骚扰信号的测量

第八章骚扰信号的测量

第一节谐波测量第二节稳态波形的记录第三节暂态波形的记录第四节自动测试系统第五节辐射骚扰场强的测量第一节谐波测量

谐波作为表征电能质量的一个重要指标，有必要在电力系统日常运行中加以监测，以保证供电系统谐波含量和波形畸变率符合国标要求。一、国家标准对谐波的测量方法、数据处理及测量仪器的规定：

(1)工作周期中产生的谐波量大的时段内谐波电压(或电流)测量应选择在电网正常供电时可能出现的最小运行方式，当测量点附近安装有电容器组时，应在电容器组的各种运行方式下进行测量。(2)测量的谐波次数一般为第2到第19次，根据谐波源的特点或测试分析结果，可以适当变动谐波次数测量的范围。(3)对于负荷变化快的谐波源，测量的间隔时间不大于2min，测量次数应满足数理统计的要求，一般不少于30次。对于负荷变化慢的谐波源(例如：化工整流器、直流输电换流站等)，测量间隔和持续时间不作规定。

(4)谐波测量的数据应取测量时段内各相实测值的95%概率值中最大的一相值，作为判断谐波是否超过允许值的依据。但对负荷变化慢的谐波源，可选五个接近的实测值，取其算术平均值。(5)对谐波测量仪器的要求

①仪器的功能应满足本标准测量要求。②为了区别暂态现象和谐波，对负荷变化快的谐波，每次测量结果可为3s内所测值的平均值。推荐采用下式计算：式中：Unk

—3s内第k次测得的n次谐波的方根均值；m—3s内取均匀间隔的测量次数，m≥6。③仪器准确度谐波测量仪的允许误差见表8-1。④仪器有一定的抗电磁骚扰能力，便于现场使用。仪器应保证其电源在标称电压±15%，频率在49Hz～51Hz范围内电压总谐波畸变率不超过8%条件下能正常工作。

表8-1谐波测量仪的允许误差

等级被测量条件允许误差A电压Un≥1%UTUn<1%UT

5%Un0.05%UT

电流In≥3%ITIn<3%IT

5%In0.15%IT

B电流In≥10%IT

In<10%IT

5%In0.5%IT

注：①UT为标称电压，Un为谐波电压；IT为额定电流，In为谐波电流。②A级仪器频率测量范围为0～2500Hz，用于较精确的测量，仪器的相角测量误差不大于±5°或±1°×n；B级仪器用于一般测量。

(6)对不符合②条规定的仪器，可用于负荷变化慢的谐波源的测量。如用于负荷变化快的谐波源的测量，测量条件和次数应分别符合(1)和(3)条的规定。(7)在测量的频率范围内，仪用互感器、电容式分压器等谐波传感设备应有良好的频率特性，其引入的幅值误差不应大于5%，相角误差不大于5°。

在没有确切的频率响应误差特性时，CT和低压PT用于2500Hz及以下频率的谐波测量，6～110kV电磁式PT可用于1000Hz及以下频率测量；CVT不能用于谐波测量。在谐波电压测量中，对谐波次数或测量精度有较高需要时，应采用电阻分压器(UT<1kV)或电容分压器(UT≥1kV)。二、谐波测量的开展历程：第一阶段是从19世纪初～20世纪40年代，谐波成分的分析主要依靠实测波形的傅里叶计算，即利用信号波形的录波图,人工手动等间隔地量取数值，然后采用手算的方法进行谐波分析计算。计算过程十分费时费力，精度很低，分析谐波次数也不高。这一方法在我国一直沿用到70年代。第二阶段是50年代～80年代，这一时期相应研制了一系列选频式谐波测量仪器仪表，测量方式是利用失真度式的仪器测量谐波总畸变率，外差选频式逐项测试各次谐波分量，带通滤波式逐次选取各次谐波分量。这类谐波分析仪器仪表虽然较早期的人工分析方法有了很大的提高，但测试的结果只能给出谐波的幅值，不能测出相位，测试调节也较麻烦。第三阶段是80年代至今，生产了一系列基于快速傅里叶变换的谐波分析仪和频谱分析仪。被测信号经采样/保持、A/D转换、计算机傅里叶计算输出结果。测试操作简单方便，计算结果快速准确，可同时进行多路信号的测量。新一代多功能、数字化、自动化和智能化的谐波测量分析仪已成为开展的主要方向，与此相应的谐波测量方法和谐波传感装置都得到了很大的开展。三、谐波测量专用仪器

电网谐波问题的分析研究和日常监督管理是建立在谐波测量根底之上的，而谐波测量数据的取得必须借助于有效的测量仪器。目前国内外已研制成功了各种可供谐波测量分析使用的分析仪和频谱仪。从仪器性能和测试目的的不同大致可分为三个类型：(1)用于谐波日常监测工作的监测仪或报警仪，该类仪器测试功能简单，精度不高；(2)专门测试谐波用的高性能谐波分析仪和频谱分析仪；(3)用于谐波和其他电能质量综合测量的分析系统。

一个非正弦波形可以用傅立叶级数分解成一系列不同频率的谐波，这些谐波的幅值构成一个离散的频谱。谐波分析可采用两种方法：一种是通过波形分析求得；另一种是直接测量出来。专门用来测量谐波分量的仪器称为谐波分析仪。

1、多节滤波器分析仪

它是由邻接式带通滤波器组所组成。带通滤波器的中心频率被设计成与谐波频率相等。当周期信号作用于滤波器组时，各种频率的谐波信号只能在通频带与其相对应的滤波器内通过，而不能通过其它的滤波器。滤波器的输出幅值被检波后记录为时间的函数。这种多节滤波器分析仪常被称为实时谐波分析仪。图8-l为多节滤波器的功能方框图。图8-1多节滤波器谐波分析仪的功能方框图2、单节滤波器型谐波分析仪

它只用一个窄带滤波器工作见图8-2。其中的高频振荡器输出一个频率可调的正弦电压信号，和被测信号一起输入至调制器，在调制器中混频。利用外差原理，将信号的频率移至固定的中心频率上，然后通过窄带通滤波器。经过检波的信号按频率函数记录。

例如，窄带滤波器的中心频率为fn，被测信号中含有某次谐波的频率为fx，为了测出此谐波分量，可调节变频振荡器的频率为f0,使|fx-f0|=fn，那么调制器输出频率恒为fn，可通过窄带滤波器获得检波信号。该仪器的特点是分辨率高。缺点是分析时间较长。通常配有假设干不同带宽的滤波器，可按不同分辨率的分析要求选用。图8-2外差跟随滤波器型谐波分析仪功能方框图对于有随负载而变的谐波。往往取一段时间内相对稳定的波形进行分析。这样就存在一个如何选取样本长度的问题。从理论上讲，对简单的周期性函数作谐波分析所需样本长度仅为一个周期,而实际分析时，往往希望样本记录长度远远大于一个周期。

分析短样本记录时，一般是将样本记录作为连续循环的—个周期，称为带环，将信号通过磁带机连续加到分析仪上。这样做的结果，带环将给信号引进一个虚假的固有周期，即带环长度。除非带环长度正好是信号周期的整数倍，否那么带环便将一个虚假的频率分量引入分析中，产生误差△。可以证明式中△—相对误差；Tl—带环长度；n—正整数；Ts

—信号基波的周期。根据式(8-3)，n随Tl的增大而增大，因此误差将随带环长度的增加而减小，一般应取Tl≥10Ts

。

3、单相数字谐波分析仪上述两种谐波分析仪分别存在着结构复杂和分析时间长等缺点。相比之下：以波形的数值分析为根底的新型谐波分析仪具有结构简单、功能齐全、分析速度快等优点。图8-3为单相数字谐波分析仪的原理框图。图8-3单相数字谐波分析仪原理框图该分析仪以微处理器为中心控制电路，设有电压信号和电流信号两个通道。下面以电压信号通道为例说明仪器的工作原理。电压信号经衰减器、隔音放大器，跨过高通滤波器(HPF)进入低通滤波器(LPF)，然后经采样及模/数转换(A/D)变为数字量，再利用快速傅立叶变换将数字化的波形分解出各次谐波，最后打印出各次谐波的幅值和相角。

如高次谐波的含量过少，可将开关Ku倒向2，用高通滤波器别离出高次谐波，经放大器将信号加强后进行数据处理。谐波分析仪所显示的结果，对各次谐波来讲，其准确度有较大差异。例如，基波幅值的误差在±2%以内；对谐波含量大于l%的第21次谐波，其误差在10%以内。对于相角的测量，当谐波含量大于1%时，对第21次谐波的数据处理误差|△θ|≤10°。四、谐波阻抗的测量

非线性用电设备接入电网引起的电压波形畸变，不仅取决于非线性负荷产生的谐波电流的大小，而且也取决于接入点供电网络的谐波阻抗。在考虑新的谐波用户接入电网时，应根据用户提供的有关技术资料和电网阻抗参数进行核算，初步确定其对电网的影响，以便采取预防和解决措施；

在设计并联补偿电容器(或滤波器)时，需根据电网参数核算是否会产生谐波放大或谐振的可能性；在电网扩建和改建或电网运行方式发生较大变化时，设计和运行部门都应考虑谐波问题，防止产生谐波放大或谐振。在处理这些问题时均需确定供电系统的谐波阻抗，如根据供电系统短路容量或系统网络参数近似计算的等值阻抗难以满足要求时，就必须采用实际测量得到的系统谐波阻抗。

实用的谐波阻抗测量方法一谐波电流注入法。采用注入特定谐波电流信号来测量中低压电网谐波阻抗是比较成功的方法注入电流法的根本思路是，人为地向电力系统注入一个不同频率的电流，然后测量电流和相应的电压值，从而计算出阻抗值。由于谐波阻抗是线性阻抗，可根据试验结果用插值法求得所需频率的谐波阻抗。在图8-4所示的供电系统中，从A点看进去的等值阻抗为Zn，当从A点向系统注入一谐波电流In时，在A点将产生一谐波电压Un。如果电网中此外并无频率和In相同的其他谐波源信号或该谐波频率的信号很小而可忽略。

图8-4简化供电系统Annn那么有如下关系式：Un=InZn因此，只要测量出注入的谐波电流In和由其产生的谐波电压Un，就可以求出从A点看进去的等值阻抗Zn为：Zn=Un/In测量中为了防止原有谐波信号的骚扰，注入的谐波电流信号一般采用系统中两个相邻谐波频率间的中间频率，这样只需注入较小的谐波信号，就可获得较高的信噪比。利用谐波信号发生器向系统注入频率为25、75、125、175Hz，…的信号，测出这些频率下系统的谐波阻抗，然后通过插值法再求得频率为基波整数倍频的谐波阻抗。第二节稳态波形的记录

无论对于哪一种骚扰信号的测量，只有骚扰信号的波形，才能最全面最直观地表征骚扰的性质和特征，因此人们一直把波形的记录作为根本的测量手段。波形记录最常用的仪器是示波器。常用的示波器有两种类型：一种是阴极射线示波器；另一种是光线示波器。以上两种示波器记录下来的波形只是一条曲线，是模拟量，不能直接用于波形的分析和处理。随着计算机的应用，出现了一些新型的稳态波形记录仪器，如磁带记录仪和数字波形记录仪等。一、磁带记录仪

(一)磁带记录仪的工作原理

磁带记录仪是利用磁带中铁磁微粒介质的剩余磁化现象来进行记录的仪器。磁性记录是隐式记录，需要通过其它显示、记录仪器才能观察记录下来的波形。

它的优点是能屡次反复重放，以电信号的形式复现。(1)重放的速度可以和记录的速度不同，从而很容易将波形压缩或扩展。(2)便于波形的复制，也可将所录制的波形抹除以便录制新的波形。(3)磁带记录仪的存储信息密度大，易于多线记录。(4)记录的信号频带宽，稳定性能好，抗骚扰能力强。(5)结构简单、携带方便。广泛用于现场测量。磁带记录仪的根本结构由3个主要局部组成，见图8-6。图8-7为记录磁头的工作原理。磁头实质上是一个环形铁芯，铁芯上用漆包线绕有线圈。铁芯做成开口的，在与磁带接触处留有一条很窄的缝隙，一般为几个微米，称为工作间隙。记录磁头是将电信号转换成磁信号的部件。图8-6磁带记录仪的基本结构图8-7记录磁头的工作原理示意图输入电流i流经线圈时产生磁通φ。当形成的磁力线通过工作间隙时，由于工作间隙为非磁性介质，磁阻很大，磁力线将绕过工作间隙被磁阻很低的磁带磁性层所旁路。磁带上的磁性介质被磁化；形成一个个小磁化区。当磁带离开工作间隙后，由于剩磁的缘故，磁化现象被保存下来，所以记录是在工作间隙的后沿完成的。设输入电流，由于磁头和磁带的磁滞损失、磁环的涡流损失以及消磁作用等因素的影响，磁带的实际磁化程度与剩余磁通φr有关，即：式中K—磁通损失系数。

重放磁头是将磁信号复原成电信号的部件。当已经被磁化的磁带通过重放磁头时，重放磁头的工作间隙将与磁带桥接，磁带上的剩余磁通通过铁芯形成环路，从而在线圈中产生感应电势e,根据电磁感应定律可得：重放磁头的输出信号是记录磁头输入电流的函数。通常重放磁头线圈的匝数较记录磁头的线圈匝数多，并使两线圈的阻抗与两个相应放大器的阻抗相匹配。磁带记录仪还设有消磁磁头。消磁磁头的工作原理是向消磁磁头线圈输入高频大电流。去磁过程如图8-8所示，沿SACDEFG……逐渐变小的磁滞回线进行。最后使磁带中的磁畴处于无规那么的状态，到达消磁的效果。磁带记录仪能同时进行多通道记录。为解决一定的磁道宽度容纳多通道的矛盾，磁头可交错布置。磁头组间必须采取电和磁的屏蔽。多磁道磁头的机械位置必须精确，以保证磁道间和记录器之间的响应一致，满足通用性。

图8-8消磁过程(二)磁带记录仪的工作方式磁带记录仪常用的工作方式是调频记录式(FM方式)。其原理图见图8-9(a)，即选一个特定的频率作为载波的中心频率，当输入一个交变信号时，载波频率随信号的变化而增减，形成频率调制的信号，见图8-9(b)。载波频率的最大偏移到达中心频率的±40%。图8-9频率调制方式(a)原理图；(b)信号波形当实现多路频率调制方式时，多路信号经过频率调制后，由混频器进行线性混合，然后将复合信号用直接记录方式记录在磁带的一个磁道上。重放时，重放磁头输出的信号经重放放大器放大，然后用通带滤波器把各路信号从混频信号中分开，经FM解调器和低通滤波器后输出。用这种方式可以记录18个通道的信号，中心频率从400Hz～70kHz;最大频率偏差为中心频率的±7.5%。二、多通道记录分析仪简介

随着技术的进步与开展，需要同时测量采集的信号也不断增加，传统的磁带机等记录设备越来越不能满足要求。采用“奔腾〞计算机和DSP技术设计的多通道记录分析仪(以Odyssey为例)可以满足同时测量采集的多路信号的需要。(一)多通道记录分析仪Odyssey的功能与特点(1)可以真正替代磁带机和纸记录仪它集采集、显示、存贮记录、计算机分析、报告生成为一体，不仅具有“奔腾〞计算机强大的数据处理能力，也可实时高清晰彩色滚动显示采集的波形。该仪器最多同时记录32个模拟通道和32个数字通道。每块采集板都有1G硬盘，记录量相当于一般纸记录仪15英里长的记录纸带。标准的并口和SCSI接口，可进一步连接各种外部存储设备象大容量可擦写光盘，外挂式大容量硬盘，磁带机，甚至通过网卡连到网终上，共享网终效劳器大容量存储设备，从而大大延长记录时间。(2)有多种数据采集板供用户自由组合

既可选通用电压放大采集板，也可选专用的插板直接连接应变片、热电偶等。数据采集板的每一通道都有放大器和独立的16位A/D转换器，因而没有通道间互拢，多达32个通道都能在100KS/s采样速率下进行同时采集。

每个通道的DSP可实时监测预先定义感兴趣的信号，一旦这些信号不到预期值或满足其它失效条件，就会显示出来以便观察分析。采集板内的数据滤波和平均技术可有效抑制从传感器混入的噪声信号。

双时基技术可根据信号自身频带宽度自动调整采样速度。这不仅可节约大量的内存同时也不会错过任何事件或数据。可用手动触发随时把流动的画面静止下来，采用放大等功能对波形进行观察，或做标记以便事后查寻或者马上做计算处理，与此同时，多通道采集记录仍在进行不受任何影响。

(3)回放非常方便既可按采集时的正常速度回放，也可调整象录像机穿梭变换器的旋转圆盘进行加速回放快速找到感兴趣的地方。可在屏幕上开两个窗口，方便的进行数据的比较或叠加。提供多种灵活多样的查找功能，在记录过程中对重要事件自动做标记，按一键就可找到要找的波形。(4)波形分析功能强通过Proview分析软件，可对采集到的波形各种运算分析，而丝毫不会影响正在进行的采集。可把文件存为象FAMOS、DADISP或其它的格式，这样就可用这些软件对数据进行分析。

(5)标准ISA扩展槽可增加外设，用于扩充通道、控制其它的仪器或设备

给用户留出两个标准ISA扩展槽，用户可根据需要配置网卡，可以多台仪器在不同地点并行采集，突破每台仪器32个通道的限制，无限扩充通道，还可加装GPIB接口，用于控制其它的仪器或设备。

(6)操作简单

不仅控制、分析功能强劲，而且操作简单。其控制分析软件运行在Windows95的环境下，可用任何Windows支持的打印机输出结果。可定义多种试验报告的格式，报告可将文字说明、记录波形、数字表格、技术图纸，以及公司图标等灵活方便地组合在一起，只需触一下键就可以得到想要的结果。

图8-10多通道记录分析仪Odyssey的原理框图第三节暂态波形的记录

随着数字化测量技术的开展，人们愈来愈广泛地使用数字式的波形记录仪测量和记录暂态波形。现在常用的数字式波形记录仪主要有两种类型：一种是暂态波形记录仪；另一种是数字存储示波器。一、暂态波形记录仪

暂态波形记录仪实质上是一种数字采集器，利用A/D变换将暂态信号的信息记入存储器中。输出时，以适当的速度读出数据并进行处理。这类仪器一般不带显示器，可外接显示器或者和计算机相连。

它的优点是存储量大，采样速率高，而且通道多。与计算机相连组成的波形分析系统可扩大其功能，不但能测量暂态波形的根本参数，并能进行多种运算，如计算平均值、均方根值、相关积、功率谱等以及快速傅立叶变换。这种仪器的缺点在于体积大、价格昂贵不适合现场测量。NicoletMultipro暂态信号分析仪简介：

NicoletMultipro暂态信号分析仪是一种数据采集系统，它可以提供高精度波形采集和分析能力。分析仪的信号采集系统是由不同的数据采集板组成。每一采集板都有自己独立的触发电路和时基系统，每一个输入通道都有独立的模数转换器、可编程控制器和自己的扩展内存。它的采样速率相当高，不同的数据采集板通过不同的放大器可检测到毫伏级的信号。

该仪器有如下优点：

(1)高分辨率和高速数据采集板

Multipro提供不同分辨率和不同速度的数据采集通道以便使用。Multipro的每块独立的采集板有自己单独的触发电路和时基电路，每一输入通道也有自身的A/D转换器和可编程输入电压范围以及存贮器，能够在不缩短记录长度的同时，用最快的速度采样处理。

(2)独立的输入端子Multipro120、140和150数字化卡有12位数据采集器，系统通过不同的放大器采集到达微伏级的信号，不同的放大器还能解决Multipro和信号源的接地电路不同的问题。(3)附加存贮器Multipro160M存贮器卡为Multipro160数据采集板提供2M的存贮容量。(4)灵活的触发方式Multipro为每一个输入通道提供可编程的触发等级。为了消除“杂波〞信号，可选择的灵敏度设置随时能使你获得信号所需要的触发电平，每一数字采集板可以设置为自触发方式，可以被其它的触发源触发，或者可以人工触发。(5)方便的操作

Multipro所附软件提供多种简单的控制操作，如初始化采集板，选择不同的波形，改变2个通道的时限，电压范围，触发设置，垂直和水平波形放大，还可以移动波形。(6)可选择的波形读出形式

通过选择界面，用户可以设置波形的名称，纵坐标和横坐标，以上数据都可以存贮到磁盘中以备再次使用。

二、数字存储示波器

数字存储示波器简称DSO(DigitalStorageOscilloscope)是20世纪70年代开展起来的一种新型示波器。它实质上是模拟示波器和数字波形存储器的有机组合，图8-11为DSO的原理框图。DSO在采样速率及存储容量方面一般不及暂态波形记录仪，但是，它有多种触发功能和灵活的显示方式。近年来DSO开展很快，性能不断改善。DSO不但功能齐全，而且体积小、便于携带，适合于现场测量。有些DSO还配有由电池供电的内存储器。交流电源断开之后，内存数据仍可保存，这对离线后的波形分析十分方便。DSO还配有标准接口，如IEEE-488、RS-232等，便于和计算机连接组成自动测试系统，进一步扩大DSO的功能。

(一)DSO的工作原理

DSO具有模拟和数字两种工作方式。

图8-11DSO的原理框图(二)DSO的主要功能和技术指标1.DSO的主要功能DSO的主要功能有如下五方面。(1)DSO能将信号的采集和显示相互别离，实现高速采集、低速显示(2)滚动显示在选择滚动显示方式时，DSO的内存单元中的存储信号不断更新，在屏幕上可观察到一个连续不断从左向右移动的波形。(3)预触发传统的示波器是用触发信号起动扫描回路，所以只能显示触发后的波形。而DSO可连续采集并存储波形，那么可显示触发前的波形。以被测信号出现的时刻作为触发点，屏幕上可显示触发以前的某段时间内的波形。触发前波形在屏幕上所占的比例可以调节。(4)存储波形的压缩和扩展显示DSO能将存储后的波形扩展10倍显示，以便观察波形的细部。同时，DSO能够将信号压缩后全部显示在屏幕上，相当于将屏幕扩大。这对于观察持续时间长而波形又很复杂的暂态信号十分有利。(5)信号根本参数的屏幕测量和显示信号波形的根本参数，如幅值、陡度、持续时间等可通过光标移动测量，并在屏幕上自动显示出来。

2.DSO的主要技术指标

DSO用于暂态波形测量的主要技术指标是采样速率、分辨率和存储容量。(1)采样速率

DSO的采样速率用每秒采集的数据点数表示，又称采样频率，单位是次/s或Hz。有时也用两次相邻采集的时间间隔表示。

最高采样速率是DSO技术性能和制造水平的一个重要指标。由于数字化过程每个环节都有一定的响应时间，故采样速率受到限制。DSO的采样就是把模拟信号转换成离散的信号。例如对模拟的时间历程x(t)采样，如果x(t)是一个限带信号，那么不发生混叠现象的充分而必要的条件是:式中fN—奈奎斯特频率。这就是采样定理。在实际应用中，通常选择(2)分辨率

DSO的分辨率分为垂直分辨率和水平分辨率两种。①垂直分辨率由仪器中A/D转换器的二进制位数或其相应的百分数表示。例如8位DSO，其垂直分辨率为8bit或1/28=1/256=0.4%。

设垂直分辨率为NY，满量程为A，那么DSO只能准确显示的数值，而不能准确显示介于和之间的数值，即不能显示的数值范围满足以下不等式由此可见，垂直分辨率越高，仪器的灵敏度越高，准确度也越高。②水平分辨率也用一个二进制位数或在X轴方向可采集的数据点数表示。显然，水平分辨率越高，表示采集的点越密集，显示的波形越接近真实的模拟波形，误差也就越小。(3)存储容量

垂直分辨率和水平分辨率的乘积，称为总存储量，即

(三)DSO的误差1.量化误差DSO在数据采集后的量化过程中，只能取由量化分级所代表的那些数值，这些数值称为量化电平(如aK)。而处于两相邻电平之间的值那么舍入到相邻的一个量化电平上。由于有舍入，就会产生误差，这种误差称为量化误差。只要垂直分辨率是有限的，量化误差就必然存在。两个相邻量化电平之间的增量称为最小量化单位，记为LSB，那么有式中NY—垂直分辨率。用四舍五入法，那么量化误差的最大值为±0.5LSB，减小LSB，即提高垂直分辨率，可以减小量化误差。2.采样误差

当对一个波形进行幅值测量时，如果采样点不是正好选在幅值的位置上，而是选在幅值的两侧，就会产生误差。设被测电压的波形为一正弦波，如图8-15所示。幅值为1，频率为f，采样间隔时间为Ts

那么最大相对采样误差为:由上式可见，当采样间隔时间Ts及正弦波的频率f增大时，最大相对采样误差随之增大。这个结论同样可以推广到暂态波形的测量。由此可见，提高采样速率fs(即减小Ts)可减小采样误差，而且被测信号的等效频率越高，就越需要更高的采样速率。

图8-15正弦电压采样误差产生示意图3.动态误差上面分析的两种误差为静态误差。实际测量结果说明，当测量快速变化的信号或频率很高的信号时，DSO的误差比静态误差大得多，称为动态误差。产生动态误差的原因很多，例如在高频情况下，A/D转换中比较器和放大器存在的幅值和相位失真，以及采样时间的分散性等，动态误差的分布符合均匀分布规律。其均方根值为式中m—样本数;

—第k个样本对应的误差。随频率的增加而增大。与f的关系因仪器而异，一般来讲，DSO的动态特性比暂态波形记录仪为好。

动态误差所造成的结果相当于仪器的垂直分辨率降低，为了表征仪器的动态特性，引进所谓“有效位〞(记作EB)的概念。EB定义为例如用8bit的DSO测量10MHz的正弦波信号时，EB=3.2LSB，那么有效位:EB表达了仪器在不同频率下的等效垂直分辨率。图8-16绘出4台不同的数字记录仪和数字存储示波器的有效位和频率的关系。曲线A为8bit、100兆次/s的数字记录仪；曲线B为8bit、50兆次/s的DSO；曲线C为6bit、500兆次/s的暂态波形记录仪；曲线D为8bit、200兆次/s的可编程波形记录仪。由图8-16可见，曲线A虽在低频下EB很高，但随着f增加EB下降很快，故不适合于高频测量。除了动态误差随f的增加而增加以外，误码率也随f的增加而增加。图8-16不同数字记录仪器的有效位EB和频率f的关系第四节自动测试系统

由微机通过通用接口和假设干测量仪器相连接组成的测量系统称为自动测试系统。当采用标准接口时，这种测量系统具有积木式结构。接于系统的计算机和仪器的数量不限，连接方式也多种多样，可根据具体测量的需要，将计算机和各种测量仪器组合成任意的测量系统。测量程序是根据测量任务的需要而编写的。测量任务完成以后，系统可拆开，计算机和仪器又可组成新的测量系统。自动测试系统的高度灵活性，使它极适合于各种骚扰信号的现场测量和在线分析。

一、自动测试系统的工作原理

以DSO和微机组成的自动测试系统为例，说明自动测试系统的工作原理。图8-17为自动测试系统的工作原理框图。

图8-17自动测试系统的工作原理框图图1微直流自动测试系统的原理框图RS-232低通无源滤波器微直流放大、骚扰补偿、滤波等数字示波器DSO微机传感器由图8-17可见，系统中的所有设备都是通过接口总线连结在一起的。所以，接口是关键。为使不同厂家生产的设备能够兼容在同一条总线上，到达统一控制，协调工作的目的，应采用标准接口。DSO配备的接口有两种：一种是并行接口，如GP-IB；另一种是串行接口，如RS-232。接口的作用是将各个设备有机地组成一个整体，而不限制各个设备本身的功能。设备功能是指设备的用途和职能，和设备功能有关的信息称为设备信息，它包括：对设备的控制命令、设备的状态、设备的工作数据等。接口功能，那么是为了使某设备和其它设备有规那么地交换信息，进行通信对话的功能。和接口功能有关的信息称为接口信息。为了实现设备间的相互通信，各设备的接口要对流进流出的接口信息进行分析、加工、判断和传输。而接口对设备信息只进行传输，不能用设备信息作为接口功能的控制管理信息。图8-18是GP-IB通过总线将假设干设备连成一体的工作示意图。它的工作过程好似一个小的系统。图8-18GP-IB工作示意图从GP-IB的总线看，每个设备通过各自的接口和总线挂起钩来，就象的“讲者〞、“听者〞和“控者〞一样，各有不同的作用。“讲者〞是指把数据(设备信息)发送至总线去的那些设备。“听者〞是指能从总线接收数据(设备信息)的那些设备。“控者〞是用来指定由哪一个设备作为“讲者〞，哪一个或哪几个设备作为“听者〞的分配调度机构。“控者〞的作用仅相当于总机接线员，它只负责总线的分配管理，而不能控制其它的设备功能。整个总线共有16条信号线，其中8条双向数据总线DIO1～DIO8是系统中的主要信号传输线，所有设备信息和大局部接口信息都是由它们传递的。因为只有8条，所以在它上面传输的信息是以字节(八位二进制)并行方式进行的。总线中有5条接口管理线，主要用来传送接口功能控制信号，具体如下。1.ATN(Attention)—注意线它只能由“控者〞使用。当ATN线为“1〞时，表示数据总线上传输的是接口信息；当ATN线为“0〞时，表示数据总线上所载信息是设备信息。2.IFC(InterfaceClear)—去除接口线由“控者〞使用。“控者〞通过向IFC线发出信号“1〞来通令整个接口系统恢复到初始状态，然后才能发布命令，进行对话。3．REN(RemoteEnable)—远控功能线由“控者〞使用。当REN线为“0〞时，所有设备都只受其本机面板上固有操作开关或按键控制；REN为“1〞时，只有某些由地址命令指定的设备接收由数据总线送来的控制命令。4．SRQ(ServiceRequest)—请求效劳线任何一个设备都可使用。当某一设备需要使用总线来传递信息或有其它需要提请“控者〞注意的情况时，该设备让SRQ线为“1〞，即发出请求效劳信号。5．EOI(Endoridentify)—结束或识别线可以由“讲者〞通过给EOI线置“1〞来表示它本次要发送的多个字节都已发送完毕；也可由“控者〞在EOI线和ATN线同时置“l〞来表示“控者〞正在对其它设备进行一次并行查询，以识别哪台设备提出了效劳请求。总线中的另外3条为互锁联络线，其作用是使“控方〞和“受方〞互通信息，保持同步，协调动作．具体如下。1．DAV(DateValid)—数据有效线当DAV处于“1〞时，表示数据总线上已有有效而稳定的数据信息，供“听者〞接收。2．NRFD(NotReadyforData)—未准备好接收信号线由各“听者〞共同使用。当NRFD为“1〞时，表示局部或全部“听者〞还没有准备好接收数据；当NRFD为“0〞时，说明所有“听者〞都已准备好接收数据。3．NDAC(NotDataAccepted)—未接收完数据线与NRFD相同，只要有一个设备未接收完数据，NDAC线就一直保持“1〞状态。当NDAC为“0〞时，说明所有“听者〞都已接收完数据。二、信息传送原理

(一)信息传送的大致过程首先要弄清所谓“源〞和“受者〞的关系。在一般情况下，“源〞是指“讲者〞；“受者〞指“听者〞。但是，当“控者〞对将要成为“讲者〞和“听者〞的设备进行寻址以及向“讲者〞或“听者〞发送数据时，“控者〞即“源〞，“讲者〞和“听者〞就成为“受者〞。从计算机传出的全部程序数据都将由计算机中的公共数据母线来传递。数据必须能以某种方式送进相应的设备中去，这是通过寻址来完成的。每一个设备都有—个特定的地址。当某个设备的地址被找到后，计算机的输出数据母线就接到该设备上，或者接到该设备的附设存放器上。1.在发送信息以前，首先“源〞设备令DAV线为高电平(按负逻辑，即“0〞状态)，表示DIO1～DIO8数据线上的数据无效；“受者〞令NRFD和NDAC线均为低电平(即状态“1〞)，分别表示诸“受者〞均未准备好接收数据，以及并无一收到数据。2.当“源〞检查到NRFD和NDAC线均为低电平时，就将数据放到DIO线上，并延迟一段时间让数据稳定。3.只有当“源〞检查到NRFD线为高电平，说明全部“受者〞都准备好接收数据时，才令DAV线变为低电平，表示此时DIO线上的数据稳定有效，数据字节传输可以开始。4.由于各“受者〞是以不同的速度接收数据，必须等到最慢的“受者〞接收完毕后，才将NDAC线升为高电平。5.“源〞发现NDAC线为高电平后就令DAV线为高电平，向各“受者〞说明DIO线上的数据无效。这样，一次数据字节的传输过程便告终结，可以继续进行下—次传输。(二)自动测试系统的支持软件一个自动测试系统，除了应当有功能齐全的接口以外，还应当有支持接口的软件与之相配合。其软件包括计算机的操作系统和配用的语言(常用支持I/O接口的扩展Basic语言)、应用程序以及效劳性程序等。效劳性程序是为使用和检查、调试应用程序效劳的。它包括编辑、装配、查错和转储等功能。应用程序是根据组成系统各设备的性能规格和具体的测量任务编写。虽然测量任务是多种多样的，但是在应用程序中包含了一些共同的根本内容。其主要的根本内容有以下几方面。1．人机联系通常选用对话方式