基于TDS系列示波器的动态能量测试系统

　　引言

　　电能测量是一种成熟、常用而又重要的测试技术。它与能源利用、经济效益和环境保护等重大课题都紧密相关。但是，通常所指的“电能测量”，其测试对象一般是直流或工频电能量。他们都表现为稳态信号。其数值是不随时间变化或缓慢变化或周期变化的。一般来说采用各种电能计量仪表，按工业标准规定测量某些参数数值即可。但是随着科学应用和现代工业自动化技术的发展，在许多实验研究，工业过程及产品测试中，能量的变化不再是稳态过程，而表现为随时间变化的突发性、随机性和瞬时性，是典型的动态时域过程。在实际中这样的例子很多。例如，在工业过程的自动化控制中电机运行条件日趋复杂，表现为电机运行过渡过程的大量增加。即为了执行控制程序指令，电机必须频繁的启动、停车、变速、换向、加载、卸载等等。又比如储能器件(电容、电感及电池等)能量的充填与释放，往往表现为一个单次瞬态时域过程。再一个典型例子是汽油发动机的点火能量，它是一种占空比很小，脉冲沿十分陡峭并伴随有强电磁干扰的时域过程。尽管稳态能量和动态能量的测试理论是相同的，都是电压与电流在对应时刻上相乘得到功率后再对时间积分，但测试技术的难度和设备的复杂程度却大不相同。后者要求测试系统有足够的带宽，良好的动态响应和很强的抗干扰能力。同时对捕捉到的信息必须及时存储，然后分析、处理并获得电压、电流、功率和能量的时域波形，而不仅仅是某些时刻的参数值。要实现上述测试任务，目前没有现成的动态能量测试设备可供选择，需要自己结构测试系统。在各种方法中，其首选方案是：电压、电流探头+台式智能示波器+计算机+应用测试程序。其中，示波器的正确选用是关键因素。

　　美国Tektronix公司在2002年推出了TDS1000系列、TDS2000系列数字存储示波器和TDS3000B系列数字荧光示波器。它们都属于中、低档价位的智能示波器，具有实时采样速率高、智能功能较全、可配程控接口、抗电磁干扰能力强、性价比好等共同特点。经过反复的比较和实验，这些示波器在动态能量测试中都有良好的稳定性、适用性和抗干扰能力。同时，还给用户提供了一个较大的价位选择空间。应该说，选择上述示波器用于动态能量时域过程测试是最佳方案之一。

　　为了实验教学和工业产品测试的需要，我们构建了基于TDS1000/2000/3000B系列示波器的动态能量测试系统。经过长期测试，它已成功的用于电机过渡过程能量测试，电容、电感、电池的充放电能量测试、发动机点火能量测试。配以相应的传感器，这个测试系统还能用于某些非电量瞬态能量时域过程的测试，如相机快门的机械能、冲击温升的热能和快速运动物体的动能等等。有理由认为：这个测试系统有一定的实用价值和良好的应用前景。