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發(fā)布時(shí)間:2026-03-20 17:04:03
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要了解和熟悉儀器的各種警示符號(hào)的含義與作用,在正確設(shè)定參數(shù)的前提下,利用各種警示符能提高我們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的效率。要熟悉和靈活運(yùn)用儀器的相關(guān)操作屏界面),如:用反應(yīng)過程監(jiān)測,觀察反應(yīng)時(shí)間進(jìn)程曲線;用校準(zhǔn)追蹤回顧分析校準(zhǔn)曲線;利用統(tǒng)計(jì)了解不同日期段病人測定均值及數(shù)據(jù)分析;運(yùn)用分析數(shù)據(jù)編輯查看和校正測定數(shù)據(jù)。頻譜分析儀簡稱頻譜儀,是用來顯示頻域信號(hào)幅度的儀器,在射頻領(lǐng)域有“射頻萬用表”的美稱。在射頻領(lǐng)域,傳統(tǒng)的萬用表已經(jīng)不能有效測量信號(hào)的幅度,示波器測量頻率很高的信號(hào)也比較困難,而這正是頻譜分析儀的強(qiáng)項(xiàng)。
頻譜儀與示波器屬于兩種類型的儀器,示波器主要顯示時(shí)域信號(hào)幅度的變化,而頻譜儀顯示的是頻域信號(hào)幅度的變化。對于研究射頻的工程師和愛好者,頻譜儀是工作的好幫手,它可以形象地展示一定頻率范圍內(nèi)信號(hào)的幅度,可以據(jù)此發(fā)現(xiàn)信號(hào)的存在和不同類型信號(hào)的特征。隨著科技的發(fā)展,頻譜儀也從傳統(tǒng)的模擬線路進(jìn)化到數(shù)字化頻譜儀,被賦予更多的功能,以適應(yīng)不斷出現(xiàn)的復(fù)雜信號(hào)。頻譜分析儀在射頻領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。頻譜儀基本的作用就是發(fā)現(xiàn)和測量信號(hào)的幅度。
頻譜儀可以以圖示化的方式顯示設(shè)定頻率范圍內(nèi)的射頻信號(hào),信號(hào)越強(qiáng),頻譜儀顯示的幅度也越大。通過這種特性,頻譜儀被用來搜索和發(fā)現(xiàn)一定頻段內(nèi)的射頻信號(hào),廣泛應(yīng)用在監(jiān)測電磁環(huán)境無線電頻譜監(jiān)測電子產(chǎn)品電磁兼容測量無線電發(fā)射機(jī)發(fā)射特性信號(hào)源輸出信號(hào)品質(zhì)反無線等領(lǐng)域。頻譜儀可以測量射頻信號(hào)的多種特征參數(shù),包括頻率選頻功率帶寬鄰道功率調(diào)制波形場強(qiáng)等。在射頻信號(hào)的頻率測量方面,雖然頻率計(jì)是專業(yè)的設(shè)備,但遇到時(shí)分多址的信號(hào)GSM移動(dòng)IDENTETRA的信號(hào)跳頻的信號(hào)寬帶的信號(hào),普通頻率計(jì)無法準(zhǔn)確計(jì)數(shù),功率計(jì)無法及時(shí)測量,而頻譜儀由于基于高速的信號(hào)捕捉,則可以有機(jī)會(huì)測量這些信號(hào)。
示波器在一次觸發(fā)過程中完成數(shù)字化,所以實(shí)時(shí)帶寬取決于示波器的采樣率,采樣率與帶寬之間的比值不是固定的。如果示波器有數(shù)字重構(gòu)能力,這比值接近于4:1,如果沒有重構(gòu),這比值通常是10:l。有關(guān)采樣速率部分可以參考第四個(gè)步驟。很多波形中包含的重要頻率成分比波形的基頻高出很多倍。例如,方波中包含個(gè)少比信號(hào)基頻高出十倍的頻率。高帶寬示波器能使你更精確地觀測這些高頻成分。下面圖示的屏幕圖形說明了50MHz的方波在不同的四種示波器上進(jìn)行觀測的結(jié)果:500MHz的示波器精確地顯示了其中的高頻成分,并且好地表示了上升時(shí)間。150MHz示波器的顯示中則丟失了高頻信號(hào)通常的細(xì)節(jié),顯示的上升時(shí)間較真實(shí)值慢了很多,100MHz的示波器則使上升時(shí)間看起來變得更慢。同時(shí),你還以看到幅值的衰減。示波器帶寬方波信號(hào)的基頻還要低的時(shí)候,顯示的波形已面日個(gè)非。作為一基本準(zhǔn)則,你所使用示波器的帶寬應(yīng)至少高出被測信號(hào)中的高頻率三倍。如果你需要更高的精度,那么要求的帶寬將更高。雖然精確的幅值測量并不完全取決于頻率響應(yīng),但是仍要求示波器的帶寬高出被測信號(hào)頻率十倍。對于典型測量,上升時(shí)間與帶寬之間的關(guān)系可以近似為:Tr:0.35/3dB帶寬對于定時(shí)測量,信號(hào)上升時(shí)間與示波器上升時(shí)間的比值越高,則測量誤差越小。
其電容變化量與相對濕度成正比。電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH,這比干濕球測濕精度高。濕敏元件的線性度及抗污染性差,在檢測環(huán)境濕度時(shí),濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中,很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。這方面沒有干濕球測濕方法好。下面對各種濕度傳感器進(jìn)行簡單的介紹。氯化鋰濕度傳感器電阻式氯化鋰濕度計(jì)個(gè)基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來的。這種元件具有較高的精度,同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉,適用于常溫常濕的測控等一系列優(yōu)點(diǎn)。氯化鋰元件的測量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個(gè)元件的有效感濕范圍一般在20%RH以內(nèi)。例如0.05%的濃度對應(yīng)的感濕范圍約為(80~100)%RH。
0.2%的濃度對應(yīng)范圍是(60~80)%RH等。由此可見,要測量較寬的濕度范圍時(shí),必須把不同濃度的元件組合在一起使用。可用于全量程測量的濕度計(jì)組合的元件數(shù)一般為5個(gè),采用元件組合法的氯化鋰濕度計(jì)可測范圍通常為(15~100)%RH,國外有些產(chǎn)品聲稱其測量范圍可達(dá)(2~100)%RH。式氯化鋰濕度計(jì)式氯化鋰濕度計(jì)是由美國的Forboro公司首先研制出來的,其后我國和許多都做了大量的研究工作。這種濕度計(jì)和上述電阻式氯化鋰濕度計(jì)形式相似,但工作原理卻完全不同。簡而言之,它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進(jìn)行工作的。碳濕敏元件碳濕敏元件是美國的E.K.Carver和C.W.Breasefield于1942年首先提出來的。
與常用的毛發(fā)、腸衣和氯化鋰等探空元件相比,碳濕敏元件具有響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、無沖蝕效應(yīng)和滯后環(huán)窄等優(yōu)點(diǎn),因之令人矚目。我國氣象部門于70年代初開展碳濕敏元件的研制,并取得了積極的成果,其測量不確定度不超過±5%RH,時(shí)間常數(shù)在正溫時(shí)為2~3s,滯差一般在7%左右,比阻穩(wěn)定性亦較好。氧化鋁濕度計(jì)氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是,體積可以非常小(例如用于探空儀的濕敏元件僅90μm厚、12mg重),靈敏度高(測量下限達(dá)-110℃),響應(yīng)速度快(一般在0.3s到3s之間),測量信號(hào)直接以電參量的形式輸出,大大簡化了數(shù)據(jù)處理程序,等等。另外,它還適用于測量液體中的水分。如上特點(diǎn)正是工業(yè)和氣象中的某些測量領(lǐng)域所希望的。
因此它被認(rèn)為是進(jìn)行高空大氣探測可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)使人們對這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。然而,遺憾的是盡管許多的專業(yè)人員為改進(jìn)傳感器的性能進(jìn)行了不懈的努力,但是在探索生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的工藝條件,以及提高性能穩(wěn)定性等與實(shí)用有關(guān)的重要問題.上始終未能取得重大的突破。因此,到目前為止,傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用。近年來,這種方法在工業(yè)中的低霜點(diǎn)測量方面開始嶄露頭角。陶瓷濕度傳感器在濕度測量領(lǐng)域中,對于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測量,到目前為止仍然是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),而其中又以高溫條件下的濕度測量技術(shù)為落后。以往,通風(fēng)干濕球濕度計(jì)幾乎是在這個(gè)溫度條件下可以使用的方法。
而該法在實(shí)際使用中亦存在種種問題,無法令人滿意。另一方面,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展,要求在高溫下測量濕度的場合越來越多,例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過程的濕度測量與控制。因此,自60年代起,許多開始竟相研制適用于高溫條件下進(jìn)行測量的濕度傳感器。考慮到傳感器的使用條件,人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無機(jī)物上。實(shí)踐已經(jīng)證明,陶瓷元件不僅具有濕敏特性,而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。他們于1980年研制成稱之為“濕瓷-Ⅱ型”和“濕瓷-Ⅲ型”的多功能傳感器。
前者可測控溫度和濕度,主要用于空調(diào),后者可用來測量濕度和諸如酒精等多種有機(jī)蒸氣,主要用于食品加工方面。以上幾種是應(yīng)用較多的幾種類型傳感器,另外還有其他根據(jù)不同原理而研制的濕度傳感器,這里就不一一介紹了。時(shí)漂和溫漂幾乎所有的傳感器都存在時(shí)漂和溫漂。由于濕度傳感器必須和大氣中的水汽相接觸,所以不能密封。這就決定了它的穩(wěn)定性和壽命是有限的。一般情況下,生產(chǎn)廠商會(huì)標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1年或2年,到期負(fù)責(zé)重新標(biāo)定。請使用者在選擇傳感器時(shí)考慮好日后重新標(biāo)定的渠道,不要貪圖便宜或洋貨而忽略了售后服務(wù)問屬。溫漂在上1節(jié)已經(jīng)提到。選擇濕度傳感器要考慮應(yīng)用場合的溫度變化范圍,看所選傳感器在溫度下能否正常工作。
這是我們在日常工作中需多加小心的,因?yàn)楦鼡Q混頻器的費(fèi)用是很高的。當(dāng)然,頻譜儀在輸入信號(hào)時(shí)并沒有直接將其接入混頻器,而是首先接入一個(gè)衰減器。這不會(huì)影響終的測量結(jié)果,完全是為了儀表內(nèi)部的協(xié)調(diào),如匹配佳工作點(diǎn)等等。它的衰減值是步進(jìn)的,大為。還有的頻譜儀是不能輸入直流的,否則也會(huì)損壞器件。另外,還應(yīng)注意不能有靜電,因?yàn)殪o電的瞬時(shí)電壓很高,容易把有源器件擊穿。日常工作中把儀表接地就會(huì)有很好的效果,當(dāng)然要有保護(hù)接地會(huì)更好。
在中頻,所有信號(hào)的功率幅度值與輸入信號(hào)的功率是線性關(guān)系。輸入信號(hào)功率增大,它也增大,反之相同。所以我們檢測中頻信號(hào)是可行的。另外,為了有效檢測,要有一個(gè)內(nèi)部中頻信號(hào)放大。混頻器本身有差落衰減,本頻和射頻混頻之后它并不是只有一個(gè)單一中頻出來,它的中頻信號(hào)非常豐富,所有這些信號(hào)都會(huì)從混頻器中輸出。在眾多的諧波分量中,只對一個(gè)中頻感興趣。這就是前面所說的。這是在儀器器件中已做好的,用一個(gè)帶通濾波器把中心頻率設(shè)在MHz,濾除其它信號(hào),提取MHz的中頻信號(hào)。
通過中頻濾波器輸出的信號(hào),才是我們所要檢測的信號(hào)。濾波器在工作中有幾個(gè)因素中心頻率,固定不變,其dB帶寬可以改變。比如對廣播信號(hào)來說,其帶寬一般是,若信號(hào)帶寬,中頻的帶寬一定要大于kHz。這樣,才能使所有的信號(hào)全部進(jìn)來。如果太寬,就會(huì)混入其它信號(hào);如果太窄,信號(hào)才進(jìn)來一部分,或是低頻成份,或是高頻成份。這樣信號(hào)是解調(diào)不出來的。中頻帶寬設(shè)置根據(jù)實(shí)際工作的需要來決定的。當(dāng)然它會(huì)影響其它很多因素,如底噪聲信號(hào)解調(diào)的失真度等。
經(jīng)過中頻濾波器的中頻信號(hào)功率就是反應(yīng)了輸入信號(hào)的功率。檢測的方法就是用一個(gè)檢波器,將它變?yōu)殡妷狠敵觯w現(xiàn)在縱軸的幅度。當(dāng)然還要經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和一些數(shù)據(jù)處理,加一些修正和一些對數(shù)線性變換。這足以給我們帶來信號(hào)分析上的許多方便。頻譜分析是要分析頻域的。一個(gè)信號(hào)要分析兩個(gè)參數(shù),一是幅度,二是頻率。幅度已經(jīng)得出,而頻率和幅度要對應(yīng)起來,在某一頻率是什么幅度。下面介紹一下頻率是如何測量的,如何與幅度對應(yīng)起來。
其實(shí)很簡單。它是通過本振與掃描電壓對應(yīng)起來的。本振是一個(gè)壓流振蕩器。本振信號(hào)是個(gè)掃描信號(hào)。掃描控制是由掃描控制器來完成的。它同時(shí)控制顯示器的橫坐標(biāo)。從左到右當(dāng)掃描電壓在OV時(shí),在顯示器上是點(diǎn),對本振信號(hào)來說是F點(diǎn),即起始頻率點(diǎn)。當(dāng)掃描電壓到V時(shí),在顯示器上是終止頻率點(diǎn),本振電壓就是在終止頻率點(diǎn),中間是線性的。通過這樣的方法,使得顯示器坐標(biāo)的每一點(diǎn)與本振FF的每一點(diǎn)對應(yīng)起來射頻信號(hào)是本振信號(hào)減去中頻信號(hào)MHz。