比較儀法。如圖2所示，其為脈沖幅度比較儀法的原理電路圖。校準儀置為“方波校準電壓”功能，頻率置“1khz”。脈沖幅度比較儀電壓置被測電壓值。數(shù)字多用表置“直流電壓”測量功能，量程置“自動”。高靈敏度示波器y軸衰減與被測電壓幅度相應，掃速置“5ms/div”。按說明書要求調(diào)節(jié)高靈敏示波器的y軸“靈敏度”、y軸“位移”和比較儀的平衡電壓，使示波器顯示斬波電壓和被測波頂(底)部電壓相等，分別讀取數(shù)字多用表的電壓值。將頂值電壓減去底值電壓，其值即為方波幅度。

雖然，該方法對自身不帶同步觸發(fā)信號功能的示波器校準儀示波器測量校準儀方波幅度測量，但是，由于數(shù)字多用表、脈沖幅度比較儀、高靈敏度示波器等測量不確定度分量來源較多，造成測量不確定度分量大，無法對小量程的信號進行合格與否的判別，同時存在測量精準度不夠等問題。

如何對任何種類示波器標準儀，特別是不受自身是否帶有同步觸發(fā)信號功能限制的標準儀，也可以進行方波幅度測量，而且也解決測量準確度高，測量不確定度分量少，可以對小量程信號也能進行合格與否的判別，這正是本發(fā)明需要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種示波器校準儀方波幅度測量系統(tǒng)及方法，利用函數(shù)信號發(fā)生器的方波信號，模擬同步觸發(fā)信號功能的概念，使得自身不帶同步觸發(fā)信號功能的示波器校準儀，也能利用類似高速取樣數(shù)字電壓表法的方法，進行方波幅度測量。

一種示波器校準儀方波幅度測量系統(tǒng)，適應包括自身不帶有同步觸發(fā)信號功能示波器校準儀的測量，包括數(shù)字電壓表，還包括頻率計、發(fā)生器和程控電腦；

頻率計：分別連接所述示波器校準儀、程控電腦，用于接收示波器校準儀幅度信息，讀取當前其頻率信息，并將之傳送至程控電腦；

發(fā)生器：分別連接頻率計、程控電腦和數(shù)字電壓表，用于接收程控電腦的控制產(chǎn)生信號將所述信號疊加至頻率計，經(jīng)所述頻率計讀取所述頻率信號后提交到所述程控電腦；并且經(jīng)過所述程控電腦認可后其輸出的最終信號作為示波器校準儀同步觸發(fā)信息傳遞至所述數(shù)字電壓表；

程控電腦：用于控制發(fā)生器調(diào)整產(chǎn)生信號的頻率，并且在頻率計采集所述示波器校準儀當前產(chǎn)生信號的頻率與所述發(fā)生器產(chǎn)生信號的頻率在預設被認可為同步范圍內(nèi)，允許所述發(fā)生器輸出其最終信號；

數(shù)字電壓表，其外觸發(fā)端口連接發(fā)生器，示波器校準儀的方波信號加入取樣數(shù)字多用表的測量輸入端口；完成所述方波測量。

一種示波器校準儀方波幅度測量方法，適應包括自身不帶有同步觸發(fā)信號功能示波器校準儀的測量，包括以下步驟：

頻率計接收示波器校準儀幅度信息，讀取當前其頻率信息，并將之傳送至程控電腦；

發(fā)生器接收程控電腦的控制產(chǎn)生信號將所述信號疊加至頻率計，經(jīng)所述頻率計讀取所述頻率信號后提交到所述程控電腦；

程控電腦對比所述示波器校準儀當前產(chǎn)生信號的頻率與所述發(fā)生器產(chǎn)生信號的頻率是否處于同步狀態(tài)，若是，允許發(fā)生器輸出最終信號作為示波器校準儀同步觸發(fā)信息傳遞至所述數(shù)字電壓表，否則調(diào)整發(fā)生器產(chǎn)生的信號頻率，再次疊加至頻率計；

數(shù)字電壓表設置“直流電壓，采樣測量”功能，量程置“自動”，依次設置相應的采樣延遲時間，完成所述方波測量。

該方法與現(xiàn)有的兩種測試方法相比，其測量不確定度分量，遠小于脈沖幅度比較儀法，與高速取樣數(shù)字電壓表法的測量不確定度分量大小一樣，但適用于任何種類的示波器校準儀，不受自身是否帶有同步觸發(fā)信號功能的限制。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術中一種常見的示波器校準儀方波幅度測量系統(tǒng)的原理圖；

圖2為現(xiàn)有技術中一種沒有同步信號的示波器校準儀方波幅度測量系統(tǒng)的原理圖；

圖3為本發(fā)明一種沒有同步信號的示波器校準儀方波幅度測量系統(tǒng)的原理圖。

具體實施方式

對于無同步觸發(fā)功能的示波器校準儀方波幅度信號，通過如圖3裝置將函數(shù)信號發(fā)生器最終產(chǎn)生的信號，作為示波器校準儀方波幅度同步觸發(fā)信號傳遞給數(shù)字電壓表，起到外觸發(fā)功能。

一種示波器校準儀方波幅度測量系統(tǒng)，適應包括自身不帶有同步觸發(fā)信號功能示波器校準儀的測量，包括數(shù)字電壓表，其特征在于，還包括頻率計、發(fā)生器和程控電腦；

頻率計：分別連接所述示波器校準儀、程控電腦，用于接收示波器校準儀幅度信息，讀取當前其頻率信息，并將之傳送至程控電腦；

發(fā)生器：分別連接頻率計、程控電腦和數(shù)字電壓表，用于接收程控電腦的控制產(chǎn)生信號將所述信號疊加至頻率計，經(jīng)所述頻率計讀取所述頻率信號后提交到所述程控電腦；并且經(jīng)過所述程控電腦認可后其輸出的最終信號作為示波器校準儀同步觸發(fā)信息傳遞至所述數(shù)字電壓表；

程控電腦：用于控制發(fā)生器調(diào)整產(chǎn)生信號的頻率，并且在頻率計采集所述示波器校準儀當前產(chǎn)生信號的頻率與所述發(fā)生器產(chǎn)生信號的頻率在預設被認可為同步范圍內(nèi)，允許所述發(fā)生器輸出其最終信號；

數(shù)字電壓表，其外觸發(fā)端口連接發(fā)生器，示波器校準儀的方波信號加入取樣數(shù)字多用表的測量輸入端口；完成所述方波測量。

所述程控電腦設置認可指令和不認可指令，

頻率計采集所述示波器校準儀當前產(chǎn)生信號的頻率與所述發(fā)生器產(chǎn)生信號的頻率處于兩者的頻率差≤1mhz的狀態(tài)下，程控電腦發(fā)送認可指令，所述發(fā)生器輸出最終信號；

頻率計采集所述示波器校準儀當前產(chǎn)生信號的頻率與所述發(fā)生器產(chǎn)生信號的頻率處于兩者的頻率差＞1mhz的狀態(tài)下，程控電腦發(fā)送不認可指令，減去兩者的頻率差后的頻率信息提交至發(fā)生器，由發(fā)生器發(fā)出同等頻率的信號至所述頻率計。

后續(xù)以發(fā)生器為發(fā)出方波信號的函數(shù)信號發(fā)生器為例來具體說明。

其具體流程如下：示波器校準儀置為“方波校準電壓”功能，頻率置“1khz”，將示波器校準儀方波幅度信號加給頻率計，讀取出其頻率信息，有效位數(shù)保留至0.1mhz。通過程控電腦，將該信息提交給函數(shù)信號發(fā)生器。然后由函數(shù)信號發(fā)生器，發(fā)出幅度為2v的同等頻率的方波信號。該信號同樣疊加給頻率計，頻率計讀取出函數(shù)信號發(fā)生器的頻率信息，再次提交給程控電腦。

而程控電腦對兩次頻率信號進行比較，當兩者的頻率差≤1mhz時，則判為pass，由函數(shù)信號發(fā)生器對數(shù)字電壓表的外觸發(fā)輸出該信號。當兩者的頻率差＞1mhz時，則判為fail。這時將脈沖幅度信號的頻率信息，減去兩者的頻率差。重新通過程控電腦，將減去兩者的頻率差后的頻率信息提交給函數(shù)信號發(fā)生器。然后再次由函數(shù)信號發(fā)生器，發(fā)出同等頻率的信號。重復以上步驟，直到程控電腦對兩次頻率信號進行比較，兩者的頻率差≤1mhz為止。

最后，由函數(shù)信號發(fā)生器對數(shù)字電壓表的外觸發(fā)，輸出該信號作為同步觸發(fā)信號。

雖然該方法無法實現(xiàn)與示波器校準儀方波幅度信號一模一樣的同步，但由于兩者的頻率差≤1mhz，使得在測量所需的時間內(nèi)，實現(xiàn)了與脈沖幅度信號的同步，達到了準確測量的目的。當然，這一塊的同步的條件可以是兩者的頻率差≤1mhz，也可以是其它設定的同步條件。

在本實例中，為何兩者的頻率差需≤1mhz？申請人認為：由于示波器校準儀方波幅度頻率與函數(shù)信號發(fā)生器的信號頻率，無法完全一致，在起始測量時與結束測量時，兩者的波形，會有一定的時間位移差，但只要該時間位移差不影響測量結果，我們即認為兩者同步。

假設示波器校準儀方波幅度頻率正好為1khz，則其周期時間為1ms，而函數(shù)信號發(fā)生器輸出的方波信號與示波器校準儀方波幅度頻率差，正好為極限值1mhz，為999.999hz，則其周期時間為1.000001ms。

在實際測試時，第一個測量點的示波器校準儀方波幅度周期與作為同步信號的函數(shù)信號發(fā)生器方波信號周期差為1ns(0.000001ms)。

而完成一組方波幅度的測量時間大約在3～5s之間。我們?nèi)≈荡笠恍?，?0s作為測量時間，相對于起始點，在最終測量時間點(10s點)，我們看到的是示波器校準儀輸出第10000個方波幅度波形，它的周期與作為同步信號的函數(shù)信號發(fā)生器信號周期差為10000ns(0.01ms)。

在測量頂部和底部電壓值時，由于方波頂部寬度與底部寬度分別為0.5ms，而實際測量時由于周期差帶來的影響僅僅為0.01ms，對其無任何影響。故兩者的頻率差≤1mhz，即可使得在測量所需的時間內(nèi)，實現(xiàn)了函數(shù)信號發(fā)生器信號與示波器校準儀方波幅度信號的同步)

在本實例中，有了同步信號后，接下去進行測量。

具體測量過程如下：將函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號加入取樣數(shù)字多用表的外觸發(fā)端口，示波器校準儀的方波信號加入取樣數(shù)字多用表的測量輸入端口。

取樣數(shù)字多用表置“直流電壓，采樣測量”功能，量程置“自動”。積分周期(nplc)置“0.005”，依次設置相應的采樣延遲時間為0.0005s、0.0006s、0.0007s、0.0008s、0.0009s、0.0010s、0.0011s、0.0012s、0.0013s、0.0014s.分別測量電壓值。將這10個數(shù)值進行從小到大的排序，其第八個數(shù)值與第三個數(shù)值的差值，即為方波幅度。

解釋為何第八個數(shù)值與第三個數(shù)值的差值，即為方波幅度：(設定數(shù)字多用表的周期為50hz，則當積分周期(nplc)為1時，積分時間是0.02s，當積分周期(nplc)置“0.005”時，積分時間是0.0001s，所以當采樣延遲時間取0.0005s時，其測量的直流電壓值，正好是0.0005s到0.0006s之間的直流電壓值。

當我們選取采樣延遲時間為0.0005s、0.0006s、0.0007s、0.0008s、0.0009s、0.0010s、0.0011s、0.0012s、0.0013s、0.0014s這十個點時，正好測量了一個完整的0.001s(1ms)時間內(nèi)的10個電壓值。

由于示波器校準儀方波電壓頻率為1khz，則1ms的測量正好對應了一個方波的完整周期。

由于自身帶同步觸發(fā)信號功能的示波器校準儀，其觸發(fā)信號與方波信號之間的延遲時間關系是固定的，所以現(xiàn)有的校準規(guī)范才能選用固定的采樣延遲時間(0.0012s，0.0007s)

而我們由于是人為“制造”一個與示波器校準儀方波幅度信號相匹配的同步信號，其與方波信號之間的延遲時間關系肯定是不確定的。但有一點是固定不變的，那就是在一個完整的方波信號周期內(nèi)，我們平分10個點，這10個點肯定包括了5個高電平和5個低電平。

考慮到在高電平時，可能有過沖，造成頂部電壓數(shù)值偏大，該數(shù)值應當舍棄。在低電平時，可能有下垂，造成底部電壓數(shù)值偏小，該數(shù)值也應當舍棄。當積分周期正好落在高電平過渡到低電平(或從低電平過渡到高電平)兩者之間時，該電壓數(shù)值處于過渡階段，也應當舍棄。

則對從小到大排序的10個數(shù)值，去除了不可信的最大值、最小值及中間過渡值之后，留下的第八個數(shù)值，即為頂部電壓值，第三個數(shù)值，即為底部電壓值，兩者差值，即為方波幅度。

當然，本發(fā)明也可以用其它發(fā)生器的三角波、正弦波、脈沖波等信號，替代函數(shù)信號發(fā)生器的方波信號。本實例將排序后第八個數(shù)值，作為頂部電壓值，其它方案可能將第九個數(shù)值或第七個數(shù)值，作為頂部電壓值。本實例將排序后第三個數(shù)值，作為底部電壓值，其它方案可能將第四個數(shù)值或第二個數(shù)值，作為底部電壓值。

一種示波器校準儀方波幅度測量方法，適應包括自身不帶有同步觸發(fā)信號功能示波器校準儀的測量，包括以下步驟：

頻率計接收示波器校準儀幅度信息，讀取當前其頻率信息，并將之傳送至程控電腦；

發(fā)生器接收程控電腦的控制產(chǎn)生信號將所述信號疊加至頻率計，經(jīng)所述頻率計讀取所述頻率信號后提交到所述程控電腦；

程控電腦對比所述示波器校準儀當前產(chǎn)生信號的頻率與所述發(fā)生器產(chǎn)生信號的頻率是否處于同步狀態(tài)，若是，允許發(fā)生器輸出最終信號作為示波器校準儀同步觸發(fā)信息傳遞至所述數(shù)字電壓表，否則調(diào)整發(fā)生器產(chǎn)生的信號頻率，再次疊加至頻率計；

數(shù)字電壓表設置“直流電壓，采樣測量”功能，量程置“自動”，依次設置相應的采樣延遲時間，完成所述方波測量。

當所述發(fā)生器為發(fā)出方波信號的函數(shù)信號發(fā)生器，

取樣數(shù)字多用表置“直流電壓，采樣測量”功能，量程置“自動”；積分周期(nplc)置“0.005”，依次設置相應的采樣延遲時間為0.0005s、0.0006s、0.0007s、0.0008s、0.0009s、0.0010s、0.0011s、0.0012s、0.0013s、0.0014s，分別測量電壓值；將這10個數(shù)值進行從小到大的排序，其第八個數(shù)值與第三個數(shù)值的差值，即為方波幅度。

當所述發(fā)生器為產(chǎn)生三角波、正弦波、脈沖波在內(nèi)的發(fā)生器，取樣數(shù)字多用表置“直流電壓，采樣測量”功能，量程置“自動”。積分周期(nplc)置“0.005”，依次設置相應的采樣延遲時間為0.0005s、0.0006s、0.0007s、0.0008s、0.0009s、0.0010s、0.0011s、0.0012s、0.0013s、0.0014s，分別測量電壓值；將第九個數(shù)值或第七個數(shù)值作為頂部電壓值將第四個數(shù)值或第二個數(shù)值，作為底部電壓值，其差值為方波幅度。

以上僅是實例說明，本技術領域的技術人員應理解，本發(fā)明可以以許多其他具體形式實現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。盡管也已描述了本發(fā)明的實施例，應理解本發(fā)明不應限制為這些實施例，本技術領域的技術人員可如所附權利要求書界定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)作出變化和修改。