2022年电子测量技术现状及发展趋势研究 .pdf
《2022年电子测量技术现状及发展趋势研究 .pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年电子测量技术现状及发展趋势研究 .pdf(17页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、1 / 17 分析:测试测量仪器行业技术发展趋势测试测量仪器市场最近发生的一些事情似乎暗示着该行业已经进入一个新的阶段。首先要提到的是安捷伦科技,尽管该公司一度认为PXI 并非测试测量技术的未来趋势,但却在去年底发起了针对该项技术方案供应商的两起收购(Acqiris 和 PXIT, 并于 2007年 3月底宣布加入 PXI 联盟。值得注意的还有泰克公司,在 NI 公司的协助下 ,这家示波器领导厂商在其TDS1000B、TDS2000B和 DPO4000系列数字存储示波器中采用了由NI 提供的交互式测量软件 ,帮助工程师可以轻松地在PC上连接并控制泰克仪器。此外,测试仪器供应商吉时力也顺应潮流,
2、在 2006年12月推出了符合 PXI 标准的产品线。上述案例表明 ,以软件为中心并配合模块化I/O 硬件的方式已经渐渐成为测试测量仪器行业的一个趋势,而这正是 NI 一直以来就在大力推广的虚拟仪器技术(VI 。这彰显了 30年来 NI 所坚持的道路的正确性。NI 中国市场经理朱君女士不久前在上海与业界媒体见面时表示,在 NI 提出 虚拟仪器技术 这一概念的时候 ,许多人都认为它不可能成为主流技术。而今天我们看到的却是,VI 不但成为了测试测量行业的发展方向,而且很显然 ,测试测量行业已经进入仪器技术2.0(Instrumentation2.0的时代。 Instrumenation2.0借用了
3、最近非常红火的web2.0的概念 ,都突出了用户对数据的掌控和对自定义的强烈需求。以软件为中心 ,模块化硬件相结合在最短时间内为产品增加尽可能多的新功能,这似乎已经成为电子系统设计工程师们目前所面临的最大挑战。测试系统必须紧跟待测产品技术的发展,但是待测系统复杂度的提高和对测试时间的要求使得传统测试技术在满足过分的 测试需求方面越来越显得力不从心。在传统测量仪器技术下,工程师们只有两个选择 :要么为该产品开发专用的测试解决方案,要么使用通用的测试仪器。但是,专用系统的价格昂贵 ,而通用仪器却很难达到测试要求。 兼容以上两种方案的优势 ,以软件为中心的系统开启了一个新的时代。这种方式能为设计和测
4、试工程师提供效率最快、性价比最高的途径来创建他们自定义的仪器系统。朱君表示 ,它就是仪器技术 2.0。 简单来说 ,仪器技术 2.0是相对于完全依靠硬件来实现测试测量的1.0时代而言的 :在后一种方式下 ,硬件本身和其具备的分析功能都是由仪器供应商来定义,用户要实现自定义只能是天方夜谭即使将仪器连接到PC,传输的信息也是厂商定义后的测试结果 ,用户无法获得测量的原始数据来进行自定义分析。而2.0方式却完全不同 ,在获得实时的原始数据后 ,工程师可以利用软件来设计自己的用户界面并自定义测量任务,获得所需的分析结果。以软件为核心并不代表硬件已经无足轻重,只有对数据进行高质量的数字化和快速传输才能在
5、软件平台上真正实现精确分析的能力。模块化的I/O 硬件技术的飞速发展为数据采集提供了可靠保证,工程师们可以采用通用的模块化硬件来构建测试系统。 相比传统仪器技术 ,仪器技术 2.0赋予了他们更大的自主权和灵活性-在一个强大的应用软件平台上,选择符合需求的硬件 ,即可实现更多可扩展的测试功能。朱君说。朱君表示 ,仪器技术 2.0的包括以下几项必备要素 :自定义测试、实时数据传输、自定义界面、模块化硬件以及仪器同PC之间的连接性。 这些要素已经非常普遍。她指出 ,这也是本文开头中所述的其他厂商之所以开始涉足软件和PXI 等技术的原因。 F1:仪器技术 1.0与仪器技术 2.0比较组成部分与必备要素
6、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 17 页2 / 17 虚拟仪器技术的概念已经在市场上获得了广泛认同和采用,同时驱动其进步的因素仍在不断发展中。因此,理所当然的 ,虚拟仪器技术仍将不断获得新的飞跃:硬件方面 ,数据转换器 (ADC、数据总线 /总线架构以及处理器技术功不可没。软件方面,LabVIEW 图形化编程环境已经日益成为最普遍的应用工具。首先来看 ADC。过去工程师需要自己设计专用ASIC 或者现成的高性能ADC。但是很显然 ,对于出货量相对较少的测试测量行业而言 ,ASIC 方案的成本较高。随着ADC 不断进入更多
7、的应用领域 ,半导体供应商们在该项技术获得了极大的发展。今天 ,ADC 不仅能够提供足够的性能 ,还由于大规模量产获得了低成本优势。其次是总线技术。事实上,许多总线技术都存在着 双高问题 -在提供高带宽的同时 ,延迟时间也居高不下。但不幸的是,大多数情况下常常被忽略的延迟会对某些测试应用产生直接作用,影响指令在总线节点之间的传输速度。另外,各种各样的总线还存在着五花八门的要求。例如,千兆级以太网传输速度很高,但是每次改变都需要重新编写软件。GPIB没有这种麻烦 ,但却需要购买控制器 诸如此类不一而足。 这使得在带宽和延迟两方面性能都出色的PCI/PXI 总线能够轻松胜出 ?被 PC行业的广泛采
8、用已经说明了该项技术的优越性。朱君说。多核处理器技术也是仪器技术发展的助推剂。作为应用软件的运算载体,处理器已经成为下一代仪器技术的核心器件。AMD 和 Intel 两大处理器供应商的竞争使得处理器性能依然沿着摩尔定律的步伐稳步前进。Intel 公司更宣布将在2018年推出 80核处理器的计划 ,届时将能够提供万亿8 进制的计算性能。很显然,处理器的未来就是多核。朱君指出 ,与 1.0方式相比 ,仪器技术 2.0方式对于软件具有非常高的要求。为了充分融合以上硬件技术,一个强大的应用软件必须要满足以下要求:提供强大的分析能力 -包括内置分析库核与第三方软件工具之间的开发连接性。让用户可以自由选择
9、最适合需求的总线支持各种总线技术。为了能够充分利用多核处理器的优势? 支持工程师对多核处理器进行高效编程 ,需要开发全新的编译器来解决并行架构的开发挑战。 LabVIEW 已经具有上述能力。与PLC 组态软件、 C文本语言的特性不同 ,这是一款图形化的编程软件平台。自1986年推出以来 ,LabVIEW 不断增加即拖即用的分析函数,现已包含 500多个内置的数学、信号处理和分析函数,并为阶次分析、调制、频谱分析、高级信号处理等要求提供附加的工具包。此外,通过 MathScript 提供的 m-file 文本语法功能 ,工程师们可以选择更高效的句法。该软件不仅支持所有总线技术和各种操作系统,还已
10、经在今年 4月推出的 8.2.1版本中支持Vista操作系统 (LabVIEW 可在底层进行系统配置。此外 ,在去年的 NIDays 上,NI 还就将并行的两个程序自动配置到双核处理器中进行了相关演示。朱君指出,几乎所有的编程软件都是串行架构,而 LabVIEW 一开始就是一款并行架构的编程软件。 如果程序里有多个并行循环,LabVIEW 会自动在多核间分配任务。她说,从单核升级到多核 ,用户无需改变代码即可享受到多核技术带来的好处。 尽管不同的行业有不同的发展道路,但共同的一点却是用户对自定义的要求愈加普遍。朱君总结道 ,仪器技术 2.0已经成为测试测量行业势在必行的趋势,以软件为核心、结合
11、模块化硬件的解决方案将为工程师实现他们所需的自定义和最优化结果。 电子计量测试的发展动向和趋势精彩推荐 :焦点新闻点击排行榜12月最新电子优惠券 下载磁频谱包括从直流到可见光的宽广的频率范围。通常,电磁计量涉及的是直流和低频的电磁参量计量,其频率上限一MHz300MHz 称为高频, 300MHz30GHz 称为微波, 30GHz300GHz 称为毫 M波, 3003000GHz 称为亚毫 M波。因此于独立测量的参量(或参数 。这些基本参量的量值标准可以从基本单位m,s,kg,A,K等的量值基准导出,但是,量测试所包含的内容是不断发展和变化的。例如,电子管电压表问世之前,热偶式电流表是最通用的无
12、线电测量仪器一。随着频率增高,出现了分布参数系统。在微波频率上,功率参量又取代了电压参量的重要地位。1970年代因微电以及数据域参量(如误码率、相位抖动、数据幅度、脉宽、群延迟等计量测试的发展。“ 信息高速公路 ”(Information y掀起了 1990年代新的元线电电子学发展热潮。它是集光波、亚毫M波、毫 M波、微波、 RF、近代通信网、近代广播调制方式 z此外,为易于实现数字传输,调制前,比特流经过一高斯滤波器进行频率调制,称之为高斯最小频移键控(日益增多。代高新技术的发展.使频谱资源得到越来越多的开发利用,无线电电子学的分支越来越多,越来越细。众多的电磁参量)待计量参量种类繁多可以沿
13、传输线传输,也可以在自由空间传播。前者涉及的基本参量包括电压、功率、衰减、阻抗、噪声、介电常数、信号特征的参量。诸如电压、电流、功率、场强(电场强度、磁场强度、功率通量密度、频率、波长、波形参数(包括、反射参量 (输入输出阻抗、电压驻波比、反射系数、回波损失、传输参量 (衰减、相位移、增益、时延等、表征于日益增多的电子计量测试工程,按量值或参量(或参数 来分类 .可以分为基本参量、二次导出参量、专用测量参量。基本参量导出但需要由专门仪器测量的二次导出参量。主要有脉冲波形参量(幅度、时间间隔、上升下降时间等、频专门类别的电子测量仪器所涉及的参量既有上述通用参量,亦有针对性很强的专用参量,如广播音
14、响测量仪器中的抖电子计量单位的统一及量值的准确可靠。国家基准或标准主要是研制上述基本参量和部分二次导出参量的国家基准或前所述,电子计量是以无线电电子学中经常遇到并需要测量的高频与微波电磁参量为研究对象的,电子计量涉及的参精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页4 / 17 2)量程和频段极为宽广在电子计量中,待计量的参量所覆盖的量程通常都是很宽的。例如常规功率计量,其量程从纳瓦到兆瓦。量程覆盖达1:1015。对于如此宽广的量程和频段,显然很难用一个标准装置来覆盖。实际上,对于同一参量的不同频段,需要采用不同的计量3)传输
15、线和接头形式多种多样随着频率由低到高,电子系统中的传输线有双线、电缆、同轴线、带状线、微带线、矩形或圆形金属披导、介质波导、光纤,3.5mm和2.9mm同轴线相对应的接头分别是APC-14 型、 N型APC-7型、 SMA 型/APC3.5型和 K型等。除了 50(阻抗系统和接头,还有75(阻抗系统和接头,例如广播电视系统和部分通信系统,形截面。针对不同的传输线、接头型式和阻抗,均需要建立相应的计量标准。由于传输线和接头形式多种多样,除了造成机输线、接头型式和阻抗系统部分建立了国家计量标准。例如 HP8487D功率传感器配备2.4mm(阳性 同轴接头。时域测量技术取得了重大进展,最有代表性的是
16、Hypers公司生产的 PSP-1000型的 ps信号处理装置,它与低温控制和超导Tektrmix ,Hewlett-Packard 和安立等厂家生产的频谱分析仪,上限额率可达325GHz,机内频率计数器的准确度为10-9,迄今, 30100GHz的毫 M波波导技术已达到厘M波技术的水平,给当代电子计量提出了新的课题。各国都先后研制了毫NIST 波导功率标准覆盖了26.5110GHz 的4个波导频段;采用中频替代法在26.565GHz两个披导频段建立衰减标准;在26.5辨力为 10-40.ldB ,相移分辨力为0.001(l(。中国计量院在26.540GHz频段用六端口技术建立阻抗、衰减和相位
17、的国家标准Now 的商品六端口矢量反射计的频率覆盖为26.540、3350GHz,Flam微波公司已将 26114GHz的单六端口接头投放市场,Labs等则可为用户订做毫M波六端口网络 .80年代以来,采用扩频技术已将网络分析仪的频率扩展到170GHz。俄、德、英、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页5 / 17 段的国际比对,包揽33.35.45,65,75,94GHz的功率比对 340,70, 94GHz波导噪声温度比对;R320(WR28 波导的 27,35在计量测试领域,18GHz 以上频率的同轴技术近30年
18、来取得了不小进步,但没有重大突破。主要原因是受同轴传输线和同轴化镓微波微电路基片上制造精密50(电阻。这种正温度系数热敏电阻功率传感器可以配用诸如HP 电子技术的发展促进了社会的进步,但是,大量使用的电子和电气设备均会产生有意或非故意的干扰辐射,与此同时,生产满足电磁兼容标准的电子设备和系统,将增加电子工业和其他工业的商业竞争能力。因此,电磁兼容性已成为电子、电EC标准。NIST的计量专家指出,需要在三个应用方面改进测量能力:电磁环境的表征和相关标准的制订。测量的频率范围要求覆盖030OGHz 。这种新的测量能力的一个重要用途将是,对电磁量的不确定度和可重复性必须改善,特别是在不同类型的测试设
19、备之间;必须研究适用于现代数字电子系统的脉冲电磁辐射开展 EMC测量首先要解决的是场强(功率密度 量值的准确和统一问题,建立从低频到微波频率的场强标准。在此基础上开展Hz的场强标准 .不确定度为 0.5LOdB. 近年来 .为适应新的电磁兼容标准的需要,各国加大了EMC 研究的力度。欧洲共同体制在解决 EMC 问题时,测量处于重要的地位。计量部门应提供可溯源到国家标准的测量。NIST 着重开展 5个方面的研究工计量院在 EMC计量测试方面进行了大量研究,并与NISA 、 NPL(英国物理研究所、PTB(德国物理技术研究所等国外计量研=2;301000MHz 高频场强基准,量程为(100120d
20、B(m ,测量不确定度为ldB( 包含因子 k=2。1980年代研制成横电磁波传GTEM 小室的外形尺寸为6m(长 3m(宽 25m(高,其均匀场区 (ldB 分布空间为 0.5lm(长 0.5lm(宽 0.30.5m( 高。工2000年计量院与北方交通大学联合成立了中北电磁兼容联合实验室,并作为一个独立的实体,通过了中国实验室国家认可委品、家用电器、信息技术设备等,此外还开展电波暗室、开阔场和各种横电磁波小室等电磁兼容基础环境设施的性能测试。5 在低频及微波频段对材料进行的大量测量,主要集中于介电特性,有关材料磁特性的测量只占少数。在低频和微波频段,通联系起来。介电测量最初纯粹是为了科学研究
21、,例如弛豫现象的研究;1980年代以来,在通信、雷达、电路元件设计、准光学元件中变器中,介电损耗是一个很重要的参量。而在环行器、隔离器、滤波器的设计中,材料磁特性则是关键参数。在低频和微波波对种类繁多的材料进行测量,有时还涉及宽温度范围和湿度范围。在由低频到微波的宽广频域内,使用腔体、开腔谐振器及传输线的单频测量方法。1980年代以来,开始出现扫频测量系GHz,而 TFDS可从高频端向下延伸到60GHz。某些技术要求促使人们进行频率连续覆盖的测量。例如从前经常争论,是否在正确的。而这类材料在微波工程中占有很重要的地位。当今,计算机在计量仪器及系统中应用已十分普通,电介质测量亦不例外。然而在材料
22、特性测量中,计算机的应用还促使我以计算机为主体,形成了一种全新的材料计量学方法。下面分别介绍各种材料特性的高频与微波测量方法。1)二端口测量在兆赫频段的低端,经典的处理方法是在桥路测量中,或在与电感并联的谐振测量中,将介质材料作为具有损耗的电容 得到发展和广泛应用,使用频率达18GHzHz频率上利用自动阶跃响应系统,使对正切损耗的分辨率达10 rad ,远比高频段 TDS 的分辨率高。在导波结构中运用场强的鼓值计算法通常的导波技术假定,在传播媒质中的任意点,仅存在一个行波主模及其反射波。为使这一假定成立,结构上存在一系列限同轴开路探头已广泛用于无损生物材料测量。其优点在于不必将测试样品装入测试
23、座中,从而有可能进行真正的活体测试。 的微波腔体测量。TE010模圆柱腔体理论在840GHz频段已被证6)开式谐振腔法开式谐振腔是 Fabry-Perot谐振器的准光学微波模拟。80年代以来,已发展成为专用于30200GHz的毫 M波均匀低损耗材料的测量设备。但亦可用35GHz 的典型值为 150000。因而允许人们以极高精度测量低损耗。在100 rad 时,灵敏度可达 rad 。和非均匀性 (确定作为角向函数的材料特性的均匀性程度。此外还指出,材料6 时域和脉冲波形的计量测试在今天的时域测量领域中,脉冲测量是非常重要的工程。电信、电视、雷达中一直使用脉冲。自由空间雷达可用遥感来确定目标位置和
24、速度。闭路雷达或时域反射计(TDR 用于遥测波导信号传输系统。另一主要用途是在快速处理信息计算机中。计算机技术的发展是时钟速率越来越高的大规模集成电路发展的主要动力。这种高速时钟速率对集成电路的测试者的脉冲波形测量能力提出了严格要求。应用最广泛的通用脉冲波形测量仪器称为实时示波器。近代通用示波器都具有双线和双时基能力。为了在高能物理实验室中将高电平信号直接加到阴极射线管中,甚至使用27GHz带宽的专用示波器。由于通用实时示波器的带宽受到电子电路及示波管的限制,为了测量射频信号而发展了取样技术。它将射频重复信号经过取样,变换成低频重复信号而形成一种取样示波器。除示波器外,出现了一种不用阴极射线管
25、(CRT亦可测量实时波形的新型商品仪器。通常称此种仪器为波形记录仪(分析仪 或数字示波器,它由后接数字存储器的A/D 变换器组成。存储器的内容显示在CRT上或用一台计算机进一步处理。波形记录仪胜过普通示波器的一个优点是,在触发脉冲到来之前能记录和观察数据,这是通过应用自激型记录器连续取样和存储数据,以及在发生触发时或触发后停止其记录来实现的。波形记录技术已发展到这种程度,人们可以用一台个人计算机插人件而将波形记录仪改装成波形数字转换仪,快速数字转换器伴随电荷藕合器(CCD 、砷化镓器件、SQUID 、光 A/D 变换器的研究而迅速发展。目前世界上最快的时域测量仪器就是波形记录仪,这是美国Hyp
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022年电子测量技术现状及发展趋势研究 2022 电子 测量 技术 现状 发展趋势 研究
限制150内