功率检测

功率检测（共8篇）

功率检测 篇1

1 引言

高频电刀作为一种有效的手术工具应用于临床已有近90年的历史,与传统手术刀相比,具有切割快、可显著缩短手术时间、减少患者失血量、降低手术并发症发生概率等优点,在外科手术中的应用越来越广泛。

高频电刀是利用高密度的高频电流在机体组织处产生的热效应来达到切割和凝血的手术效果,因此,作为一种直接作用于患者身体的大功率电气设备,其安全性得到医务工作者和设备主管部门的高度重视。在医务人员严格遵守高频电刀操作规程的前提下,设备主管部门如何做好高频电刀本身的检测和维护,确保其安全性能合乎国家有关标准,为患者和使用者提供有效的安全保障,正成为医院临床医学工程人员努力的一个目标。

输出功率作为高频电刀的重要技术参数之一,在手术中选择合适的功率关乎手术的成败及患者的愈后效果,使用中不可盲目增大电刀的输出功率,以刚好保证手术效果为限。高频电刀用于手术中的任何危险均随功率的增大而增加,因此,保证高频电刀的输出功率准确,其重要性不言而喻。

参照卫生部医院管理研究所和美国Vermont大学提供的《医疗仪器设备临床应用风险评估》一书中高频电刀的检测项目和方法,利用美国Fluke公司的电外科分析仪454A对我院麻醉手术室所有高频电刀的输出功率进行检测,并在其中选择了4台高频电刀进行了有关负载阻抗曲线方面的测试。

2 高频电刀的使用概况

我院麻醉手术室目前在用高频电刀主要有以下3个品牌:威利、康美和沪通。此次输出功率检测32台,型号及已使用年限如表1所示。

3 输出功率检测方法

检测仪器:Fluke电外科学设备性能分析仪454A,测试电缆3组,电源线1套。

在开始大批量的检测之前,最好做好全部的准备工作,如提前查好资料,做好测量表格,计算好各个测量点的设置值等。测试不同品牌的高频电刀输出功率之前,需查阅厂家提供的技术资料,在厂家规定的负载阻抗下检测输出功率。品牌不同,检测时选择的负载阻抗也不同,甚至同一品牌型号的电刀在不同的使用模式下需选择的负载阻抗也不同。选择正确的负载阻抗是进行下一步高频电刀输出功率检测的基础。

本次输出功率检测,每个使用模式选择了5个测量点,分别是额定功率(即100%)、75%、50%、25%、10%。如表2所示。

由于检测过程中经常需要连接插线且在多个功率点下测量,因此测试者自身的安全必须考虑。在这里建议由2人进行测量,1人负责测量操作,1人负责记录数据,在检测过程中2人互相关注对方的操作情况,以此避免误操作给检测者自身造成人身安全事故。

3.1 单极输出功率精度测量方法

(1)插上电刀用的手控手术线,另一端(刀头)接上454A的短路电缆的一端,短路电缆另一端插入454A的手术电极输入(Active)接口上。

(2)用454A配套的专用电刀回路板电缆,一端插入电刀中性电极插口,另一端插入454A的电刀回路板输入(Dispersive)端口,如图1所示。

(3)既可以用手控手术电极控制输出,也可以用脚踏开关控制输出,测量的过程中,2种控制输出方式的功率值可对比和替换进行,确认手控和脚控输出都可以正常使用。

3.2 双极输出功率精度测量方法

(1)选用454A配套的2根不同颜色的专用测试电缆,分别将其一端插入电刀双极输出口,另一端分别插入454A手术电极输入(Active)和电刀回路板输入(Dispersive)接口上。

(2)在双极输出功率测量模式下只能用脚踏开关控制方式输出,如图2所示。

4 高频功率负载曲线

在正常人体阻抗范围(如单极100~2 000Ω,双极25~100Ω)和正常手术所需功率范围(如一般手术100 W以下,汽化及截肢手术200 W以下)内,平均输出功率不随阻抗变化或变化较小(≤20%)称为恒功率电刀。恒功率电刀可保证高低阻抗下切割效果均比较好,如沪通GD350-T、P4、B4、D等。

进口、国产高频电刀的说明书均应提供不同工作模式时全功率、半功率的负载曲线。在下面高频电刀负载功率曲线测试中选择了沪通GD350-D这一款恒功率电刀。结合厂家提供的技术资料,选择全功率(额定功率)和半功率(额定功率的50%)处输出功率进行检测。按照上文中提供的接线方法,先后启动454A及高频电刀,设置好输出功率,通过454A的负载阻抗选择按钮改变负载进行测量。由于454A负载阻抗可变范围为50~1 550Ω,参照厂家的资料,选择负载阻抗为100、200、500、1 000、1 550Ω这5个检测点进行检测,测试结果如图3、图4所示。

在上述2幅功率负载曲线图中,虚线带◇符号标记的曲线为厂家技术资料所提供,曲线为实线的是454A测量结果。从检测结果可以看出,该款沪通高频电刀在切割和凝血模式下输出功率曲线和厂家提供的曲线吻合度非常高,表明其基本状况优良。除此之外,在全功率处有部分测量数据和厂家参数之家有较大的差异,这是由于在全功率处进行测量时频率极高的高频电流流经长度相对较长的手控手术线时易受到环境中各种干扰所致。该现象在设置值为额定功率的50%处测量结果有较大改善。

目前高频电刀的手术发展趋势是功率满足应用即可,极少使用超大功率的输出进行手术,以避免产生危险。从这一点来看,该款电刀在输出功率较小的半额定功率处检测结果令人满意。

5 检测结果

结合GB9706.4—1999第二部分:高频手术设备安全专用要求和各个厂家的技术参数及产品说明书,综合考虑将高频电刀的输出功率合格标准定为:误差在设置值的±20%以内。

在此次受检的32台高频电刀中,其中有1台输出功率误差值超过了20%,检测合格率为96.9%。另有6台输出功率在设定的测量点处实测值与设置值误差超过15%,需引起关注。误差超过20%的这台电刀暂停使用,通知厂家前来调校;通过查阅该台电刀的固定资产卡片资料得知,该台电刀已使用超过9年。

从检测结果来看,我院高频电刀基本情况良好;输出功率的误差均发生在大功率点处;与使用年限有密切关系。

6 讨论

6.1 检测环境

(1)输出功率测量环境,厂家和国家主管部门要求对高频电刀的相关检测是在专门的实验室进行的,对测量环境有明确要求:环境温度为15~35℃;相对湿度≤80%;大气压力为86~106 k Pa;电源的电压为(220±22)V,频率为(50±1)Hz;无机械振动及电磁干扰。

(2)此次测量环境为普通的麻醉手术室的房间,严格来说没有达到国标中测试环境的要求;但从另一方面来说,测得的数据和实际使用环境时应该更加接近,具有更好的指导意义。

6.2 检测范围

此次检测属于质量控制范围,相当于对我院现有在用的高频电刀进行一次体检,确保其作为一种手术手段的可靠性和有效性。目前在国外类似的工作早已广泛开展,国内各个机构和医院也日益重视医疗设备(如高频电刀)的安全和临床应用风险,已逐步开展相关检测工作。在高频电刀从验收、使用、维修到报废的整个使用周期中,都应注重性能检测和应用风险评估。在确保患者和医护人员的安全的前提下,做好质量控制和质量保证,充分发挥各类医疗设备优点和作用。

摘要：目的:检测高频电刀输出功率,用于建立、健全该设备质量控制方案。方法:运用福禄克电外科分析仪(454A)分别检测高频电刀的单极和双极的输出功率,并绘制功率负载曲线。结果:32台受检高频电刀输出功率合格率为96.9%;输出功率的误差均发生在大功率点处且与设备本身使用年限有密切关系。结论:检测结果可以作为高频电刀验收、质控过程中的参考数据,也可以作为使用及维修过程中校准输出功率的参照值。

关键词：高频电刀,输出功率,检测方法,功率负载曲线

参考文献

[1]刘新颖.高频电刀临床使用的安全措施[J].医疗卫生装备,2005,26(6):44.

[2]张红远,张祖进,李辉,等.浅谈高频电刀原理及其安全防护[J].医疗卫生装备,2009,30(1):105-106.

[3]GB9706.4—1992高频手术设备专用安全要求[S].

[4]李新,潘蓓蕾.高频电刀输出功率的测量不确定度评定[J].现代测量与实验室管理,2008(5):17-18.

[5]陈广飞,周丹.高频电刀分析仪校准方法研究[J].医疗卫生装备,2009,30(8):9-10,19.

功率检测 篇2

1、下课后王老师关闭微机房的总电闸时，发现图1所示的电能表转盘在缓慢的转动，他利用手表估测了一下，2min内转动了5R，2min内那么消耗了J的电能。经检查发现，原来机房内还有20台型号相同的电脑显示器处于待机状态。则一台电脑显示器的待机功率约为W。

2、我国照明电路的电压为V，家用电器之间是的（选填“串联”或“并联”），家庭消耗的电能是用表来测量的。

3、如图2所示，已知电源电压保持4.5V不变，电压表的量程为0~3V，滑动变阻器R的最大阻值是20Ω，小灯泡L标有“2.5V1.25W”的字样。闭合开关后，当小灯泡正常发光时，它的阻值为Ω，滑动变阻器接入电路的阻值为Ω。若小灯泡的电阻不变，在此电路中小灯泡工作时的最小功率为W。



4、家用电热驱蚊器中的发热元件是由一种半导体材料制成的电阻器，其电阻R随温度的变化关系如图3所示。通电后，电阻器发热、温度上升，使药片散发出驱蚊药味。当电阻器产生的热量与向外散发的热量平衡时电阻器的温度达到一个稳定值并保持这个稳定的温度工作。由图可以判断，通电后该电阻器的功率变化情况是，稳定时的温度可能在区间内。（选填“t1”、“t1～t2”或“t2～t3”）

5、 太阳能在现代社会中被广泛应用，各种直接利用太阳能的装置也应运而生。太阳能热水器是把太阳能转化为能的装罟；太阳能电池是把太阳能转化为能的装置。

6、某品牌电热饮水机加热功率、保温功率分别为950W、 40W，如果饮水机一天（按24h计算）有2h处于加热状态，其余时间处于保温状态，则这台饮水机一天共耗电kW·h。

7、热机的发明和普遍使用，在为人们服务的同时，造成的环境污染也相当严重。热机的使用产生的主要是污染。与热机相比，电动机的优点是：；（写2条）。某电动机标有“220V 10A”的字样，线圈电阻为3Ω，则正常工作时电功率为W；热功率为W；效率为。

8、如图4所示的电路中，R1=10Ω、R2=20Ω，电键S闭合后，电压表示数为６V，则○Ａ１的示数是Ａ，○Ａ2的示数是Ａ。若经过５min，R1消耗的电能J；R2的电功率是。

9、手机已经越来越成为人们日常生活中必须的通讯工具。某品牌手机的充电电池上标有“电压：3.6V；容量：720mA·h；充电限制电压：4.2V”三个技术参数，由此可知该手机的工作电压V，此充电电池所能储存的电能为J。

10、由于白炽灯除了发光还产生热量，所以逐渐被称之为“冷光源”的各种节能灯代替。白炽灯的功率越大，亮度越大，产生的热量是否也越多呢？为此，小明设计了一个实验方案：使25W白炽灯正常发光，把温度计放在灯泡附近任一位置，观察温度计示数的变化；换上100W白炽灯重复上述步骤。若100W白炽灯使温度计的温度升得高，则产生的热量多。同学们对小明的方案进行了讨论，认为：

（1）在灯泡附近的范围内，灯泡产生的热量越多，空气温度，利用温度计测温度变化的方案是可行的；

（2）方案还应注意两个问题：

一是，二是。

二、选择题

11、为了避免触电事故，下列电器安装不符合国家规定的技术要求的是（ ）



A.a。B.b。C.c。D.d。

12、标有“220V40W”和“220V60W”的两只灯泡L1 、L2 串联在电路中时，两灯均发光，实际消耗的功率分别为P1和P2，则（ ）

A.P1>P2。 B.P1=P2。

C.P1

13、太阳是人类的“能源之母”。下列地球上的能源中，来自于太阳的是

A．地热能。B．煤、石油、天然气。

C.潮汐能。D．核能。

14、能源、信息和材料是现代社会发展的三大支柱．关于能源、信息和材料，下列说法正确的是（ ）

A．核能是可再生能源。

B．光电池和VCD光碟都应用了磁性材料。

C．光导纤维是利用超声波来传递信息的。

D．电视广播、移动通信是利用微波传递信号的。

15、有两个额定电压相同的小灯泡，串联起来接到电源上，亮度不同。在判断哪个灯泡的额定功率比较大时，要做以下分析： 

①从关系式P=I2R可以知道； ②较亮灯泡的电阻较大； ③在相同电压下工作时，灯泡的电功率和它的电阻成反比； ④从关系式P=U2/R可以知道； ⑤串联时流过两个灯泡的电流相同； ⑥所以，串联时那个较暗灯泡的额定功率大 请你将最合理的排序选出来：( )

A.②①③④⑤⑥。B.⑥②①③④⑤。

C.①③④②⑥⑤。D.⑤①②④③⑥。

16、随着生活水平的提高，家用电器日益增多。某户进行电路旧线改造后,将保险丝的规格由 5A换成了8A，则该线路允许同时接入用电器的功率比原来增加了 ( )

A.1100W。 B.1760W。

C.660W。 D.2860W。

17、2007年5月23日，重庆市开县义和镇兴业村小学校舍遭遇雷电的袭击，7名小学生因雷击死亡，44名学生受伤。关于雷电的说法，正确的是（ ）

A．雷电可以把电能转化为内能和机械能。

B．雷电会产生强烈的电磁波，但不会影响电器的正常工作。

C．雷电电流、电压都很小，持续时间也很短。

D．在野外，雷雨发生时，要到大树下躲雨。

18、人类对核能的开发和利用不断取得新的进展，根据目前的科研水平,你认为下列关于原子弹和核电站的说法正确的是（ ）

A．原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变。

B．原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变。

C．原子弹对聚变的链式反应不加控制。

D．核电站控制裂变的链式反应速度。

19、有一串小彩灯，每盏小彩灯的规格为“4V0.2A”。下列表述中不正确的是（ ）

A.若要使小彩灯在家庭电路中正常工作，应把55盏小彩灯串联起来使用。

B.每盏小彩灯正常工作时的电阻是20Ω。

C.每盏小彩灯的额定功率是0.8W。

D.小彩灯不工作电阻为零。

20、妮妮新家中有150W的电视机一台，300W的洗衣机一台，100W的电冰箱一台，2200W的柜式空调机一台，250W的电脑一台，800W的电饭锅一只，40W的照明灯8盏，则安装电能表时，应选用以下哪一种电能表最合适（ ）

A.220V5A。 B.220V15A。

C.220V20A。 D.220V30A。

三、作图或简答题

21、小明要研究小灯泡的亮度与流过小灯泡电流的关系，他已连接的部分电路如图5所示，请你用画线代表导线，将电路连接完整，并在方框内画出对应的电路图。

22、小明家电热毯的电阻线断了，他爸爸将电阻线接上后继续使用，在使用中发现接头处被烧焦了，请你用学过的物理知识解释烧焦的原因。

23、国家为解决“三农”问题，大规模进行了农村电网改造，使得农民家中的灯泡变亮了，村里的电机正常工作了，农业生产力水平提高了。这项改造的内容之一就是把原来较细的电线换成较粗的电线。请你分析农民家中一灯泡变亮的原因。（要求有分析过程）

四、计算题

24、我国研究生产了了种电子高效节能灯，一只11W的这种灯照亮度相当于60W的白炽灯，如果把国内7000万只60W的白炽灯都换成这种灯，按每灯每天使用1h计算，1a可节约电多少kW·h？

25、暑假里的一天，李红去商店购买电热水壶,售货员给他了一份推销××牌电热水壶的宣传广告，其内容如下： 



请你根据上面提供的信息，计算：

（1）电热水壶正常工作时的电阻是多少？

（2）电热水壶正常工作3min消耗多少电能？

（3）请你估计本地夏季自然界中水的温度为℃，根据估计值，若将一壶水烧开需要吸收多少热量？［c水=4.2×103J/(kg·℃)，气压为1标准大气压］

（4）根据上述计算结果，请你对上述宣传广告中“电热水壶的优点”有关内容作出评价。并给消费者提一条有益的建议。

26、小华组装了一台直流电动机模型，她将电动机模型接入如图6a所示的电路中，已知电源电压U=3V，并保持不变，线圈电阻R=1.5Ω，接通电路后，电动机正常转动，电流表读数I=0．8A，已知电动机正常工作时的能量转化关系如图6b所示，摩擦不计，求：

（1）电动机正常转动1min消耗的电能W和线圈产生的热量Q。

（2）电动机输出的机械功率P。

（3）电动机能量转换效率η。



27、两电阻a、 b各自的电流与两端电压的关系图线如图7甲所示，

（1）电阻a的阻值多大？

（2）如果把a、b两个电阻串联接成如图7乙所示的电路时，电流表的示数为0.2A。求：①电阻b的电功率。②电阻a、b在lmin内消耗的电能之和。



五、探究题

28、在用电流表、电压表测小灯泡功率的实验时，灯泡上标有“3.4V”字样。小红设计了实验电路图，如图8甲所示，并连接了部分实验电路，如图8乙所示。



（1）请帮助小红完成实验电路的连接。

（2）连接完实验电路后，小红闭合开关，发现灯泡不亮、电流表无示数、电压表有示数且接近于电源电压，请帮助小红分析电路出现故障的原因：。

（3）排除故障后，小红调节滑动变阻器，使灯泡正常发光，此时电流表的示数如图8丙所示，读数为A，则小灯泡的额定功率为W。

（4）假若电压表15V量程损坏，3V量程能正常使用，电源电压为6V且稳定不变，仍利用现有的器材完成实验，你认为如何操作。

29、如图9是研究焦耳定律的实验装置。两个相同的烧瓶都装满带颜色的煤油。将阻值大小不同的两根电阻丝分别放入两个烧瓶的煤油中，左边烧瓶中电阻丝的阻值大于右边烧瓶中电阻丝的阻值。当电流通过电阻丝时，放出热量，通过观察插在两个烧瓶里的玻璃管内煤油面的高低（未加热前油面等高），可以大致判断电阻丝放出热量的多少。

（1）通电一段时间，两玻璃管中的液面如图9所示，由此可知在和都相同的情况下，越大，电阻丝放出的热量就越多。



（2）向左移动滑动变阻器的滑片P后，保持与实验（1）相同的通电时间，结果发现两根玻璃管中的油面上升的高度均分别比实验（1）中上升了很多，说明在和都相同的情况下，越大，电阻丝放出的热量就越。

30、某班同学到实验室做“测定小灯泡额定功率”的实验。被测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω。实验室有如下器材：

电源（电压为6V）、电流表（0~0.6A0~3A）、电压表（0~3V0~15V）、开关各一只，导线若干，滑动变阻器3只：R1（5Ω 0.5A）、R2（10Ω 0.5A）、R3（500Ω 1A）。同学们设计的电路如图10所示：

（1）电压表应选用挡，滑动变阻器应选用（选填“R1”、“R2”、“R3”）；

（2）实验电路接好后，合上开关时，有同学发现电路主要出现下表所列的两种情况。请根据现象和检测结果指出故障的可能原因：

故障现象检测故障原因

灯泡较暗、两表的示数均较小移动滑动变阻器滑片，现象不变

灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数取下灯泡，两表的示数不变

（3）下表为某小组的实验记录分析表：实验序号电压表示数U/V电流表示数I/A功率P/W额定功率P额/W

13.00.361.0823.80.41.5234.50.421.89P额=1.08+1.52+1.893=1.50

老师认为该小组数据处理过程有误，你认为正确测量结果P额=______W。

发动机功率检测结果的浅析 篇3

针对发动机技术状况进行检测时,发动机功率、油耗及磨损情况是必须要检测的参数。原因很简单,发动机功率和油耗直接反映了车辆的动力性和经济性,而发动机的运动部件的磨损除了会对功率和油耗产生影响,还会直接影响汽车的机油消耗、尾气排放等。因此,发动机功率是诊断发动机技术状况的综合性指标。发动机单位时间内所做的功叫做这发动机的功率。它又被分为指示功率和有效功率(输出功率)两种评价指标,这两者的差值就是机械损失功率。实际的检测过程主要是针对有效功率进行的。

2 发动机功率检测方法

一般情况下可通过有负荷测功和无负荷测功两种方法来实现汽车发动机的有效功率的检测。发动机的有效功率是指汽车发动机飞轮输出的功率。是发动机在扣除本身机械摩损同时带动其他辅机的外部损耗后,向外有效输出的功率,是发动机在某一转速发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比,是汽车发动机工况检测的重要参数指标。通过测量发动机的输出转矩及转速,便可以计算出发动机功率。其计算公式为:P=n*Te/9550(式中P:有效功率KW;n:转速rpm;Te:转矩N.m)

2.1 有负荷测功

有负荷测功也叫有外载测功,此种方法要对发动机施加外部负荷,是一种在试验台上通过测功器测试功率的稳态测功方法。常用的测功器有电力测功器、水力测功器和电涡测功器等,它们都是在发动机节气门开度一定,转速一定及其他参数均保持一定的稳定状态下进行的测功。通过测功器测出发动机的转速n和转矩Te,运用上面的公式即可计算出发动机功率Pe。

做有负荷测功时,通常不会把发动机从汽车上拆卸下来,再安装到发动机台架上去进行检测。因为这样会费时费力,增加人力物力成本,很不方便。较常用的方法是采用底盘测功机来检测汽车的发动机功率。底盘测功的目的,有时是为了获得驱动轮上的驱动力或输出功率,以便评价汽车的动力性;有时则是用获得的驱动轮上的输出功率与发动机飞轮输出功率比对,并计算出传动系的功率,以便判断汽车传动系的技术状况。底盘测功是在滚筒式试验台上进行的。滚筒式试验台是以滚筒表面代替正常道路表面状况,试验时候通过加载装置给滚筒施加负荷,模拟正常行驶时的路面阻力,是车辆的行驶最大限度的接近实际的行驶工况。汽车的动力性、经济性、制动性、滑行距离及车速表指示误差等,均可以在滚筒式试验台上进行检测。

根据底盘测功机检测的驱动轮输出功率与发动机飞轮输出功率,通过公式ηk=Pk/Pe(式中:ηk传动系的效率;Pk驱动轮输出功率KW;Pe飞轮输出功率KW)计算出传动系的效率。并与汽车的机械传动效率正常值比较,评价出该车发动机的技术状况。举例说明,轿车的传动效率ηk的正常值为0.90~0.92之间,当被检测轿车的传动效率低于这个区间值的时候,说明消耗于传动系中的离合器、变速器、转向装置等部件的能量和功率较多。提高车辆传动效率的办法则是正确调整和合理使用和润滑传动系各个部件。随着汽车使用的年限和行驶里程的增加,车辆磨损也会逐步加大,摩擦损失的能耗也逐渐增高,从而降低车的传动效率。因此,传动效率可以为汽车底盘技术状况的评定提供重要依据。

2.2 无负荷测功

无负荷测功是指发动机在节气门开度和转速变化的情况下测量发动机功率的一种测功方法,又称动态测功。此方法测功无需对发动机施加外部负荷,故而又称为无外载测功。检测时让发动机低速运转,突然全开节气门或者使油门齿杆位置为最大,发动机将克服惯性和内部各种阻力加速运转,其加速性能直接反映最大功率。这种方法不加负荷,不需要大型的测功设备,既可在实验台上进行,也可就车进行,因而提高了检测方便性和检测速度,为在用汽车提供了方便检测途径。

无负荷测功结果可根据国家相关标准,如GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》及GB/T 3799《汽车发动机大修竣工技术条件》等有关规定,对其检测结果进行分析判断。要求在用汽车发动机功率不得低于额定功率的75%;大修之后的发动机功率不得低于额定功率的90%。我们可以这样理解,只要测出发动机在指定转速范围内急加速时的平均加速度,即可得知发动机的动力性能。或者说通过测量某一定转速时的瞬时加速度,就可以确定出发动机的功率大小。瞬时加速度愈大,则发动机功率愈大。此外还应根据检测结果对发动机技术状况作出进一步的判断。当发动机功率偏低,因燃料供给或点火系统的技术状况调整不佳所致,则应对油、电路系统进行检测调整。若调整后仍然较低,则应检测气缸压力和进气管真空度,判断是否是机械部分的故障。如对个别气缸的技术状况有怀疑,可对其断火后再测功,从功率下降的大小来诊断该缸的工作情况。

正常工作的发动机,在某一转速下稳定地空转时,发动机的指示功率与摩擦功率是平衡的。此时,若取消任一气缸的工作,发动机转速就会有相同的下降值。当发动机在800r/min下稳定工作时,使某一缸断火,导致发动机转速平均下降值最高和最低转速下降之差不大于平均值的30%。例如,四缸发动机转速正常平均下降值为150r/min,当低于该值时,说明断火的气缸工作不良。转速下降值越小,则单杠功率越小。当下降值为零时,单杠功率也为零,此缸就不工作了。发动机单杠功率偏低的原因基本是缸高压分火线或火花塞技术状况不佳导致,也有可能是气缸密闭不良,机油混入气缸造成。特别指出,发动机功率和海拔高度之间存在密切关系。无负荷测功的检测结果是正常大气压下的发动机功率,如果海拔高度有变化则要乘以校正系数,校正到标准大气压下的发动机功率。

结束语

使用以上方法对汽车进行检测,继而判断汽车的使用情况和当下的技术状况,用定量的分析依据。为检测提高准确性和便捷性。这两种测功方式各有其特点和优点及不足,一般情况下有负荷测功(稳态测功)的结果比较准确可靠,比无负荷测功(动态测功)的精确度高。而无负荷测功的检测对场地和设备的要求也不高,整个检测过程更便捷,效率更高。

摘要：发动机功率是诊断发动机技术状况的综合性指标。针对发动机技术状况进行检测时,发动机功率、油耗及磨损情况是必须要检测的参数。本文简单探讨了有负荷测功和无负荷测功的检测特点和各自的在实际检测运用上优点和不足。

功率检测 篇4

1 几种直流电流测量电路

1.1 电阻检测

如图1所示, 在理想状态下, 待测电流I流过检测电阻R时, 有

当电阻一定时, 电压U的变化可反映电流I的变化。可通过测量电阻两端的电压计算出流经电阻的电流。需说明的是, 检测电阻的引入会导致增加额外的功耗。而文中希望由其引起的功耗尽可能小, 电阻的功耗为

为尽量减小功耗, 在保证测量精度的情况下, 应尽量减小电阻R的值。

此外, 为减小检测电阻的寄生效应, 在电阻选择时应注意选择寄生电感小的电阻。PCB设计时, 应尽量缩短导带的距离;导带走线时应该尽量宽和直, 可用地线包围导带[2]。由欧姆定率可知, 在电阻阻值一定时, 电压U正比于电流I, 选择合适的检测电阻十分重要。

在选择电阻时, 应使电阻阻值尽量小, 寄生电感小、温度系数低, 要有足够的功率容量和温度余量[2]。检测电阻的实现方式众多, 可采用现有的成品电阻或PCB铺铜所形成的电阻等。不同的检测方式, 电路的设计也不同, 由于检测电阻直接引入了损耗, 限制了其应用。从目前的应用情况来看, 电阻检测主要应用在中、小功率场合。

1.2 霍尔传感器检测

霍尔效应是电磁效应的一种, 当电流垂直于外磁场通过导体时, 在导体垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差, 这一现象就是霍尔效应[6], 这个电势差也被称为霍尔电势差。

霍尔电势差和磁场的关系如下

式中, UH是霍尔电势差;B是磁场强度;I是传感器中流过的电流;n是单位体积内的载流子数量;q是单个载流子所带的电荷量;d是极板厚度。所以, 若能测出因霍尔电势差, 就能算出对应的磁场强度。

通电导体周围会产生磁场, 直流电流会产生稳恒磁场[6], 无限长直导线的电流和磁场的关系为

其中, B为产生的磁场强度;U0为真空中的磁导率;I为导线中流过的电流;r为到导线的轴线的距离。由式 (3) 可知, 距离一定时, 磁场强度与电流成正比, 所以若能测出导体产生的磁场强度, 即可算出通过导体的电流。由于日常生活中电磁干扰源较多[7], 若待测电流过小, 就会导致信噪比过小, 甚至噪声会超过信号本身。所以, 目前这种方案用于中小功率电路仍较为困难。

1.3 MOSFET检测

随着集成电路制造技术的快速发展, MOSFET的制造工艺越来越高, 将其作为电流检测的手段也得到了广泛应用。MOSFET在饱和导通时具有电阻特性。当VGS大于开启电压RON时, MOSFET导通, 漏极源极电阻RDS为恒定值, 且较小[4]。已知MOSFET的等效电阻RDS, 可通过检测MOSFET漏源之间的电压来检测开关电流, 典型的MOSFET电流检测电路如图2所示。

这种技术理论并未引入任何额外的功率损耗, 不会影响芯片的效率, 因而具有一定的实用性。但该技术存在检测精度过低的缺点: (1) MOSFET的RDS本身就是非线性的。 (2) MOSFET的RDS具有较大的正温度系数[2]。同时, 导通电阻的大小与驱动电压密切相关, 由于分立器件的离散性, 最终获得的信号电压将存在较大误差。为克服这些因素的影响, 电路设计将变得复杂, 这限制了单个MOSFET作为电流检测器件的应用。

2 综合比较

综合以上3种方案, 对于本文所述的中功率感性负载直流电流测量而言, 一般常用的直流电机电流在安培级别, 磁检测对于安培量级的电流检测, 容易受到其他因素的干扰, 误差相对较大, 故并不适合。MOSFET检测的电路较为复杂, 对制造工艺要求较高, 且成本偏高, 而使用电阻检测精度则较高, 且电路相对简单、稳定性较好。其应用实例电路如图3所示。

这是一个比较通用的电路模型, 主控制器MSP430F169通过内部A/D模块对MAX9918的输出端进行实时采样, 来监控中功率直流电机M的工作电流, 在发现异常时根据实际应用的需要, 对电机控制器进行控制, 来改变直流电机M的工作状态, 整个系统形成闭环控制。

此方案所用的运放为MAX9918, 这款芯片是笔者经过很多次的测试, 挑选出的一款性能较好的电流型运放, 得到的效果也比较理想。

MAX99183的主要参数如下:输入共模电压范围-20~75 V;输入失调电压400μV;增益误差0.6%;单向或双向电流检测, 单电源供电4.5~5.5 V;电源电流1 m A;关断电流0.5μA, 满摆幅输出;汽车级温度范围-40~+125℃[6]。

3 应用举例

3.1 直流电机防过载

直流电动机在电流小于额定电流时, 线圈未到达磁饱和, 其扭矩跟输入电流的关系为

式中, K是机械常数。在转速小于额定转速以前, 转矩的大小只与电流有关, 与转速无关。因此, 转矩与电流成正比。只需测得直流电机的工作电流, 便可已知其当前的输出力矩, 当电机电流超过额定值, 则说明电机处于过载状态, 处理器将检测到这一信号, 从而及时对电机进行相应的控制, 防止电机因长时间过载过载而被烧坏。

3.2 无传感器车窗防夹手方案

以前汽车普遍采用手摇曲柄的方式使车窗玻璃上升或下降, 现如今轿车多安装了电动车窗。电动车窗的运用, 一方面减轻了驾驶员和乘客的劳动强度, 操作方便;另一方面由于电动车窗的上升速度较快, 容易造成夹伤乘客的事故。汽车电动窗具备防夹功能已是一种趋势。当车窗上升遇到人体某些部位时可自动后退到底, 从而可避免事故的发生。大多车窗防夹是通过霍尔传感器判断玻璃位置, 若在玻璃上升过程中, 有异物阻挡玻璃上升, 电动窗马上停止上升, 立刻下降到底, 实现防夹功能。但对于某些老车型, 虽有电动车窗但不带有防夹功能。重新安装传感器会改变车门的机械结构和车身的电路结构, 费时费力[1]。

若利用本文提出的中功率感性负载直流电流检测方法, 只需在原有电动机的供电电路中增加一个0.01Ω的电阻, 就可实现无传感器方式的汽车车窗防夹手的方案。该种方案无需改变车窗原有结构, 故较为方便。对于一个12 V, 1.5 A的直流电机而言, 增加这样一个电阻会增加22.5 m W的额外功耗, 电机本身的功耗为18 W, 再加上电路其他部分的原有功耗, 整个电路增加了<0.125%的功耗, 因此是可以接受的。

3.3 动车组自动门防卡死

我国高速轨道交通事业发展迅速, 动车组已成为人们生活中重要的交通工具之一, 自动门是动车组车身的一个重要部分, 随着动车组智能控制技术的发展, 自动门控制系统已经被逐渐推广应用, 而真正投入使用后会存在着乘客的身体或者行李物品被门夹住的隐患, 这样会导致自动门被卡死而无法正常关闭, 产生安全隐患。

在这种情况下, 如果运用中功率感性负载直流电流检测方法, 可以实时监测自动门的受力情况, 若阻力突然增大, 说明有物体阻挡了门的运动, 控制器控制电机停止[3], 然后反转一段距离, 这样便可有效避免意外的发生。需注意的是, 直流电机的启动电流较大, 假设不加以考虑, 就会影响整个系统的稳定性。要避免启动电流的干扰, 需在处理器编程时考虑进去, 可通过软件延时跳过电机启动的阶段。

4 结束语

介绍了目前功率电路中常用的电流检测方式, 并给出了不同应用电路实例, 比较了不同检测方法的优缺点, 并对其中较优的方案进行了具体说明, 举出了几种应用实例, 同时指出了在应用过程中需注意的问题。

参考文献

[1]刘晓明, 邵亚辉, 吴浩威, 等.无传感器汽车车窗防夹设计[J].微电机, 2007, 40 (4) :48-50.

[2]尹华, 吴限, 冉建桥.功率电路电流检测方法及其应用[J].微电子学, 2004, 34 (2) :131-134.

[3]满红, 梁迎春, 冀勇钢, 等.自动控制原理[M].北京:清华大学出版社, 2011.

[4]康华光, 陈大钦, 张林.电子技术基础模拟部分[M].5版.北京:高等教育出版社, 2011.

[5]李瀚荪.电路分析基础[M].4版.北京:高等教育出版社, 2011.

[6]吴铁山, 卢金军, 杨正波.新编大学物理[M].武汉:武汉大学出版社, 2011.

[7]何宏, 张宝峰, 张大建, 等.电磁兼容与电磁干扰[M].北京:国防工业出版社, 2007.

一种辐射功率检测器的研制 篇5

关键词：便携式,辐射功率,有源电子对抗,设备维护

0 引 言

随着国力的提升,我军装备大量的有源电子对抗装备,并迅速更新换代。为满足平时训练、战时打仗的需要,对有源电子对抗装备的日常维护、保养、维修均提出了很高的要求,急需研制一种便携、实用的检测设备。本文设计了一种针对大功率电子干扰设备的辐射功率检测器,检测器体积小、重量轻、模块化设计,非常适用于有源电子对抗设备的日常维护、保养。

1 工作原理

1.1 有源电子干扰设备工作原理[1,2]

有源电子干扰设备是针对作战对象辐射源信息,采用大功率压制噪声、欺骗干扰等辐射射频信号,用以与真实雷达反射信号抗衡,达到破坏迷惑敌方雷达的功能的目的。常用的电子干扰设备包括引导式干扰设备、应答式干扰设备,这里以引导式干扰设备为例,典型的引导式有源电子干扰设备的系统框图如图1所示。

图中,引导式有源电子干扰设备通过接收机引导,干扰机发射,提供有源电子干扰的能力,同时对抗可覆盖频段范围内的多部雷达。图中所示系统包括一部接收机,用于检测和接收侦察接收天线所截获的信号,给出载频(RF)、脉宽(PW)、脉冲幅度(PA)、到达角(AOA)、到达时间(TOA)等脉冲描述字(PDW)参数,用以引导干扰机,以便有源电子干扰机在时域、频域和空域三个方面覆盖作战对象;一部干扰机,包含干扰控制、干扰发射机、干扰波束控制和干扰天线等几部分,用以将引导后产生的干扰信号以一定的功率辐射出去。在系统工作时,有源电子干扰机要将控制的存储信号或信号源信号辐射出去,要保证产生足够的辐射功率来压制真实雷达信号,即要保证最终辐射输出功率的正常[3,4]。

在有源干扰设备的试验和研制过程中,可以采用大功率计、频谱分析仪等通用检测设备监测接收有源干扰设备辐射输出的信号,用以判断其工作是否正常,但在有源干扰设备的现场维护中,一般没有这些通用设备。一方面因为功率计、频谱分析仪等通用设备属于精密仪器仪表,价格昂贵,操作复杂;另一方面这些通用设备无法长期在恶劣的环境下(盐雾、潮湿、高温、低温)使用,而军用的有源电子对抗设备都是工作在恶劣的环境下,所以必须研制一种便携式、价格低廉、操作简单、具有较高可靠性,适用于恶劣环境的设备来满足有源电子干扰设备的日常维护需求。

1.2 辐射功率检测器的原理及方案设计

1.2.1 检测器组成

辐射功率检测器是通过接收有源电子对抗设备辐射的射频信号,转换为射频信号功率,并给出功率指示,来判断辐射功率是否正常。其工作框图如图2所示。

在图2中,接收天线安装在三角架上,指向被测系统发射天线方向,用来接收被测系统辐射出的射频信号,接收天线与便携式机箱之间采用低损耗射频电缆连接。便携式机箱包含有微波模块、视频检波模块、调理电路模块、微处理单元、显示面板和控制电路几部分,其中显示面板和控制电路部分安装在机箱面板上,其余部分安装在机箱内部。

检测器各主要模块功能如下:

接收天线:接收被测设备的辐射信号,具有定向性,提供一定增益和频段选择,接收天线与机箱之间采用低损耗射频电缆连接;

微波模块:对接收到的辐射信号进行滤波、放大、频段选择、衰减控制等,输出的微波信号送视频检波模块;

视频检波模块:对接收到的微波信号进行视频检波,检波输出为视频信号,采用的是大动态范围、高灵敏度的DLVA(数字对数检波视频放大器);

调理电路模块:调理电路包含运算放大器、A/D转换等,将视频信号转换为数字信号;

微处理器单元模块:微处理单元模块包含MCU,FPGA,RS 232接口等,将接收到的数字信号处理转换为功率信号,并将功率信号转换为可显示的数值送显示面板显示;

显示面板:采用数码管显示的方式,直观地给出最终的功率值;

控制电路:完成输入信号的选择、滤波、频率选择、衰减等开关控制;

电源:提供电源输入保护,从+28 V变换为±5 V、±12 V,分别给其他各模块提供电源。

1.2.2 硬件设计

(1) 调理电路模块

调理电路模块对视频检波输出的视频信号进行放大、模/数转换。放大芯片采用ADI公司的AD8132AR,提供3 dB带宽,350 MHz,1 200 V/μs转换速率,可通过电阻比改变增益。A/D芯片采用TI公司的TLC5540,8位采样,最大采样速率达40 MHz,+5 V单电源供电。A/D芯片TLC5540的电压参考采用Maxim公司的高精度,低功耗电压参考芯片MAX6166,电压精度可达±2 mV,输出电压为2.5 V。

(2) MCU

MCU单元完成系统控制、计算机接口控制、参数设置、面板接口控制、设备参数加载初始化等功能。

选用Atmel公司的8位单片机AT89S8253,兼容标准的MCS-51结构,具有12 KB的片内FLASH,2 KB的E2PROM,256×8 b的内部RAM,保证了程序的运行空间和参数的存储,32位可编程I/O接口满足对外连接的需要,四级中断、可编程看门狗保证了系统的可靠性。

(3) RS 232电平转换

通用的计算机接口均为RS 232电平标准,要实现与MCU的通信,必须将标准的RS 232电平串口转换为TTL电平的UART信号。

为保证电源简单、功耗低,RS 232接口芯片选用了Maxim公司的MAX202E,只需+5V单电源供电,外部只需4个0.1 μF的电容即可工作,提供双路RS 232接口。

(4) FPGA

FPGA模块作为系统的核心模块,接收来自MCU的加载参数数据,同时接收高速的采样数字信号,将采样的数字信号与加载的参数比对、校正、组合,转换为可以显示的BCD码,送给数码显示管进行显示。芯片选择Altera公司的EP1K50QC208,包含2 880个逻辑单元、40 960 b的RAM,1个锁相环,完全满足系统存储和运算需要。FPGA的加载芯片采用被动串行芯片EPC2。

(5) 电源

电源模块提供±5 V电源,所选用的FPGA需要3.3 V和2.5 V两种电源,芯片选用TI公司的REG104GA-3.3,输入电压为4.3～16 V,输出电压为3.3 V,最大输出电流为1 A;此外还选用LINEAR公司的LT1764EQ-2.5,最大输出电流为3 A,最大输入电压范围为3.5～20 V,输出电压为2.5 V。

1.2.3 软件设计

系统软件主要包括MCU程序、FPGA程序,分别实现系统管理、参数设置、接口控制、参数测量转换等功能。

(1) MCU软件

MCU软件是整个系统的管理核心部分,实现接口控制、监测,完成参数设置、更新,实现与外部接口计算机的通信;与FPGA连接,设置FPGA的初始化参数表,流程图如图3所示。

(2) FPGA软件

FPGA软件是系统的数据处理核心,主要完成数据采集后缓冲、校正、变换等处理,通过接收来自MCU设置的参数,选择不同的工作模式,最终将接收到的数据通过查表、编码转换为可显示的BCD码,其流程框图如图4所示。

(3) 性能测试

通过实际测试,设计的辐射检测器处理信号灵敏度可达到-45 dBm,最小脉冲宽度为1 μs,动态范围为45 dB,可检测脉冲调制和连续波信号。

2 结 语

本文设计实现的便携式大功率辐射检测器可实现辐射功率的自动测量,采用便携式、小型化设计,重量轻(小于5 kg)、体积小、灵敏度高、动态范围大,可检测连续波信号、脉冲调制信号,模块化设计,扩展性好,灵活性强,通过采用不同模块,可实现较宽的频段覆盖,适用于有源电子对抗设备的日常维护、保养和维修,也适用于雷达、指令等设备的日常检测。

参考文献

[1]CHRZANOWSKI Edward J.雷达有源对抗[M].顾耀平,译.成都:机械电子工业部第二十九所情报室,1991.

[2]林象平.雷达对抗原理[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1985.

[3][俄]VAKIN Sergei A,SHUSTOV Lev N,DUNWELLRobert H.电子战基本原理[M].吴汉平,译.北京:电子工业出版社,2004.

[4]中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会.雷达试验[M].北京:国防工业出版社,2004.

[5]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].3版.西安:西安电子科技大学出版社,2002.

[6]王英,石磊,李亮辉.相控阵天线等效全向辐射功率测试方法[J].计算机与网络,2010(14):42-44.

[7]杜建春.宽带相控阵系统等效辐射功率注入法测试方法[C].成都:中国电子学会2009天线年会,2009.

[8]Texas Instruments Inc..TLC5540datasheet[EB/OL].[2004-07-14].http://focus.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/tlc5540.pdf.

[9]Altera Corporation.Acex device handbook[EB/OL].[2003-09-12].http://www.altera.com.cn/literature/ds/acex.pdf.

[10]Atmel Corporation.At89s8253datasheet[EB/OL].[2001-11-20].http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc3286.pdf.

[11][美]ADAMY David L.电子战建模与仿真导论[M].吴汉平,译.北京:电子工业出版社,2004.

功率检测 篇6

近年来,随着无线通信技术的发展, 射频功率测量及其应用技术已经成为无线测试仪器的技术热点之一,收到了国内外许多专家和学者的关注,出现了不少的解决方案。在目前众多的RF功率测试应用中,RF功率测量除了用于控制它本身的输入和输出功率外,更多的应用中是面向研发和生产过程的功率测试,其测试方法主要是采用矢量信号分析机接收和处理信号,然后计算信号功率谱得到信号功率,如图1所示。

可见,如何实现低成本、简单快速的功率测量以便满足上述产品生产过程中的功率测试需求,是一个亟待解决的技术问题。

图1是典型RF功率测量的在仪器中应用框图,主要涵盖仪器本身的应用。 发射信号通道由三个连贯的单元组成:基带,射频(RF) 发射,功率放大器。在发射信号到达天线之前,其中发射信号的一部分被双向耦合器采样。将采样的RF功率送到功率检测器转换为直流电压。再将功率检测器的输出电压数字化并且送到数字信号处理器(DSP)或微控制器(MCU)。一旦得到数字化的功率测量值,就可根据测量的输出功率与要求的输出功率之间的关系来调整整个系统的功率输出。

2应用

功率对数检测器件在当下射频测量中的得到广泛的应用,这类器件具有动态范围大,频率范围广,精度高和温度稳定性好的特点。因此在本文的设计中,选用对数功率检测器AD8138,配合ADC和FPGA,实现无线测试仪器测量各种测试功能。

本方法中,采用对数功率测量器件作为功率测量的核心部件。通过对数功率测量器件和高速ADC的结合,实现了宽带射频功率测量。如图2, 可应用于GSM、 CDMA、LTE和W-LAN 802.11 ( 要求频率5GHz) 等测试系统,下文给出三种典型应用。

应用1 :调制信号功率测量。WIFI和LTE的终端设备,大量使用OFDM,QPSK等调制方式。WIFI待测物发射OFDM调制信号作为输入信号,输入信号经过耦合器和射频开关输送到AD8138的输入端,AD8138将功率包络转换成电压信号, ADC采样后把OFDM的电压信号送入FPGA处理,计算信号功率。在这种情况下,并不需要昂贵的VSA设备,只要相对简单的功率测量电路,便可以快速准确地测量OFDM信号的功率。对于生产线测试,这种方法在满足生产测试需求的前提下,大大降低了测试仪器的成本。

应用2 :待测物VSWR的测量。在生产测试中,如何快速判断待测物是否有物理损坏(比如是否被静电打坏, 是否有元件掉落等),有助于加快测试进程,降低测试成本。本例中(原理如图4所示),通过测量待测物的反射信号,能够快速测量待测物是否存在损坏的情况。若检测得到待测物本身已经发生了物理损害,相应器件可以把损坏的待测物从测试中及时挑出, 节省了射频测试的时间,提高了生产线效率。具体工作原理如图2所示,当该系统和外部待测物相连接时,VSG发射信号, 待测物接收VSG发出的射频信号。第一次,开关置于1位置,得到测量仪器VSG本身的输出功率为Pm F (d Bm)。第二次,开关置于2位置,测量由待测物反射回来的功率Pm R (d Bm). 根据公式1计算得到待测物的端口反射系数(其中RLm为端口反射系数,单位为d B)。在测试软件中设置反射系数RLm的门限,通过反射系数 Γ 和门限的比较,判断待测物是否已经损坏。同时可以通过VSWR测量,避免由于匹配恶化的情况导致系统损坏等情况的发生,以便于测试者及时作出调整。

应用3 : 调制信号包络判断。在LTE或者WIFI的link测试中,一些高档的信令测试仪可以实时控制输入和输出的信号调制类型。而在生产线的仪器中,通常没有这些功能。在实际测试中,需要对输入输出信号的调制类型进行判断。通过对数功率检测器和ADC的配合,实时获取输入输出信号的功率包络,配合FPGA或者DSP,实时通过对包络时长和功率特征的实时判断,检测输入或者输出信号的调制类型。

功率检测 篇7

在语音识别中, 正确地判定输入语音的起点、终点对于提高识别率往往是非常重要的。在环境噪声水平理想的情况下, 精确的语音端点检测比较容易。但在实际应用系统中, 噪声对语音信号的污染以及说话人自身的态度、情绪等, 都对端点检测在内的鲁棒性提出了很高的要求。常用的算法有短时能量法、短时过零率法和谱熵法等。其中短时能量法和短时过零率法是语音端点检测最常用的方法之一, 它们都是在时域中进行检测, 方法简单, 并且易于实现, 但在信噪比较低时, 误判率高;谱熵法虽然采用的是频域检测, 然而这种方法的计算量和复杂度都比时域检测的大。因此, 在实际应用中体现不出优越性。针对这种情况, 本文提出了基于差分算法和Teager能量算子的端点检测方法。实验证明, 在低信噪比环境中, 这种改进的算法能够取得更好的效果。

1 基于功率谱差分的降噪

一般加性噪声的功率谱相对语音信号功率谱变化较缓慢。带噪语音为s (n) , 其中纯净语音为x (n) , 加性噪声为高斯白噪声η (n) , 则:

纯净语音x (n) 与噪声η (n) 互不相关, 则有:

其中, |Sm (ω) |2、|Xm (ω) |2和|η (ω) |2分别为带噪语音、纯净语音和噪声的功率谱, 对其求偏导, 则:

可以近似认为加性噪声的偏导为零, 则:

等式 (4) 可以写成时域差分的形式, 如:

2 TEO

TEO具有非线性能量跟踪信号特性, 不仅对调幅 (AM) 信号的幅包络和调频 (FM) 信号的瞬时频率的变化非常敏感, 而且对不同类型的信号能显示不同的TEO结果。理论和实验结果表明, TEO能在抑制背景噪声中起到信号增强同时进行信号特征提取的作用。对于一有限频带的信号f (n) , Teager能量算子可以描述如下:

式中Ψ[·]表示离散域的能量算子。从式 (6) 中看出, 能量算子输出的局部特性只依赖于原始语音信号本身和它的时域差分, 即要计算能量算子在第n点处的输出, 只需要知道该样本点和它前后各一个样本点的值。这样会使得能量算子输出后的信号依然与始信号保持相似的局限性。由式 (1) 、式 (6) 得到带噪语音信号的Teager能量为:

式中珟Ψ[x (n) η (n) ]为x (n) 和η (n) 互Teager能量。由于x (n) 和η (n) 相互独立, 则珟Ψ[x (n) η (n) ]为0, 因此, 有:

E{Ψ[η (n) ]}与E{Ψ[x (n) ]}相比, 可以忽略不计, 所以:

用Teager能量算子能消除零均值噪声的影响, 具有语音增强的能力。

3 实验与分析

Step1对原始语音信号进行分帧加窗, 对每帧信号进行快速傅里叶变换, 计算出功率谱, 并求功率谱差分;

Step2 TEO非线性运算。对功率谱的差分用TEO能量算子得到Ψ[s (n) ];

Step3进行Teager能量算子的自适应门限的检测。自适应门限值的计算方法是:

1) 将语音信号的功率谱差分能量全部相加得到我们语音检测的特征曲线, 计算公式为式 (10) , 其中n表示语音信号的帧数。

2) 初始化变数m=1, 并且TA (1) (n) =TA (n)

其中, E[TA (m) (n) ]为的平均值。

3) 定义P为加权值, P等于TA (2) (n) 的能量和与输入信号能量和的比值。

4) 门限值:

4 实验结果

本文对提出的方法在计算机上进行了实验, 用声卡采集声音信号样本, 以wav文件格式存储, 端点检测过程基于MATLAB实现。语音样本采用8 k Hz的采样频率和8 bits量化, 16位采样精度, 采样取帧长256, 加Hamming窗, 帧移为80。端点检测是在白噪声条件下进行测试的, 语音信号与不同电平的白噪声合成作为检测样本。采用2种方法评估端点检测算法的性能:标注法和识别率。

(1) 标注法

语音样本的内容为“北京欢迎您”, 用传统的VAD方法和本文中提出的方法对语音信号进行端点检测, 分别对原始语音信号和加噪语音信号进行检测, 对检测结果标注。对比结果, 实验结果如图2、图3和图4所示。

图2为原始语音信号的端点检测结果。图3给出了加上高斯白噪声且信噪比为10d B时的语音信号采用改进的基于功率谱差分和Teager能量算子的端点检测结果。图4给出了相同条件下传统的端点检测方法检测结果。从图中可以看出, 说明短时能量、过零率算法的检测不能适应变强度噪声环境, 而改进的端点检测方法中使用的参数能够将被测语音特征明显地区分出来, 语音特征因此变得明显, 所以处理的效果相对传统的基于短时能量和过零率方法, 语音端点检测效果良好。

(2) 语音识别率评估性能

实验样本:采用8 k Hz的采样频率和8 bits量化, 用单声道在实验室安静环境中录音, 3男3女, 每人读从数字0到数字9, 读5次, 共300个测试数据。以MFCC为特征参数, 语音识别模型采用HMM, 计算识别率。识别率计算公式为:

表1为在不同噪声下, 本文中提出的算法与短时能量、过零率法的识别结果。

5 结束语

针对传统的语音端点检测方法存在的缺陷, 本文提出了基于功率谱差分和Teager能量的端点检测方法。通过实验研究, 证明了这种算法快速有效, 在低信噪比情况下也有良好的性能。与其他算法的比较, 本文提出的端点检测方法满足了鲁棒性端点检测的要求。

参考文献

[1]韩纪庆, 张磊, 铁然.语音信号处理[M].北京:清华大学出版社2, 004.

[2]Jabloun F, Cetin A E, Erzin E.Teager energy-based feature paremetersfor speecch recognition in car noise[J].IEEE Signal Processing Lett, 1999, 6 (10) :259-261.

[3]陈明义, 黎华.基于Teager能量算子的语音激活检测[J].重庆工学院学报2, 007 (10) :112-114.

[4]Nehe N S, Holambe R S.Power Spectrum Difference Teager EnergyFeaturesfor Speech Recognition in Noisy Environment[C].2008 IEEERegion 10 Colloquium.INDIA December 8-10, 2008:178-182.

[5]Xu J, Wei G.Noise-robust speech recognition based on difference ofpower spectrum[J].Electronics Letters, 6th July 2000:1247-1248.

功率检测 篇8

与具有桥式整流器的功率因素校正电路相比,无桥式整流器的功率因素校正电流回路具有较少的导通元件,因此收到业界和学术界的重视[1—4],具有平均电流模式控制的无桥功率因素校正电路,通常需要控制电感电流,以达到输入电压和输入电流同相的目的,实现功率因素校正。

交流电流反馈信号相对的电压具有正负,在负电压时无法为A/D转换器接受,将导致电感电流检测信号波形失真。通常采用电平转换电路[5,6],将电流信号的电位提升到A/D转换器可读取的电压范围中间值(1.65 V)。然而,电平转换电路将使A/D转换器的电压范围减半,降低了A/D转换器的解析度,使得只能在80%额定负载以上功率因素才能得到有效的校正。因此,本文提出一种新颖的电流检测方法,该方法使用电流互感器及整流电流组成电流检测电路,在不降低A/D转换器解析度下,能够准确检测功率因素校正电流的电流。

1电流检测电路的工作原理

图1为提出的无桥功率因素校正电路的架构图,图1中L1、L2为滤波电感,T1a、T1b、T1c为电流互感器,Q1、Q2为主功率管,C0为滤波电容、R0为输出负载,Q3、电阻Rf、电流互感器和反相放大器构成电流检测电路。电流检测电路的工作原理如图2。

如图2(a)所示,当输入电压为正电压,且Q1、Q2、Q3导通,输入电流ig经由L1、T1a、Q1、Q2和L2,此时,互感器的T1c将会感应电流经由Ds2、Q3和Rf,并在电阻Rf产生一负电压。然而,当Q1、Q2、Q3截止时,输入电流经由L1、D1、Ra、Q2的续流二极管和L2,将输入电感能量传送给负载,互感器无电流流过,如图2(b)所示。

同理,如图3(a)所示,当输入电压为负电压,且Q1、Q2、Q3导通,输入电流ig经由L2、T1a、Q1、Q2和L1,此时,互感器的T1c将会感应电流经由Ds1、Q3和Rf,并在电阻Rf产生一负电压。然而,当Q1、Q2、Q3截止时,输入电流经由L2、T1b、D2、Ra、Q1的续流二极管、T1a和L2,将输入电感能量传送给负载,互感器无电流流过,如图3(b)所示。其T1a与T1b的匝比和流过的电流相同,磁动势为零,因此将不会产生饱和。

根据上述的分析可知,互感器感应电流流过电阻Rf,不管输入为正电压还是负电压,均产生负电压信号,因此必须再经由反相放大电路,如图4所示。将负电压信号转换为正电压信号,将可得到A/D转换器可读取的电感电流信号,其开关信号与电感电流的波形如图5所示。

互感器的二次侧电压不高,并为了减少控制开关管Q3的Rds,on对检测电阻Rf的影响,Q3选用SUB85N03,其耐压为30 V,Rds,on为0.000 7 Ω。

2 实验结果

为了验证提出方法的正确性,搭建了一台实验样机,样机参数为:输入电压220 Vrms/50 Hz ,输出电压为400 V,功率为600 W。图6和图7所示分别为输入正电压与负电压的电感电流与对应的检测电压波形图,当输入电压为正电压或负电压时,均可得到A/D转换器可读取的信号,验证了设计电路的正确性。

图8所示实测的输入与输出电压以及电感电流波形图,从图8中可以看出,其输入电流跟踪输入电压。图9所示为在不同负载下的功率因素,由图9可知,其功率因素在负载75 W高于0.91,在半载300 W以上功率因素达到0.98以上。

3 结论

本文主要目的在不降低A/D转换器解析度下,无桥功率因素校正电路电流检测方法,以提升功率因素,实验证明,所研制的电感电流检测电路,可降低桥式整流所导致的检测电压失真和电位提升电路所降低的转换解析度,在不同负载下,其功率因素均可提高至0.91。

参考文献

[1] Jang L H,Jovanovic M.Performance evaluation of bridgeless PFC boost rectifiers.IEEE Trans on Power Electronics,2008;23(3):1381—1390

[2] Kong P,Wang S,Lee F C.Common mode EMI noise suppr-ession for bridgeless PFC converters.IEEE Trans on PowerElectronics,2009;23(1):291—297

[3] ST Microeletronics Data Manual.A 500 W High Power Factor with the L4981A Continuous Mode IC.ST Microeletronics Inc.,AN827,Nov.,2003

[4]陆治国,马雪峰,许黎,等.一种改进的单相无桥功率因数校正器.电力电子技术,2010;44(7):20—30

[5] Jang Y,Jovanovic M,Dillman D.Bridgeless PFC boost rec-tifier with optimized magnetic utilization.IEEE Trans on Power Electronics,2008;16(4):1017—1021