技能培训专题 新编电气工程师手册(三).pdf

第三十一章防雷保护与 间接接触电击防护技术 第一节雷电现象、 种类和性质 一、 雷电现象及雷电的种类 （一） 雷电现象 雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象。在雷雨季节里， 地面上的水分受热变成水蒸气， 并 随热空气上升， 在空气中与冷空气相遇， 使上升气流中的水蒸气凝成水滴或冰晶， 形成积云。云中的水滴受 强烈气流的摩擦产生电荷， 而且微小的水滴带负电， 小水滴容易被气流带走形成带负电的云； 较大的水滴留 下来形成带正电的云。由于静电感应， 带电的云层在大地表面会感应出与云块异性的电荷， 当电场强度达到 一定值时， 即发生雷云与大地之间的放电； 在两块异性电荷的雷云之间， 当电场强度达到一定值时， 便发生云 层之间放电。放电时伴随着强烈的电光和声音， 这就是雷电现象。 雷云放电时， 也是由于雷云中的电荷逐渐聚集增加使其电场强度达到一定程度时， 周围空气的绝缘性能 就被破坏， 于是正雷云对负雷云之间或者雷云对地之间， 发生强烈的放电现象。其中尤以雷云对地放电 （直 接雷击） 对地表的供电网络和建筑物的破坏性最大。 雷云是产生雷电的基本因素， 而雷云的形成必须具有下列三个条件 空气中有足够的水蒸气； 有使潮湿的空气能够有上升并凝结为水珠的气象或地形条件； 具有气流强烈持久地上升的条件。 雷电过电压是由雷云放电产生的， 它是一种壮观的自然现象， 包括闪电和雷鸣两种现象， 两者相伴出现， 因而常称之为雷电。最常见的雷云有热雷云和锋面雷云两种。垂直上升的湿热气流升至 ， 故雷电流的平均陡度为 28 5 5 28 ， *9 （四） 雷暴日 （或小时） 雷暴日 （小时） 是指一年中有雷电活动的天 （小时） 数， 用它表示雷电活动的强度。 我国地域辽阔， 各地气候特征及雷雨期的长短不同， 所以雷电活动频繁度在不同的地区是不一样的。雷 暴日 （小时） 的多少和纬度有关。北回归线 （北纬 式中* 建筑物每边的扩大宽度 （4） ； 、 ,、 分别为建筑物的长、 宽、 高 （4） 。 当建筑物的高 14 时， 其每边的扩大宽度应按等于建筑物的高 计算； 建筑物的等效面积的计算 式为 3, , / （ ,） / 1-9 ; 当建筑物各部位的高不同时， 应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度， 其等效面积 3应按每点最大扩 大宽度外端的连接线所包围的面积计算。 三、 雷电的危害 雷电有时带来严重的危害， 就其破坏因素来说， 雷电有以下三方面的破坏作用。 （一） 电效应 数十万至数百万伏的冲击电压可击毁电气设备的绝缘， 烧断电线或劈裂电杆， 造成大规模的停电； 绝缘 损坏还可能引起短路， 导致火灾或爆炸事故， 巨大的雷电流流经防雷装置时会造成防雷装置的电位升高， 这 2111第四篇电气工程安全技术篇 样的高电位同样可以作用在电气线路、 电气设备或其他金属管道上， 它们之间产生放电。这种接地导体由于 电位升高， 而向带电导体或与地绝缘的其他金属物放电的现象。叫做反击。反击能引起电气设备绝缘破坏， 造成高压窜入低压系统， 可能直接导致接触电压和跨步电压造成事故。可使金属管道烧穿， 甚至造成易燃易 爆物品着火和爆炸。 雷电流的电磁效应， 在它的周围空间里就会产生强大而变化的磁场， 处于这电磁场中间的导体就会感应 出很高的电动势。这种强大的感应电动势可以使闭合回路的金属导体产生很大的感应电流， 引起发热及其 他破坏。 当雷电流入地时， 在地面上就会因雷电流引起跨步电压， 造成人身触电事故。 （二） 热效应 巨大的雷电流 （几十至几百千安） 通过导体， 在极短的时间内转换成大量的热能。雷击点的发热量约为 ， 造成易爆物品燃烧或造成金属熔化、 飞溅而引起火灾或爆炸事故。 （三） 机械效应 被击物遭到严重破坏， 这是由于巨大的雷电流通过被击物时， 使被击物缝隙中的气体剧烈膨胀， 缝隙中 的水分也急剧蒸发为大量气体， 因而在被击物体内部出现强大的机械压力， 致使被击物体遭受严重破坏或发 生爆炸。 第二节配电装置的侵入雷电波保护 一、 保护措施 配电装置对侵入雷电波的过电压保护是采用阀型避雷器及与阀型避雷器相配合的进线保护段等保护措 施。 7； 当 18962 时， 87 等。这些数值 都远远超过安全电压值。 由于地面对地电压曲线分布规律随接地体特征及其施工方式而异， 发生触电的位置又受工艺过程等因 素的影响， 最大接触电压可能难以确定， 也就无法利用。为此， 国家标准以额定电压为依据作了一个比较简 8第四篇电气工程安全技术篇 图 系统 （， 负载阻抗分别为 9 ， ， ;， 则运用基尔霍夫定律不难 第四篇电气工程安全技术篇 图 零线断线与设备漏电 （） 无重复接地 （） 有重复接地 图 线， 其上有重复接地， 则上述故障带来的危险将大大减轻。这时， 负载中性点对地电压为 （ * * , ,） - （ * * , * ） 0 8 9 式中 8 中性点至故障点间零线阻抗； ; 中性点至故障点间相线阻抗。 显然， 零线阻抗越大， 设备对地电压也越高。这个电压通常高于安全电压。应当指出， 企图用降低零线 阻抗的办法来获得设备上的安全电压是不现实的。例如， 如果要求设备对地电压 8 ,， 则在 06, 系统中， 相线电压降为 （ 4 ） , *.,， 零线阻抗与相线阻抗之比为 *.*0/-， 即零线阻抗约为相线 的 * 那样加上重复接地 ， 则触电危险可以减轻。这时， 短路电流大部分 通过零线成回路， 导致漏电设备对地电压降低， 而中性点对地电压升高， 二者分别为 8 9 8 ; 8 9 9 8 ; 8 9 应当注意， 迅速切断电源是保护接零的基本保护方式。如不能实现这一基本保护方式， 即使有重复接 地， 往往也只能减轻危险， 而难以消除危险， 而且危险范围还有所扩大， 见图 0* 4 00 和图 0* 4 05 中下方的电 位分布曲线。 （0） 缩短漏电故障持续时间。因为重复接地和工作接地构成零线的并联分支， 所以当发生短路时能增大 *-第四篇电气工程安全技术篇 图 重复接地降低设备漏电对地电压 （） 无重复接地 （考虑， 零线温度按 6;考虑。 导线电阻可按下式计算 .9） 、 硅酸钠凝胶 （含 硅酸钠为 ;8.9） 、 亚铁氰化铜凝胶等都属于这类减阻材料。将这些材料加水注入地下， 经过不长时间即凝 成胶体， 基本上不再受水的影响而流失。此外， 石墨和水混合形成的糊状物也可作为这种减阻材料使用。 （） 换土法。这是指给接地坑内换上低电阻土壤以降低接地电阻的方法。这种方法可用于多岩石地区。 .冻土地区 在冻土地区， 为提高接地质量， 可以采用下列各种措施 （） 将接地体敷设在融化地带或融化地带的水池、 水坑中； （） 敷设深钻式接地体， 或充分利用井管或其他深埋在地下的金属构件作接地体； （） 在房屋融化盘内敷设接地体； 69新编电气工程师手册 （） 除深埋式接地体外， 再敷设深度为 的延长接地体， 以便在夏季地层表面化冻时起流散作用； （） 在接地体周围人工处理土壤， 以降低冻结温度和土壤电阻率。 （七） 流散电阻的计算 流散电阻是接地电阻的主要成分。在工频条件下， 如果接地线不长， 可以认为流散电阻就是接地电阻。 因为流散电流是三维空间里的电流， 所以计算比较麻烦。流散电阻主要决定于接地装置的结构和土壤电阻 率。 , ;/ 9 ;/ 9 因为 为仪器给定的某一固定值， 所以， 可以直接由 / 3 式中 2 电焊机额定容量， 94； 7;3 功率因数。 电炉变压器的设备计算功率 电炉变压器的设备计算功率是指额定功率因数时的有功功率。其计算式为 78 27;3 ,*,1 6;; 式中 ; 等值台数， 按 1 计算 （为第 台设备的额定功率） ， 并按四舍五入的原则取数； 第 种功率设备的台数。 系数 按下式计算 1 * 1 6; （63 *9**3 6963 *9*3 各种设备的 04和 见表 8 -。取得成组设备的计算功率 70 和功率因数以后， 可按下式计算三相 设备的电流 .01 0 -04 -*6第四篇电气工程安全技术篇 表 利用系数 值 用电设备组名称8 地中距离 （*） ； 7 独立避雷针或架空避雷线 （网） 支柱处接地装置的冲击接地电阻 （） ； 45 被保护物或计算点的高度 （*） 。 新编电气工程师手册 （） 架空避雷线至屋面和各种突出屋面的风帽、 放散管等物体之间的距离 （图 ） ， 应符合下列表达式 的要求， 但不应小于 图 防雷装置至被保护物的距离 当 （ 0,（90） 式中; 屏蔽系数 （9区的格栅形大空间屏蔽上的情况下， 其内部 456 区内 1空间内某点的 磁场强度 2 应按下式计算 7 2, . 1） ； 屏蔽层的电阻率 （ （- （- （-建筑结构。高压配电室耐火等级不应低于二级； 低压配电室耐火等级不应低于三级； 油浸电力变压器 室应为一级耐火建筑； 对于不易取得钢材和水泥的地区， 可以采用三级耐火等级的独立单层建筑。 变、 配电所各间隔的门应向外开； 门的两面都有配电装置时， 门应向两个方向开。门应为非燃烧体或难 燃烧体材料制作的实体门。长度超过 的高压配电室和长度超过 12 的低压配电室至少应有两个门。 4;1新编电气工程师手册 图 变、 配电所主接线 （） 双电源不分段单母线 （;的绝缘铜线， 排列应当整齐， 连接必须良好， 盘、 柜内的二 次回路接线不应有接头。 （） 与电流互感器相同， 电压互感器的外壳和二次回路的一点也应良好接地。用于绝缘监视的电压互感 器的一次绕组中性点也必须接地。 （0） 为防止电压互感器一、 二次回路短路的危险， 一、 二次回路都应装有熔断器。接成开口三角形的二次 回路即使发生短路， 也只流过微小的不平衡电流和三次谐波电流， 故不装设熔断器。 （） 电压互感器二次回路中的工作阻抗不得太小， 以避免超负载运行。 （3） 电压互感器的极性和相序必须正确。 电压互感器安全运行要点。熔断器是电压互感器惟一的保护装置， 必须正确选用和维护。一次侧熔 断器的保护范围是互感器的一次线路和互感器本身， 并可作为二次侧短路故障状态下的穿越性保护； 二次侧 熔断器的保护范围是互感器的二次线路。 对于 A， 熔丝电阻为 6 为 “带电部分至接地部分之间” 的电气间隙。 ;对板状遮栏和围栏， 水平距离应从离带电部分最近的面测量。 ;对链或绳， 水平距离必须加上下垂。 546新编电气工程师手册 按键使光标下移， 如果光标在显示屏最后一行显示屏向上滚动一行， 按 使显示屏向上滚动一页， 按 使显示屏向下滚动一页， 按 .11,0* 插入到光标所在位置， 本来的字符后移一位。 “,0*” 是替换方式， 所输入的字符替换光标所在位 置的字符。光标操作同区联动表管理， 只是按 “/” 键删除光标所在屏向下滚动一行， 按键使光标下移， 如果光标在显示屏最后一行显示屏向上滚动一行， 按 使显示屏向上滚动一页； 按 使显示屏向下 滚动一页； 按 标志， 特殊型设 备用字母 1 标志。 防爆型电气设备外壳的明显处， 须设制清晰的永久性凸纹标志。设备外壳的明显处须设置铭牌， 并可靠 固定， 铭牌的右上方应有明显的 “/ 表示类 级 / 组的隔爆型电 气设备， 7 表示类 级 组的 7 级本质安全型电气设备。如有一种以上复合防爆型式， 应先标出 主体防爆型式， 然后标出其他防爆型式， 如 6,， 表示主体为增安型， 并有正压型部件的防爆型电气设 备。对于只允许用于某一种可燃性气体或蒸气环境的电气设备， 可直接用该气体、 蒸气的分子式或名称标 志， 而不必注明级别和组别， 如 5（AB/） 或 5氨， 表示用于氨气环境的隔爆型电气设备。对于类电气设 备， 可以标温度组别， 也可以标最高表面温度， 亦可二者都标出。例如， 最高表面温度 3C的工厂， 用增安 型电气设备可标志为 6， 或 6 （3C） ， 或 6 （3C） 。 /4爆炸危险环境中电气设备的选用 （） 一般原则。选择电气设备前， 应掌握所在爆炸危险环境的有关资料， 包括环境等级和区域范围划分， 以及所在环境内爆炸性混合物的级别、 组别等有关资料。 应根据电气设备使用环境的等级、 电气设备的种类和使用条件选择电气设备。 所选用的防爆电气设备的级别和组别不应低于该环境内爆炸性混合物的级别和组别。当存在两种以上 的爆炸性物质时， 应按混合后的爆炸性混合物的级别和组别选用。如无据可查又不可能进行试验时， 可按危 险程度较高的级别和组别选用。 爆炸危险环境内的电气设备必须是符合现行国家标准并有国家检验部门防爆合格证的产品。 爆炸危险环境内的电气设备应能防止周围化学、 机械、 热和生物因素的危害， 应与环境温度、 空气湿度、 海拔高度、 日光辐射、 风沙、 地震等环境条件下的要求相适应。其结构应满足电气设备在规定的运行条件下 不会降低防爆性能的要求。 矿井用防爆电气设备的最高表面温度， 无煤粉沉积时不得超过 DC， 有煤粉沉积时不得超过 DC。 工厂气体、 蒸气爆炸危险环境用防爆电气设备的最高表面温度不得超过表 / E 的规定。工厂粉尘、 纤维爆 炸危险环境用防爆电气设备的最高表面温度不得超过表 / E 都要求正反转， 所以采用 ; 及 ;、 ; 接触器主触点变换相序控制。 考虑到横梁夹紧时有一定的紧度要求， 故在 ; 正转即 ; 动作时， 其中一相串接电流继电器 检测 电流信号， 当 ; 处于堵转状态， 电流增长至动作值时， 过电流继电器 动作， 使夹紧动作结束， 以保证每次 .4， ; ） * 7878 （,- ） -8,新编电气工程师手册 第三十九章非线性控制系统 第一节非线性系统的稳定性分析 一、 非线性系统稳定性分析的线性近似法 线性近似法又称李亚普诺夫第一方法。考虑非线性自治系统， 将 （） 在平衡状态 附近按泰勒级数展 开， 并注意到在平衡状态 ， （） ， 有 （） ） 利用式 * 5， 式 * ; 变为 5 67第五篇电气控制与测试篇 （） 半正定 （） （） （） 7/新编电气工程师手册 参数则由外环调整。参考模型的输出 直接反映了对象如何理想地响应参考输入 。 当参考输入 （） 同时加到系统和参考模型的入口时， 由于对象的初始参数未知， 控制器的初始参数不 可能调整得很好。开始运行时， 系统输出 （） 与模型输出 （） 不可能完全一致， 存在偏差 （） 。由 （） 驱动自适应机构， 改变控制器的参数， 使 （） 逐步逼近 （） ， 直到 （） （） 为止。当对象特性在运行 中发生变化时， 控制器参数的自适应调整过程与上述过程完全一样。 图 自适应控制系统 年代末 第五篇电气控制与测试篇 神经元是神经网络的基本单元， 结构如图 所示， 输入为 ， ， ， ， 输入的阈值为 为整流器； 为放电球隙； 为限流电阻； 为阻塞电阻， 阻止放电过程电容器上电荷的泄漏， 5是波头电阻； 、 ,2*第五篇电气控制与测试篇 利用变压器产生操作波的原理及线路见图 ， 在变压器的低压绕组一侧， 接一脉冲电压发生器。当 球隙 放电后， 已充电的主电容 造成的误差增大， 为了减小这种误差， 要在高压 端加一个圆形的屏蔽环或锥形的屏蔽罩。屏蔽环、 屏蔽罩与分压器的本体之间存在杂散电容 ， 于是通过 流进分压器的电流可以部分补偿通过 ;流出分压器的电流， 使得分压器上电压的分布比较均匀， 并使通 过高低压两臂的电流相等。这种装有屏蔽环或罩的电阻分压器称为屏蔽电阻分压器， 如图 所示。从 图中尺寸可以看出， 为达到分压器上电位分布基本均匀的目的， 锥形屏蔽罩的直径可比圆环形的减小一半。 /*新编电气工程师手册 图 电阻分压器 ） 带有屏蔽环; 表 * / 中， 空气相对密度可按经验式计算 ; 7 * , 中可以看出， 整个试验回路包括试样电容 、 保护电阻 1以及变压器的内阻抗 1 9 9* 9 1 6 1 , 为单个线圈的匝数 1 为线圈的平均半径 （） ； 2 为单个线圈的长度 （） ； ,为衔铁插入的长度 （） ； ,为磁通作用半径， 由衔铁半径及端部气隙的大小决定 （） ； 为某一种具体结 构的铁心有效磁导率。 新编电气工程师手册 图 螺管型电感传感器结构示意图 磁通作用半径 型电感测厚仪如图 供给， 而变压器一次侧采用磁饱和稳压器 和 2。电路中的 2起滤波作用， 7作调节电桥电路零位用。7用来调节指示器满刻度用， ;A 为电源指示灯。 83BC 型压力传感器如图 所示。当被测压力 3 变化时， 弹簧管的自由端产生位移， 带动与自 由端刚性连接的自感传感器的衔铁发生移动， 使传感器的线圈中的电感值一个增加， 另一个减小。传感器输 出信号的大小， 决定于衔铁位移的大小， 输出信号的相位， 决定于衔铁移动的方向。整个机心装在一个圆形 的金属盒内， 用接头螺纹与被测压力相连。 二、 差动变压器式传感器 差动变压器式传感器的工作原理是把被测量的变化转换成互感系数 C 的变化。传感器本身是互感系 数可变的变压器， 由于接线为差动工作方式， 故称差动变压器式传感器。同时， 由于它是基于互感变化的原 理， 故又称互感式传感器。 （一） 基本结构和工作原理 互感式传感器的基本结构如图 所示。它由铁心、 线框、 以及两个或多个线圈组成。一、 二次侧之 第五篇电气控制与测试篇 图 ， 这个电压一般称为 “零点残余电压” ， 使传感器的输出特性不过零点， 如图 所示。 图 零点残余电压及其消除 ） 零点残余电压 *） 带相敏整流电路的特性曲线 零点残余电压的存在使得传感器输出特性在零位附近的范围内不灵敏， 不利于测量， 并会带来测量误 0新编电气工程师手册 差。因而零点残余电压的大小是评定差动变压器性能优劣的重要指标。 零点残余电压产生的原因 （） 由于二次线圈结构上的不对称， 故引起线圈感应电动势幅值不等， 相位不同。 （） 铁心材料 曲线的非线性造成输出电压含有高次谐波 （主要是三次谐波） 。 （ 位 98和 组成的无差平衡系统。波纹膜片传递系数 ； 和 的传递系 数为 ； 放大器的放大倍数 第五篇电气控制与测试篇 图 各点电压波形 ） 电阻反馈回到中心片； 第三路经缓冲放大器由 9 脚输出 （见图 67 * 68） 。使用 单一 , .， 满量 程 4 ， 则输出电压变化量为 4 9。输出电压可用磁电系电流表来指示或经 . 转换后用数字显示。 976第五篇电气控制与测试篇 图 和 场效应晶体管 * * *34 * *35 所以电荷放大器的灵敏度为 图 * ;01 （-/） 式中 *-/ *1 （/-） *0123。 电荷放大器的频率响应由 0* 、 *决定 1 * 30** . 公司生产的 4 3 。可见， 不同频率的光子具有不同的能量。假设光子的全部能量交给电子， 电子能量将增加， 增加的能量一部分用于克服正离子的束缚； 另一部分转换成电子的动能。根据能量守恒定 律 8 4 4 式中， 为电子的质量， 为电子的运动速度； 为电子所做的逸出功。 式为爱因斯坦光电效应方程。由此可见 电子吸收的能量大于逸出功 时才能产生外光电效应。光子的能量恰等于逸出功， 即 8 式中， 为光电材料产生外光电效应的固有频率。 不同的物质具有不同的固有频率。光子的必须大于才能产生外光电效应， 否则， 无论光强如何和 照射时间的长短如何， 皆不能产生外光电效应。 光电子的初动能取决于光子频率， 与光强无关。因为一定的物质， 电子的逸出功是常数。 单位时间内逸出的电子数量与光强度成正比， 故光电流与光强成正比。 电子一次性吸收光子的全部能量， 无需能量存储时间， 故光电子发射迅速。 根据外光电效应制造的光电元件有光电管、 充气光电管和光电倍增管。 42新编电气工程师手册 光电管光电管种类繁多， 典型产品有真空光电管和充气光电管。由于真空光电管有稳定性好、 惰性 小和温度系数小等优点， 故它是自动检测中常用的检测元件， 其工作原理见图 ， 这是 7,0） 为增益介质的激光器。它利用相同材料的 型和 5 型半导 体构成 5 结。当两电极施加适当高的正向电压时， 靠 5 结正向注入电流来激发增益介质， 通常称这种 “注 入方式” 为泵激方式。直接利用垂直于 ;0 半导体 5 结的两个端面为谐振腔 （3 面） ， 因而受激发的光子 得到放大。砷化镓激光器的结构见图 1。 二、 激光的特点 激光器发出的光具有许多普通光不可比拟的特点。 44*新编电气工程师手册 图 砷化镓激光器的结构 （一） 高方向性 高方向性即高平行度， 指光束的发散角小。因此， 通常称激光为平行光。这样的光束照射出去， 在 ） 、 6 显示等部分组成。光敏元件将激光束转变成电信号， 并经放大、 整形后送入 567 进行处理和运算， 经 6 显示和打印。 设两激光束相隔 9 （含 27 ; 2酒敏元件作为敏感元件。在驾驶室内合上开关 ， 若司机没喝酒， 气敏元件 的阻值 很高， -3,地 （ ） ,5;3,地 （,）,屏蔽,* 逻辑地 屏蔽,；（3） 适应性、 灵活性强它不 仅能使用不同厂家的插件组成各种测试系统， 且可灵活方便地插放或更换插件， 适应不同的测量需要。 223/第五篇电气控制与测试篇 图 （） 和 ; （） 与功率放大器断开， 把来自前置放大器 （） 或 （） 的被测信号直接接入功放电路和触发发生器电路。其工作原理与传统的示波器没有两样。 智能化数字存储示波器保留模拟工作方式的原因有二 其一是充分利用仪器的硬、 软件的潜力； 其二是 在模拟方式下， 工作带宽不受 , . 2/* 时， 其模拟方式的工作频率可达 /*， 这样就弥补了工作带宽的不足。 必须指出， 数字存储示波器在模拟方式所显示的是实时波形， 较存储方式显示的波形具有更高的保真 度。 -存储工作方式在该方式下， 69 控制将被测信号接入 A*、 ; 和触发发生器， 将 ; 转换的数据 152新编电气工程师手册 图 智能化数字存储示波器原理框图 按一定方式存入信号 ， 它只能不失真地复现频率小于 47; 的信号， 故给出存储方式的 带宽为 管的最高工作频率的限制。 图 64 3 等价采样原理示意图 数字存储示波器的采样方式有两种 9A实时采样是最常用的采样方式。实时采样通常是等时间间隔的， 采样点的顺序也与存储和显示的 顺序相同。不但在技术上易于实现， 而且对频率在带宽内的信号具有理想的复现能力。由于时间上的顺序 性， 使采样一存储一显示软件变得更简单。 A等价采样 （B,-.CDEF0 GD.FH） 也称为等效采样， 其原理见图 64 3 。 由图可见， 把频率极高的周期信号分成若干段分别采样。采样时间间隔安排如下 图 64 3 97常态触发原理 ） 硬件配置I） 软件框图 第 9 段 D8D 第 段 8DJK 第 段 。在触发未形成前， 信号经 、 不断存入信号 中， 直到信号 存满为止。若信号 已满， 触发信号仍未形成， 则用最新的数据 LL69新编电气工程师手册 更新信号 中最早的数据。若触发已形成， 但信号 仍未满， 则 5 字节， 其地址为 /， 共 /, 个存储单元， 单元地址即为采样数据的序 号， 相应单元的内容是该序号数据的值。当第 / 号数据存入 / 单元 （已存满） 后， 若触发仍未形成， 则冲 掉第 号数据， 并所有数据前移一个单元， 最新的采样数据存入 / 上复现的两条信号 ,/第五篇电气控制与测试篇 波形保持原有的时间关系。 控制使开关 、 顺序 “读” 出数据的 “读” 命令。 2*第五篇电气控制与测试篇 （五） 显示方式 智能化数字存储示波器由于微机的强大的控制、 计算和存储能力， 可实现多种灵活的显示方式， 以适应 不同波形的观测。 存储显示是基本的显示方式。如前所述， 在一次触发形成和完成信号 的存储后， 将显示缓冲 存储器的数据顺序读出送到 第五篇电气控制与测试篇 数显示在 上。 图 位 -1 芯片取代 4 位 -1、 3 转换器将大量被使用， 以提高仪器的控制和计算能 力。但是， 带宽和价格始终是智能化数字存储示波器是否能取代模拟示波器的两个至关重要的问题。这两 个问题的突破性解决， 是主要研究方向之一。 图 *扫频外差式这种频谱仪是将被测信号经过一次或多次混频后。其差频分别经过中频放大， 然后检 波并送到 -./ 上显示出谱线。它具有许多优点， 目前常用的频谱仪都是基于这种原理工作的。 和 给 。尽管如此， 目前仍然是一种常用仪器。 （二） 低频频谱分析仪的原理 分析或测量频率较低的信号如声学、 振动和生物电信号等， 频谱仪必须解决的问题是选用窄带滤波器。 要使窄带滤波器获得较好的频率应响特性， 要求扫描频率必须很慢， 但这样难以得到清晰的显示。解决的方 法之一是用数据存储显示器。图 79 7/ 为典型的低频频谱分析仪原理框图。 图 79 7/典型的低频频谱分析仪原理框图 9;6 9-; 的低频被测信号在前置放大器中经过衰减和放大到一定的电平。在混频器中与 6 9-;的扫频信号混频， 9-; 图示仪描绘出相应的频谱图； 另一路送到数字处理部分进行数据处理。 数据处理器的作用是进行数据的采样、 .7 存储数据是低频频谱仪常用的方法。它能节省功耗， 市电断电时 能用电池长期保持存储的数据， 且能较容易实现扫描电压的上升和下降。 数据处理部分的框图见图 *。图中， 随机存储器 ;7 选用 转换器或接向 7， 低电平时为读 ;7； 01为高电 平时， 起动 ; 和允许缓冲器输出数据； 01为高电平时写 ;7。这三个脉冲的相位关系见 6。 代表被测信号各次谐波分量平均值的直流电压 /经 3 位 ; 转换为数字量。调谐斜坡发生器输出的 6 1。 图 , - ,;逻辑分析仪的组成框图 由图可见， 逻辑分析仪的结构与智能化数字存储示波器是极为相似的， 实际上， 它是一台数字化的多线 示波器， 由于它分析的是数字系统的逻辑电平关系， 所以也称为逻辑示波器。它的输入通道比较多， 例如 . 中， 设 5. 的容量为 （2, 单元） ， 可以记录所有输入通道在 2, 次采样中所得到的数据。存储结束后， 在控制电路的控制下， 5. 中的数据按顺序逐一读出， 在显示发生器中形成 、 、 * 三个轴向的模拟信号， 由 A5B 按设定的显示方式显示出被测量的信息。 第五篇电气控制与测试篇 二、 逻辑分析仪的功能 可同时存储和观测多通道信号由于能同时存储和观测多通道并行信号， 故它相当于多线数字化存 储示波器， 便于对数字系统正常运行的数据流的逻辑关系进行观测和分析。 触发功能逻辑分析仪有多种触发方式， 可由面板上的 “触发字选择” 来控制。在进行数字信号观测 时， 如何选择触发方式是至关重要的。 （） 组合触发逻辑分析仪具有 “字识别” 触发功能， 把输入的数据字与使用者预设定的 “触发字” 相比 较， 若符合便产生一次触发。 每一输入通道均可取 、 、 三种触发条件，“” 表示某通道为高电平时才产生触发；“” 表示为低电平时 才产生触发；“” 表示不受触发条件限制。这样， 在各通道电平同时满足预设定的 “触发字” 时， 才能产生触 发信号。 以图 为例， （ “” ） ， * （ “” ） 表示 与 * 通道组合触发条件为高电平； （ “” ） 表示触发条件为 低电平； （ “” ） 表示 通道信号不影响触发条件。这样， 和 * 信号出现高电平、 而 信号出现低电 平时便可产生触发信号， 即满足相 “与” 条件下产生触发信号。 在内存中保存有由触发点开始的各通道的状态值， 因此就很容易捕捉到数字系统数字总线或地址总线 上出现的特定的数据 （或地址） 时的有关信息。 （） 延迟触发通常每个通道的存储量为 , - 位， 存储容量有限。因此， 常采用由产生触发点开 始的数字延迟方法， 称为延迟触发， 见图 。图中， 和 为延迟时间， 可由面板键盘设定。图 . 为正 延迟 （即滞后触发） ， 图 / 为负延迟 （即超前触发） 。 图 组合触发方式 图 延迟触发方式 .） 正延迟/） 负延迟 被测系统的并行输入数据加到多通道探极， 在被测系统或仪器内部的时钟控制下存入 012 中， 触发未 形成时， 都不断存入， 因此可把触发前的状态保存起来。 利用延迟触发观测跳动性的偶然故障是比较有效的， 可看到跳动出现前后的有关波形， 便于分析产生故 障的原因。 （*） 限定触发逻辑分析仪可用内部时钟或外部时钟控制。当用内部时钟时， 利用限定逻辑 “与” 条件， 从外时钟中选出满足一定条件的时钟脉冲作为触发脉冲， 以达到有选择性地存储数据。例如， 限定触发探极 内有外时钟线、 3和 3三根引线。根据需要分别接于被测电路中， 其波形见图 。限定条件可选为 3 3 （与逻辑） ， 34 3（或逻辑） 。3 和 3均可设定为 、 ， 或 触发。图中， 3 设定为 “” ， 3为 “” ， 则， 3 3时的有效时钟脉冲为图中第 * 和第 5 个脉冲。 （）“毛刺” 触发该方式可在输入信号中捡出毛刺脉冲 （干扰脉冲） 。它利用滤波器从输入信号中取出 新编电气工程师手册 一定宽度的脉冲作为触发信号， 以利于寻找由于外界干扰而引起误动作的原因。 图 限定触发方式 显示功能与智能化数字存储示波器一样， 通过键盘选择可使存于 中的数据全部或一部分稳定 地显示于 * 上。 （,） 定时显示它是以逻辑电平与时间的关系将 中的内容显示于 * 上。显示的波形由于是经过 整形后的波形， 高电平表示 ,， 低电平表示 -， 而不是被测点信号的实际波形， 所以称为 “伪波形” 。这种方式 可以将 的全部内容按通道顺序显示出来， 也可以改变通道顺序显示， 便于分析和比较， 见图 。以 这种方式显示的称为逻辑定时分析仪 （或时间分析仪） 。这种显示方式类似于数字化多线示波器。仪器内部 设有时钟源， 其频率比被测系统的信号频率高得多， 所以在单位时间内可以显示更多的信息。主要用于测试 数字系统硬件时总线上数据流的时序关系和寻找毛刺干扰等。 （） 状态表式显示将 的内容以各种数制 （、 .、 ,- 和十六进制） 显示在 * 上。用数字表格形式显 示， 图 为二进制状态显示。 图 定时显示方式 以状态表式显示构成的分析仪称为逻辑状态分析仪， 显示各通道在每一个时钟脉冲作用下所处的状态。 仪器内部没有时钟源， 用被测系统的时钟来控制其记录速度。主要用于调试和检测软件。 现在的逻辑分析仪多数都同时具有上述两种显示功能， 用于调试数字系统特别方便。 （） 数据比较式显示仪器内有两组存储器， 一组存放被测数据， 另一组存放标准数据或正常操作时的 数据。当用状态表显示时， 两个存储器中的内容可以同时显示出来， 加以比较， 两者不同的数据以高亮度字 显示， 以利醒目， 便于找出故障的原因。 第五篇电气控制与测试篇 图 状态表式显示 三、 逻辑分析仪的工作过程 数据的采集逻辑分析仪与被测系统通过 “专用多路探极线” 连接在一起， 它是将若干个探极集中起 来， 其触针细小， 便于探测高密度集成电路。 被测系统的电平经比较器统一为高或低电平 （ 或 电平） ， 比较器的阈值由面板的键盘给定。对输入 数据的采样， 是通过时钟控制进行的。 （） 同步采样时钟脉冲来自被测系统 （即外时钟） ， 只有在外时钟脉冲存在时， 才存储输入的数据， 并用 字符 “” 和 “” 显示。 图 同步采样时被测脉冲的最小宽度 为了采集数据， 必须使输入数据在时钟脉冲的建立时间 和保持时间 内维持不变， 见图 。这一段 时间用于检测和存储一个逻辑状态。用 *, - 表示能测量的最小脉冲宽度， 这时最高时钟脉冲频率 为 ./ * （0） 异步采样在仪器内部的时钟脉冲控制下对被测系统的输入数据进行采样。内时钟的频率比被测 新编电气工程师手册 系统的时钟频率高得多， 因此， 在单位时间内采集的信息量增多， 提高了分辨率， 从而显示的数据更精确。 图 是同步采样与异步采样工作波形的比较。同步采样时， 由于时钟频率较低， 两时钟脉冲边沿 之间的干扰无法检测出来。用异步采样时， 由于时钟频率较高， 不仅能采集输入数据的逻辑状态， 而且还能 将通道 的小幅值干扰记录下来。当然若干扰脉冲极窄也难以检测。 数据存储通常用 存储数据， 若 数据已满， 但触发仍未形成， 按 “先进先出” 的规则， 自 动从头开始将原存人的数据清除， 再存入新数据， 直到触发形成为止。触发方式与存储和显示的数据有关。 （*） 始端显示方式是指在触发形成后， 再延长一段时间 才停止存人数据， 故可显示触发后的输人 数据。 （） 终端显示方式是指触发一