仪器带宽对测量结果的影响-电路图讲解-电子技术方案

工程师们在调试的过程中，会经常发现，同一个信号用不同的设备测试，结果往往会有些差别。到底哪一个结果才是准确的？我们要科学的选用设备进行测试，不要被错误的结果“蒙骗”了。   不同的测试设备都有典型的应用场合和测量范围，之所以会出现测量结果不一致的情况，往往和测试设备本身的参数特性有关系，其中很关键的一个指标就是仪器的带宽。带宽不同的仪器，哪怕测试相同的信号，测试结果往往也都不同。   首先我们来看看仪器测量带宽是什么。仪器的测量带宽简单而言就是仪器能够测试的频率范围，我们将信号幅值衰减到-3dB的频率点称为带宽截止频率点，即在输入某一频率正弦波，测量到的幅度衰减为实际幅度的70.7%时，该频率点称为带宽，如下图所示。

 不同测量仪器，其带宽都不相同。原因有很多，有些是产品应用和测试对象决定的，比如某些测试应用，用不到很高的带宽，或者信号频率比较固定，测试也有对应的标准，如我们常见的电能质量分析仪，其主要针对电网信号做测量，而电网的信号频率就是50Hz/60Hz，因此专用的电能质量分析仪的带宽往往也在这个范围。又比如示波器，示波器的带宽往往非常大，市场上常用的带宽一般有200MHz、350MHz、500MHz，高频应用还会用到1GHz以上的带宽。因为示波器常用来捕获时间很快的信号，并且要求能完整的还原波形形状，所以带宽必须很高才能实现功能。  

 还有一些仪器是因为产品定位不同或者本身的技术瓶颈问题，带宽也各有差异。如功率分析仪、功率计、电参数表等。功率分析仪作为高端测量仪器，一般为高精度高带宽，带宽可以到2MHz甚至5MHz；功率计更多用于产品的检测和生产测试，所以带宽会相对低一些，一般在100KHz~500KHz；而电参数表多数用于低端应用产品，带宽一般不超过50KHz。     

 带宽的不同对测试结果而言到底有什么样的影响呢？下面我们看一个实际测试案例，在某LED测试现场，用两台带宽不同的功率计测试LED驱动的输入（市电工频50Hz）电参数，包括电压、电流、功率、功率因数等，测试结果如下图所示：     

 从图中可以看到，两台设备测试的电压、有功功率基本一致，但是功率因素确相差很大。而功率因数的计算跟无功功率有非常密切的关系，因此可以判断两台设备测试的无功功率肯定有相差。两台设备的标称的基本精度都一样，但带宽却相差很大。致远电子的PA310带宽为300KHz，而另一台设备的带宽只有5KHz，LED驱动模块的工作原理为开关输出，因此必然会有高频的信号引入，带宽低的设备测试不到高频信号，因此测试结果也就与带宽高的设备相差甚远。   为了验证测试结果确实是带宽引起的，我们对PA310进行了线路滤波器的设置，打开了一个5.5KHz的线路滤波器，而后对比两台测试的功率因素，结果两台设备的功率因素确实一致，这也就证明了带宽确实是影响测试结果的重要因素。   

 看到这里，有人会问，带宽是否越高越好，其实带宽也并不是越高越好，因为带宽越高，引入的高频信号也就越多，很多高频信号对测试结果会造成负面影响，这也不是我们所希望的。但是仪器的测试带宽一定要能满足被测设备的频率范围，否则测试不到真实信号，掩耳盗铃，最终也是错误的结论。                                        

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在工业自动化控制中，我们经常会遇到开关量，数字量，模拟量，脉冲量等各种概念，对于这些概念应该如何理解、我们又是如何采集他们呢？   1.1概述1.1.1数字量 很多人会将数字量与开关量混淆，也将其与模拟量混淆。数字量在时间和数量上都是离散的物理量，其表示的信号则为数字信号。数字量是由0和1组成的信号，经过编码形成有规律的信号，量化后的模拟量就是数字量。   图1 数字信号   1.1.2模拟量 模拟量的概念与数字量相对应，但是经过量化之后又可以转化为数字量。模拟量是在时间和数量上都是连续的物理量，其表示的信号则为模拟信号。模拟量在连续的变化过程中任何一个取值都是一个具体有意义的物理量，如温度，电压，电流等。   图2 模拟信号   1.1.3开关量 一般指的是触点的“开”与“关”的状态，一般在计算机设备中也会用“0”或“1”来表示开关量的状态。开关量分为有源开关量信号和无源开关量信号，有源开关量信号指的是“开”与“关”的状态是带电源的信号，专业叫法为跃阶信号，可以理解为脉冲量，一般的都有220VAC, 110VAC,24VDC,12VDC等信号，无源开关量信号指的是“开”和“关”的状态时不带电源的信号，一般又称之为干接点。电阻测试法为电阻0或无穷大。   图3 开关量                                          

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