應(yīng)用于教學(xué)方案的USB 模塊化儀器的研究
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適合商業(yè)化的 USB 模塊化儀器
高校教師也強調(diào)產(chǎn)品的商業(yè)化價值。由于可擴展性和靈活性帶來的各種好處，PC基儀器的重要性為商界所公認(rèn)。它的可持續(xù)性成為行將就業(yè)大學(xué)生獲得工業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H經(jīng)驗的很好平臺。例如在替代能源和減少對化石燃料依賴這些人們關(guān)注的領(lǐng)域，許多研究實驗室正在尋找更高能效的引擎和使用替代能源的引擎。電動汽車就是這類研究成果的例子。在引擎和燃油技術(shù)開發(fā)中，引擎性能測試是非常重要的。有許多影響引擎性能的因素：基本引擎設(shè)計、燃油、潤滑、壓縮比、閥門定時、點火定時和溫度。其中最關(guān)鍵的因素是引擎功率控制、油耗和排放，這是相對消耗空氣量的攝入燃油量。它以空氣∕燃油比表示，也就是使用的空氣量除以燃燒的燃油量。通常較大的引擎由計算機控制的燃油噴射調(diào)節(jié)空氣∕燃油比，而較小引擎仍使用化油器控制空氣∕燃油比。精調(diào)引擎化油器需要仔細(xì)測量作為油門位置函數(shù)的扭矩、速度、溫度和油耗。安捷倫的USB數(shù)據(jù)采集（DAQ）模塊為引擎測試提供低價和靈活的解決方案。
為了在實驗室測試引擎性能，通常把引擎耦合到拉力計，這可以是引擎拉力計（直接接到引擎輸出軸）或底盤拉力計（接到驅(qū)動輪）。拉力計提供引擎負(fù)荷，能通過容易的控制測試寬范圍的扭矩和速度。這對于表征給定負(fù)荷下的馬達(dá)扭矩是非常重要的。常見的工業(yè)方法是測量作為輸入電壓函數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速。馬達(dá)帶動“分度盤”旋轉(zhuǎn)，并由反射型紅外發(fā)射器 － 探測器檢測。通過調(diào)整紅外傳感器位置得到與馬達(dá)速度相關(guān)的方波輸出。馬達(dá)的電壓和速度信號被讀入數(shù)據(jù)采集裝置。通過實踐這一采集技術(shù)，使授課內(nèi)容覆蓋各種類型的測量、信號和測量技術(shù)，實驗內(nèi)容也使學(xué)生獲得豐富的測量經(jīng)驗。這樣保證了測量理論和實驗經(jīng)驗，是所學(xué)知識和技術(shù)實際應(yīng)用的完美結(jié)合。帶 VEE 軟件的Agilent U2350系列USB數(shù)據(jù)采集單元就是很好的例子，它使人們把注意力集中到基本電路與測量系統(tǒng)的連接，而由熟悉的程序?qū)崿F(xiàn)自動化測量，通過容易的分析了解馬達(dá)最大額定值，加速和減速曲線及其它相關(guān)測量。U2350系列USB數(shù)據(jù)采集裝置提供每通道高達(dá)16bit 和500K的采樣率，使其成為測量，甚至產(chǎn)生預(yù)定義波形的理想解決方案。 VEE 軟件是功能強大的補充工具，它可以讀取整個跡線或波形，而不限于單個數(shù)據(jù)點，并能通過編程執(zhí)行實例分析。學(xué)生們可通過最少的學(xué)時，用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最新技術(shù)完成精確的測量。Agilent 已經(jīng)開發(fā)了為高校教師提供幫助的大學(xué)機械實驗室教學(xué)大綱，大綱強調(diào)商業(yè)實踐和為研究增加更多價值。
讓大學(xué)生了解工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程也很重要。典型產(chǎn)品生命期包括設(shè)計和表征，量產(chǎn)，升級，或被更新一代產(chǎn)品替代。無論處于產(chǎn)品生命期哪一階段，測試方法都保有如圖4所示的一致性。隨著半導(dǎo)體趨向于更小的集成芯片或具有更多功能和特性的 IC 封裝，儀器管理變得至關(guān)重要，更低的功耗和敏感的測試要求呼喚更緊湊和能力更強的測試儀器。例如在大學(xué)研究實驗室的硅納米線晶體管表征中，測量包括保持兩個電壓恒定，然后通過掃描第三個電壓得到性能特性集。這用于測試和驗證晶體管的不同配置和實現(xiàn)。選擇測試儀器時必須考慮功耗要求。由于硅納米線晶體管在低功耗區(qū)工作，Agilent U2722A是能夠滿足電流、電壓、測量分辨率和測量速度要求的理想解決方案。也必須注意U2722A的三通道輸出能有效地提供表征能力。帶有 AMM 的U2722A操作方便，Agilent 模塊化儀器推動著開放體系結(jié)構(gòu)，以及支持簡化測試自動化的VEE、MATLAB、LabVIEW 和Visual Studio。尤為重要的是通過 AMM 中的命令記錄器和代碼轉(zhuǎn)換器特性，能容易地記錄和轉(zhuǎn)換所使用VEE、VB、C++ 和C＃的代碼片段。
圖 4，參數(shù)測試方法 —— 強調(diào)儀器管理，選擇適合的設(shè)備，按被測器件確定要測試的參數(shù)，最后通過分析測試數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計驗證
圖 5，Agilent U2722A USB模塊化源∕測量單元測試納米線晶體管。這里示出器件的斷面
半導(dǎo)體行業(yè)包括各種可用器件，包括分立元件（MOSFET，二極管，晶體管），邏輯電路（FPGA），存儲器器件（EEPROM存儲器，微處理器，DRAM），電源控制器（PWM控制器，直流到直流變換器），信號處理器（ADC，DAC，電壓 - 頻率變換器），定時處理器（振蕩器，定時器，波形發(fā)生器）和信號調(diào)整器（放大器和比較器）。U2722A及其增強版 U2723A是適用于半導(dǎo)體參數(shù)測試的強大高價值工具，U2941A則是為高校教師提供故障分析補充的有效解決方案。測試夾具提供固定元件，從而便于進(jìn)行分析和驗證的模塊。它的參數(shù)測量管理器（PMM）軟件提供MOSFET、二極管、電阻器和 BJT 晶體管分析程序。這樣，大學(xué)本科生就能開始利用不多的設(shè)計資源優(yōu)化測試覆蓋，從而能在未來真正的工業(yè)領(lǐng)域縮短產(chǎn)品開發(fā)時間和使產(chǎn)品更快進(jìn)入市場。
結(jié)論
隨著 Agilent 符合靈活配置、快速設(shè)置、物美價廉要求的 USB 基模塊化儀器的推出，這些儀器迅速引起電子工業(yè)和高校師生的濃厚興趣，他們要在富有挑戰(zhàn)性的世界中通過具有附加價值的儀器贏得成本優(yōu)勢。USB 基模塊化儀器家族能按變化的測量需要進(jìn)行靈活的配置 —— 容易、快速、經(jīng)濟。它可配備基本教學(xué)實驗室和研究實驗室，承擔(dān)從一般性應(yīng)用到先進(jìn)和深入的材料分析和物理分析的各種項目。Agilent USB模塊化儀器家族包括示波器，函數(shù)發(fā)生器，數(shù)字萬用表 （DMM），源∕測量單元，開關(guān)矩陣和數(shù)據(jù)采集器，它們有便于攜帶的外形結(jié)構(gòu)，又有臺式精密儀器般的測量能力。在研究實驗室中，USB模塊化儀器可自動執(zhí)行各種表征。
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