在测试信号仪器中波形重建的理论实现研究

在测试信号仪器中波形重建的理论实现研究

目    录

中文摘要……………………………………………………………………………………………………1
前言…………………………………………………………………………………………………………1
1　波形重建的理论 ………………………………………………………………………………………2
1.1　信号采样内插理论 ……………………………………………………………………………2
２　波形参数测量…………………………………………………………………………………………5
2.1　周期和频率 ……………………………………………………………………………………5
2.2　测频原理 ………………………………………………………………………………………6
2.3　测周原理 ………………………………………………………………………………………7
2.4　峰峰值、直流、交流和交直流 ………………………………………………………………7
2.5　占空比和脉宽 …………………………………………………………………………………8
３　波形重建的理论在示波器中的应用…………………………………………………………………8
3.1　实时采样 ………………………………………………………………………………………8
3.2　等效时间采样…………………………………………………………………………………12
3.3　波形重建算法…………………………………………………………………………………14
3.3.1　拉格朗日2次插值算法………………………………………………………………14
3.3.2　波形重建………………………………………………………………………………15
结论 ………………………………………………………………………………………………………16
参考文献 …………………………………………………………………………………………………17
英文摘要 …………………………………………………………………………………………………17
致谢 ………………………………………………………………………………………………………18
在测试信号仪器中波形重建的理论实现研究
 
摘要：本文主要研究对象是在测试信号仪器中波形重建的理论实现。所谓波形重建就是对连续信号进行采样，从而得到1些离散的采样点，然后用这些离散的采样点来重现连续信号。与模拟仪器不同，数字仪器须首先将被测信号数字化，即采样和量化，然后才能进行存储和显示。而在对信号采样时要根据采样理论进行采样，然后用这些采样的数据实现波形的重建。重建波形最简单有效的方法就是在各个采样点之间用直线连接，这种方法称为线性内插法。使用线性内插法时，只要采样密度比较大，如每周期有30～50个点，就能恢复出比较平滑的信号波形，若每个周期的采样点数比较少（10个点或更少），则采用线性内插的方法将会得到不平滑的重建波形，甚至显示出严重失真的波形，采用MATLAB软件进行仿真，该理论得到了实现。
关键词：采样；波形重建；测试仪器
The theory realization research of profile reconstruction
in spike instrument
 
Abstract: The main study object of this article is theory realization of the profile reconstruction in the spike instrument. The so-called profile reconstruction is that carries on the sampling to the continuous signal, thus obtains some separate sampling points, then reappears the continuous signal with these separate sampling point. Unlike the simulation instrument, the digital instrument will have first to measure the signal digitization, namely the sampling and the quantification, then will be able to memorize and demonstrate. But when sample the signal,we must carry on it according to the sampling theory, then realizes the profile reconstruction with these sampling data. The effective method of the reconstruction profile is connecting each sampling point with the straight line, this method is called the linear interpolation. When use linear interpolation, so long as the sampling density is relatively big, if each cycle has 30~50 spots, we can restore the quite smooth waveform.If sampling points of each cyclical are quite few (10 spots or less), then will not be able to obtain the smooth reconstruction profile with the linear interpolation, even demonstrate the profile with serious distortion. Use the MATLAB software to carry on the simulation, this theory put into practice.
Key words: Sampling；Profile reconstruction；Measuring instrument

前言
电子示波器的两对偏转板上在不加入任何信号的时候，荧光屏上只出现1个荧光光点。若在垂直偏转板上或在水平偏转板上施加某1信号电压，则电子束就沿着垂直或水平方向偏转；当信号的频率大于15—20Hz时，由于荧光剂的余辉特性和人眼的视觉暂留作用使观察者在荧光屏上能够看到1条发光的线，即电子束移动轨迹的迹线。这条线的两个端点，相当于被研究周期信号电压正负半周两个极大值的点。在运用示波器时，往往是在垂直偏转板(y轴)施加待测信号电压，而对水平偏转板(x轴)加入扫描电压。在y轴与x轴同时加入电压时，电子束就在两个相互垂直力的作用下朝向合力的方向偏转。传统的模拟示波器体积大、重量重、成本高、价格贵，并且不太适合用于对非周期的单次信号进行测量。
现代数字存储示波器首先对模拟信号进行高速采样获得相应的数字数据并存储。用数字信号处理技术对采样得到的数字信号进行相关处理与运算，从而获得所需要的各种信号参数（包括可能需要使用万用表测试的1些元器件电气参数）。根据得到的信号参数绘制信号波形，并可对被测信号进行实时的、瞬时的分析，以方便用户了解信号质量，快速准确地进行故障的诊断。测量开始时，操作者可通过中文界面选定测量类型（波形测量、元件测量）、测量参数（频率/周期、有效值、电阻阻值、2极管通断等）及测量范围（可选自动设置，由仪器自动设置最佳范围）：微处理器自动将测量设置解释到采样电路，并启动数据采样：采样完成后，由微处理器对采样数据按测量设置进行处理，提取所需要的测量参数，并将结果送显示部件。如果需要，用户可选择自动测试方式：微处理器在分析首次采样得到的数据后会根据具体情况调整、修改测量设置，并重新采样。在经过几次这样的“采样-分析-调整-重采样”循环后，示波表即可完成即触即测功能，而无须人工调换量程，便于手持操作。显然，数字存储示波器与传统的模拟示波器相比具有很多突出的优点。
数字示波器的基本工作原理是首先通过A/D转换器将输入的模拟信号数字化，即利用采样技术将模拟信号转换为数字信号，然后利用各种算法从取样数据中恢复我们所需要的各种信息。如何从A/D转换后获得的取样数据中恢复出波形显示所需要的信息，即利用取样数据进行波形重建，对于测试信号仪器不失真地还原信号有重要意义。在被测信号进入A/D转换器之前，必须由前端通道对被测信号进行调理，如将信号幅度调节到适应A/D转换的最佳幅度等。对于低频率的信号，如果用很高的抽样频率进行抽样，势必造成了大量的信号冗余;反之，当频率很高时，如果用很低的抽样频率进行抽样，势必造成信息的大量丢失而失真。因此对实际中进行波形重建如何不失真的恢复具有重要的意义。

1　波形重建的理论
数字示波器的基本工作原理是首先通过A/D转换器将输入的模拟信号数字化，即利用采样技术将模拟信号转换为数字信号;然后利用各种算法从取样数据中恢复我们所需要的各种信息。本章介绍的就是如何从A/D转换后获得的取样数据中恢复出波形显示所需要的信息，即利用取样数据进行波形重建。

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