数字示波器在电磁测量中的应用

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中图分类号：TH851 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1672-4305.2013.04.054Application of digital oscilloscopes in measurement of electromagneticYU Huang--zhong(Department of Physics，South China University of Technology，Guangzhou 5 10640，China)Abstract：Digital osciloscopes are a kinds of comprehensive testing instruments of electrical signal，which can be directly used to observe the waveform of electrical signals，and measure voltage and fre-quency of electrical signals，and SO on，they are widely used in various types of measurement.The ap-plication of digital oscilloscope in electromagnetic measurements was introduced，including using digitaloscilloscopes skillfuly measured power of the load of alternating current circuit，displayed the volt-am-pere characteristic of diode and the” Pat”vibration curve and using these phenomena calculated thecorresponding physical quantities。

Key words：digital oscilloscopes；measurement of electromagnetic；application示波器是-种被广泛应用于工厂、企业、教学、科研中的常用电子仪器，能直接用来观察电信号的波形，也能用来测量电信号的电压和频率等，因此，- 切可能转化为电信号的电学量和非电学量都可用示波器来观测 。数字示波器 (Digital Oscilo。

scopes)是采用数字电路进行模/数转换 ，并通过存储器实现对触发前信号的记忆功能的-种具备存储功能的示波器。与传统的模拟示波器相比，数字示波器具备不受取样速率限制就可获得稳定的波形、能够长时间保存信号、先进的触发功能和较高的测量精度等优点，同时由于其内含微处理器，因而具备较强的处理能力，能够自动实现多种波形和参数的测量与显示 。目前，数字示波器已广泛应用于自动测试系统及信号采集系统等方面 J。在大学物理实验教学中数字示波器也得到了广泛的应用 。。，例如，用数字示波器显示并打印出材料的磁基金项目：华南理工大学实验教学改革研究项 目(项 目编号：Y1110040，Y1120040)。

滞回线、李萨如图形等。本文阐述了数字示波器在电磁测量方面的应用，并巧妙地利用数字示波器测量交流电路中负载的功率、显示二极管的伏安特性及拍”的振动曲线。

1 交流电路中负载的功率测量直流电路负载的功率等于通过它的电流与它两端的电压的乘积，但在交流电路中则不然。在计算交流电路负载的平均功率时，还要考虑电压和电流之间的相位差 ，即PUlcosp，式中 cos 称为电路负载的功率因数。电压和电流之间的相位差或电路负载的功率因数决定于电路负载的参数。

示波器适用于测量较高频率下的较小功率。如图1所示，测量时将待测负载 z与已知电容 C 串联，并与交流信号源相连接。待测负载 z与已知电容 C 的电压信号分别输入接至示 波器 的 Y轴(CH2)和 x轴(CH1)输入端上，把这两个信号进行x-Y的叠加，在示波器荧光屏上就出现如图2所示的闭合曲线，交流电路中负载所消耗的平均功率正於黄忠：数字示波器在电磁测量中的应用 177比于示波器荧光屏上的闭合曲线的面积。如果信号源是正弦波形，那么已知电容 C 与待测负载z上的电压应是同频率，不同相位的正弦信号，输入至示波器中，示波器显示的应是-个椭圆(见图3)。

电容 辨 图 1 功率测量线路连接图A dx图 2 功率测量时闭合曲线负载 z两端电压加到示波器 Y轴，即Y轴获得信号电压为 (t)Vosintot，Y轴获得信号电流为 Iy(t)Iosin(tot )；电容 c。两端电压加到示波器 轴，即 轴获得信号电压为Iosin(tot - )(t) M (t) ---- - -cos(tot )乙 0因为负载上的信号电压 U (t)使示波器荧光屏上的光点在 Y方向偏移，电容上的信号电压 U (t)使示波器荧光屏上的光点在 x方向偏移，它们的偏移量 、Y与 (t)、 (t)的关系是：：掣 ：- 0。 ( )S --xto- Co∞ L (f) U0。

吼 ㈨ 式中s ，s 分别为示波器 x轴和 Y轴的电压灵敏度，可在示波器荧光屏的左下方显示出来。令。 ，YoUo，则上式变为：- 0COS(tot ) (1)YYosintot (2)这两个同频率的垂直简谐振动的合成轨迹为-椭圆，椭圆的面积元为：ds dx 5 c。sin( )sin∞ d D d -S Js CoP 是瞬时功率，经过-个周期后，光点运行-周，其平均功率为：专 d 专f5 s c。。 ds·d 专/0s 5 c。ds s s coSfs S CoS (3)上式(3)中S为椭圆面积，Srrab∩见，交流电路中负载的平均功率与其在示波器屏上扫描出的图形面积成正比。只要测量出荧光屏上所包围的面积，就可以求出电路的损耗功率P。

由式(1)可知，若 totn7r(n0，1，2，3)，±Xoc0s ，Y 0。测量出荧光屏上闭合曲线在 x轴的交点坐标 和荧光屏上闭合曲线在 轴上的最大值投影 。，即可求 出该负载的功率因数 eos 。

如图3所示，信号源输出 flO00Hz的正弦信号，将-被测电感作负载，电容 C。1.ogr，测出 s lOOmV/DIV，S 1.0W DIV ，a 3.25DIV，b0.50DIV， 0.6， 1.8。计算结果为：s7r口b：3.14 ×3.25 ×0.505.1divP SxS Co 0.1 × 1 × 1.0 × 10 × 5.1×1000 5.1× 10-4wcos ：慧-o.3图 3 数字示波器显示电感负载的闭合曲线2 显示稳压二极管伏安特性曲线如图4是显示二极管伏安特性线路连接图，以交流信号源为电源，通过改变可变电阻的阻值可以改变二极管与已知电阻 两端的总电压。被测二於黄忠 ：数 字示波器在 电磁测量 中的应用 179另-频率。故通过拍”振动曲线的测量，可以测量并计算出信号源的频率。

4 结语数字示波器能够直观地显示各种信号波形，利用其 x-Y信号的叠加可以i贝4出交流负载的功率，显示二极管的伏安特性及拍”的振动曲线等，并能够计算出相应的物理量。利用数字示波器的这些功能还能够显示磁性材料的磁滞回线并计算出磁性材料的剩磁、矫顽磁力磁导率等相应的物理量 J，显示核磁及电子自旋共振曲线并计算磁嘲电子弛豫时间等 。巧妙地利用数字示波器可以显示物理图形 ，测量物理量，并且测量方法准确、快捷、可靠。