数字存储示波器与瞬态信号测量 (3)

数字存储示波器与瞬态信号测量 系别 精仪系 班号 制33 姓名 李加华 学号 2003010541 做实验日期 2005年04月06日 教师评定____________

1、 实验目的 （1）加深掌握波的传播方式及传播规律 （2）了解传输线中脉冲信号反射波及超声波的形成原理 （3）学习数字存储示波器和瞬态信号测量仪的使用

2、 实验原理及内容 一、用数字存储示波器观测连续或单脉冲信号 实验步骤： （1）测量前BNC线短路“超声探头”的“发射”和“接收”端以改善信号质量； （2）调节衰减器，控制好“射频”和“检波”输出脉冲幅度； （3）将“检波”端口与示波器用BNC线相连，调节示波器于捕捉状态。按动测试仪“单次触发”按键。产生单次信号，示波器捕捉到后测量信号的精细波形。 二、传输线中脉冲信号反射波的测量和应用 实验原理：

导线对电信号的效应可看作单位长度上连接的电阻、电感、电容和电导。 令,RejtvztVze ,RejtiztIze 利用电磁场理论和电路方程分析单元传输线后可得 222dVzVzdz 2

22

dIzIzdz

其中jRjlGjc 微分方程的解为： zzVzVzVzVeVe zzIzIeIe

容易证明 000000VVRjlRjlZRjxIIGjc Z0称为传输线的特性阻抗，R0、x0代表单位长度的电阻性负载和电感性负载。γ决定了信号的相速度和衰减速度，Z0决定了加上负载后传输线上信号波形的分布。

当0R，0G时，jjLC，00LZRjxC，为无损耗线； 当RGLC时，CjRjLL，00LZRjxC，为无失真线。 实验步骤： 用“检波”输出信号接到“输出端”，信号幅度用衰减器调至脉宽较小。“输出端”分别选择开路、短路和匹配电阻三种测试方式，分别测出“输入端”、“输出端”之间的信号波形和相对延时，计算实验仪中的电缆长度和衰减系数。 （1）输出端开路——输出端断开，记录“输入端”、“输出端”之间的信号波的电压峰值； （2）短路负载——输出端接短路接头，记录 “输出端”的信号波形和回波时间间隔； （3）匹配负载——输出端接匹配电阻，记录回波到达时间。 计算见后面实验数据及处理部分。 三、超声波测量实验 声波在介质中按波的传播规律传播。当声波经过介质交界面时，由偏振现象，其反射和折射波中会出现眼不同方向传播的横波、纵波以及表面波。用实验仪可以捕捉到发射波及其回波，从而间接得出波速及介质的尺寸量。 实验步骤： （1）直探头测纵波及超声波缺陷检测 将直探头紧贴在铁块表面，并使其正对着铁块背面的细孔缺陷。在示波器上测出出射纵波及其回波的时间间隔，记录； （2）斜探头测横波 将斜探头置于铁块弧形部分的圆心处，记录横波及其反射波的时间间隔； （2）可变探头测表面波 将可变探头置于铁块规则方形部分的光滑表面上，以水为耦合剂。调节可变探头超声波发生器的角度，在示波器上观察并测量横波及纵波波形，记录。出射波与介质表面角度由90º~0º的过程中，实验已将依次捕捉到纵波、横波和表面波的反射波。

3、 实验仪器 （1）数字存储示波器 （2）QW-1型瞬态信号测量实验仪

4、 实验数据及处理 一、用数字存储示波器观测连续或单脉冲信号

0.15/0.5VdivVdivV示 0.1250/25tdivnsdivns示

二、传输线中脉冲信号反射波的测量和应用 输出端开路 短路负载 匹配负载

波形示意 V

/mV 波形示意 2/ns 波形示意

由输入、输出端波

形测量1（ns）

max/UV /fkHz /rtns /ftns /wtns ,/IIIdB

/AB

连续脉冲 2.44 2.400 240.0 330.0 420.0 81 B 单脉冲 2.40 228.0 345.0 427.5 81 A 输入端 V1 220 输出端 620 输出端 292 V2 166 V3 124 600 输出端 V1’ 254

V2’ 194

620 V3’ 144

0.150/0.005VdivmVdivV示

80.1250/252.510tdivnsdivnss示 80.1100/10110tdivnsdivnss



示

（1）短路负载计算传输线长度 由理论得22/Lv信

其中72620600620/3613.36.13310nss，给定82.010m/sv信 782116.133102.010m/s=61.3m22Lvs

信

88211121.14162.5102.010m/s=4m222Lvtvs

示信信

得出61.34mL。 （2）匹配负载计算传输线长度 由理论得1/Lv信

其中712922.9210nss， 82.010m/sv信 7812.92102.010m/s=58.4mLvs

信

88121.14161102.010m/s=2.8mLvtvs

示信信

得出58.42.8mL。 （3）输出端开路计算衰减系数α 21/LnneVV，11ln2nnVLV

其中L选用误差较小的匹配负载方法计算出的58.4mL； 综合利用测出的数据，取13311'11124144lnlnln0.28524'4220254nnVVVVVV 3110.28522.4410258.4m



三、超声波测量（适当调整示波器分度值，估算不确定度） 直探头--纵波 斜探头—横波 可变探头--表面波 底波 /Hs 缺陷波 /qs R /s 1R /s 2R /s 探头位置或移动距离 L/mm 角度越 （度） 表面波位置或移动

/bs

19.20 4.60 18.80 22.80 41.60 64.0 68.0 46.0

70.15/0.5510tdivsdivss示 70.15/0.5510tdivsdivss示 60.110/1110tdivsdivss示

（1）直探头测纵波 纵波波速32260.10106260/19.20LHHmCmsns 222222

222lnln0.0260.1019.200.02604LLLHHLHHtCCCHmmHCHHmms















示

0.026046260/163/LCmsms 36.260.1610/LCms

缺陷深度36.26010/4.6014.422LqCmsshmm 222

22

222

2lnln0.026040.15594.60qLLqLqLqtChhhChCCs









示

314210/hms

（2）斜探头测横波

纵波波速3212260.1030.001023202/18.80SRRRRmRCmsns

222

2

220.0376230.118.80SRRSRtCRmmCRmmns









示

0.037623202/120/SCmsms 33.200.1210/SCms

（3）可变探头测表面波 纵波波速332264.0102.7810/46.0RbLmCmss