解决方案

电子设备发热分析

相关设备

L系列温湿度记录仪

PS2016V数据采集卡

方案详情

电子设备在工作期间所消耗的电能，除了有用功外，大部分转化成热量散发。电子设备产生的热量，使内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发，设备会继续升温，器件就会因过热失效，电子设备的可靠性将下降。SMT 使电子设备的安装密度增大，有效散热面积减小，设备温升严重地影响可靠性，因此，对电子设备的发热量评估就变得非常重要。
在电子设备的 PCB 设计过程中可以通过软件进行仿真实验，使设计更加方便，但是实际效果仍需要通过测试手段进行检验，特别是电路板安装到壳体中之后，由于处于密闭的环境，散热情况进一步恶化。
现代电子元件中主要的发热器件是功率器件和高速运算器件。其中功率器件在电源、射频通信等相关领域应用是必须存在的；而高速运算器件也是现代数字电路产品的核心部件。温度过高会出现器件工作不稳定，出现死机等情况；同样也会加速老化，降低产品的使用寿命；如果温度过高甚至会出现器件烧毁的情况。
当电子设备进入到板极测试阶段就需要对相关器件进行温度监测，L 系列温湿度记录仪提供方便的多点温度测量方案，如下图：

L 系列温湿度记录仪提供了多种监测模式：
1、即时查看模式，可以方便查看每一个每测点的温度值；
2、程控模式，将电脑与 L 系列温湿度记录仪通过USB 接口连接，在电脑上运行HumitureDaq 温湿度监测软件，即可以图形化显示每个测温点的温度变化情况，并且可以将数据存储，用作后续分析，如下图：

3、脱机模式，L 系列温湿度记录仪将各点温度值保存到SD 卡中，并且可以设置各测温点的温度限值，当温度超过限值时，通过数字IO 端口输出报警信号。
如果出现部分器件温度超过或接近限定值，就需要对这部分器进行散热改造，如加装散热片等；如果出现PCB 板部分区域温度过高，可以选择更厚的覆铜板或热阻小的板材或是采用多层板结构。
当电子设备进入到整机测试阶段在对相关器件进行温度监测的同时，还需要对设备壳体内部空间进行监测。如果　　内部空间的温度过高，可以在设备壳体加开散热孔或是增加主动对流散热设备。
很多时候使用环境的温度也会影响到设备内部的温度，L 系列温湿度记录仪内置了环境温度传感器，环境温度传感器的数据方便我们分析环境温度对设备的影响。
L系列温湿度记录仪提供了全方位的温度测试解决方案，支持最常用的热电偶和热电阻两种温度传感器。不但内置了环境温度传感器，部分型号还内置了环境湿度传感器，为我们对设备在复杂环境的稳定性分析提供方便。L系列温湿度记录仪的通道数为8通道，很多时候我们需要监测更多点的温度情况，这个时候我们推荐使用PS2024T温度数据采集器，其拥有24个温度采集通道，并且最多可以扩展到500个通道。

空气颗粒物浓度数据采集方案

相关设备

USB-4000系列同步数据采集卡

USB-2000系列数据采集卡

方案详情

上周五夜里的一场大风带来新一轮寒潮的同时，也带走了近一周的重度雾霾。生活在帝都的人们都在盼望着北风的到来，因为北风会吹散雾霾，因为北风会带来清新的空气。很多人起床第一件事情是拿起手机，打开天气APP，看看今天的“气质”如何，从而决定是否要戴上防护装备出门。

北京空气质量查询

查询空气质量的时候，我们经常会发现，有些时候明明外面已经灰蒙蒙的一片了，APP的空气指数却显示的是优；有些时候大风吹散了浓雾，APP却显示重度污染。出现这种情况的原因主要有两个，一是数据发布的最小时间间隔是1小时，这个时间差造成了指数与实际情况不符；二是检测站点与当前所在的位置距离较远，两地的空气质量当然也存在区别。那如何得到我所在位置的实时空气质量情况呢？作为一个处女座的理工男，不弄清楚这个问题一定是不开心的，所以基于Smacq的数据采集卡和夏普的传感器我做一套空气颗粒物浓度检测装置。

空气颗粒物浓度趋势图

说了这么多，先上一张图。这是这套装置从3月2日15：30分开始采集的67个小时空气颗粒物浓度趋势图，图中数值是每分钟的平均值，采集位置在昌平区沙河科技园。通过这组数据可以很容易看出来几个信息：

1、这次雾霾的整体趋势是越来越重，最大值出现在3月4日的18：33分，随后就开始消散，可见黎明前是最黑暗的；

2、大风刮起后，雾霾消散的速度很快，图中陡降的过程只经历了20多分钟，因此APP给出的空气质量指数会延后，下图是陡降过程的展开图；

3、虽然只有三天的数据，但是还是可以清楚的发现，每天0点左右都会存在一个相对峰值，这与柴静的《穹顶之下》里面所提到的，北京每天0点左右的雾霾峰值刚好吻合。

看到这里，大家应该会发现一个问题，图中的幅值坐标与我们平时看的空气指标不一样，这就要从我们所使用的传感器说起。这套系统中使用的是夏普的紧凑型光学粉尘传感器。

空气颗粒物浓度趋势图

这个传感器的原理简单来说，就是一个发光管，一个感光管，如果两者之间有颗粒物挡着光，就会影响到感光管的输出电压，从而由电压反应出空气中颗粒物的浓度。由于传感器没有拿到相关部门计量标定，本着严谨的态度，所有的数量都使用电压值来反映颗粒物浓度。

传感器原理图

这个传感器的原理简单来说，就是一个发光管，一个感光管，如果两者之间有颗粒物挡着光，就会影响到感光管的输出电压，从而由电压反应出空气中颗粒物的浓度。由于传感器没有拿到相关部门计量标定，本着严谨的态度，所有的数量都使用电压值来反映颗粒物浓度。

USB系列数据采集卡

Smacq的USB系列数据采集卡的AO输出性能如下表

以100kSa/s的采样率，输出0.32ms的低电平需要32个点，输出10ms的周期需要1000个点，所以高电平是968个点，LabVIEW程序框图如下图

脉冲输出程序框图

传感器的输出波形也是一个脉冲信号，输出信号的频率与控制信号频率一致，电压最大值即是传感器的输出值。这样每秒钟可以得到100个输出数据。下图是控制信号波形和传感器输出波形图。

传感器控制信号和输出信号

颗粒物浓度在短时间内的变化是非常快的，快速变化的数据对于长时间的分析统计却又很不方便，所以这里我们将每6000个数据求平均值，得到每分钟的平均颗粒物浓度值，即本文最初我们看到的趋势图。

通过实验可以看出来在没有北风的日子里雾霾会越来越重。雾霾天里，出门带个口罩是很有必要的，最后一张图是新的口罩和带了一周的口罩对比。

基于同步数据采集卡的电能质量分析方案

相关设备

USB-4000系列同步数据采集卡

DP6000系列差分探头

CP8000系列电流探头

相关设备

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的质量。理想状态的公用电网应以恒定的频率、标准正弦波和额定电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值大小应相等、相位对称且相差120度。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称、负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态并不存在。因此，产生了电网运行电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。

根据现象可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

对于电能质量分析，同步采集是一个首要条件，如果采用异步采集，通道间的采集时间差，会带来相位、功率等方面的误差。以三相四线的电能质量分析分例，需要分别采集三相的电压和三相的电流，以及零线电流。那么，就需要7个通道完成数据采集工作。

星形连接的三相四线制

大多数的电力系统的频率是50Hz（或60Hz），但是一些特殊应用环境，比如船用电源的频率是400Hz，更高会有用到800Hz频率的电源。对50Hz电源系统进行分析，一般采用6.4k至25.6k的采样率，以保证50次谐波分析的准确性。如果对400Hz或是800Hz的电源系统进行电能质量分析，会需要更高的采样率，即8倍或是16倍的采样率。对应的值为51.2k至204.8k或是102.4k至409.6k的采样率。 通过以上的几个条件的限定，就可以选择出适用的采集卡，这里推荐使用的是USB-4000系列同步数据采集卡中的USB-4650。

USB-4000系列数据采集卡

USB-4650有8个16-bit同步采集通道，最高采样率可以达到500kSa/s/ch，可以覆盖绝大多数的电能质量分析的应用。特殊应用如需要更高的采样率，可以使用USB-4600（采样率高达1MSa/s/ch）。如果需要同时进行更多路电能质量监测，可以使用USB-4652（拥有16个同步采集通道）。 数据采集卡的模拟输入一般都是10V左右的小电压，因此需要将比较大电压和电流变换成可以直接输入到采集卡的电压信号。电压衰减方案很多，一种是使用差分探头进行电压衰减，差分探头将电压信号衰减50倍或是100倍，将强电信号衰减成适合采集卡采集的弱电信号，这里推荐使用DP6000系列差分探头。电流信号的变换可以使用电流传感器或是电流探头，电流探头可以使用CP8000系列电流探头。使用标准探头的好处是可以快速搭建起测试系统，提升效率。为降低成本，可采用传感器等方案。

差分探头和电流探头

硬件系统搭建好后，就要开始着手软件的相关工作，频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）等等，这些功能都是需要软件工作才能实现的。下面是其中一部分软件功能的截图，基于提供例程和相关的技术支持可实现自定义功能的电能质量分析系统。

三相四线 电压、电流波形及电压矢量图

三相电压谐波（50次）及总谐波失真

三相电压谐波（50次）及总谐波失真

功率（有用功、无用功、视在功率等）

这套电能质量分析方案，采用USB接口的数据采集卡、标准的电压和电流探头，这些硬件的安装连接十分方便快捷；又由于是采用数据采集卡作为采集核心，软件功能可以根据需要任意调整，灵活度非常高。

太阳能面板及电池测试方案

相关设备

S系列多功能数据采集卡

方案详情

随着能源需求的不断增长，地球环境日趋恶劣，对传统非可再生能源的担忧也不断加剧，方方面面的因素促使了太阳能产业的爆炸性发展。
太阳能产业的快速发展，也为太阳能面板及电池测试需求提出挑战。成套式专用测试系统成本高昂，测试方法不够灵活，而且相关测试技术产品很快过时的风险巨大，因此，我们提倡的是通过系统集成的方法将模块化的测试单元集成起来，通过计算机统一管理测试，做成功能丰富、测试灵活、成本更加低廉的测试系统。
在太阳能面板和电池的试验、生产过程中，为保证质量，一些重要参数是必须要测试记录的，如开路电压（Voc）、短路电流（Isc）、最大输出功率（Pmax）、I-V 特性曲线等。由于温度会直接影响太阳能面板和电池的输出性能，所以在测试时，还必须对测试环境的温度、光照等环境参数进行同时测试。
为了满足以上测试目标，以S 系列DAQ 和电子负载为测试核心的方案示意图如下：

在测试过程中，将DC Load 设置为CV 模式，计算机控制扫描电压从0V 逐步调至太阳能面板满度输出，用S 系列DAQ 精确记录下太阳能面板的输出电压，读回DC Load 的电流值和电阻值用作对比参考，同时在每一个测试点记录温度和光照强度值，最终完成I-V特性曲线的绘制，并计算相应的Pmax、η、FF 等重要参数，存储于计算机中。
S 系列DAQ 提供的4 个差分通道，满足了对太阳能电池板输出、两路热电偶和一路光照强度传感器的同时测量记录，1 个可调占空比的脉冲输出用于调整光源的强度，还有8 个数字IO 可用作其他特定需求的自动控制。
这种系统集成的测试方案在快速变换的测试需求环境下，提供了优秀的测试灵活性和低廉的测试成本，保障您的产品在太阳能面板领域中的质量可靠性和良好性价比。

虚拟仪器实验教学方案

相关设备

Smacq数据采集设备

方案详情

Smacq 的工程师有着多年的虚拟仪器测试系统开发经验，如今将这些经验总结归纳，以各种工程应用的硬件设备作为实验模块，并可指派工程师现场配合老师带领学生完成一定课时的教学实验。我们的宗旨是从实际应用出发，让大学生理解虚拟仪器的应用，并辅以众多实际应用案例指导，启发性的实验指导书，为高校虚拟仪器实验室量身定制了一套虚拟仪器实验教学方案。

实验内容与实际应用紧密结合，围绕LabVIEW 课程教学进度，从基础的数据类型、程序结构为开始，逐步深入至设备的连接以及模拟和数据量的数据采集、分析、处理和显示等，为提高大学生的综合应用能力，实验还包含闭环运动控制、传感器的数据采集和处理以及测量相关的技术原理等内容。

虚拟仪器是一门工程类的课程，学生动手实践内容的优劣对于教学效果的影响非常之大。我们的方案正是基于上述思想，深化软件就是仪器的概念，提升大学生动手自主集成适合自己使用需求的仪器的能力。

以虚拟仪器技术为基础的现代测试技术是对传统仪器发展与补充，用户根据自己特定的采集、控制、数据分析与存储需求，在计算机上快速设计和搭建自己的虚拟仪器系统，是未来工程师的基本素质。因此，在高校中展开虚拟仪器课程的教学，是正确的技术发展思路。

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器的概念从提出到现在经历了二十余年的发展，以其性能优越、扩展性强、开发周期短、便于集成等优点，受到广大工程师的青睐。

实验方案

[table “solution-tb-1” not found /]

实验设备

[table “solution-tb-2” not found /]

基于DAQ或DMM和MUX的老化测试监控方案

相关设备

PS2024系列多通道数据采集器

RIGOL‐DM3068数字万用表

PS1024多路复用器

方案详情

在很多电子产品的生产过程中，老化测试是一项十分重要的测试工序，其目的是提高产品可靠性，确保产品在恶劣条件下的性能稳定。现今很多专用的老化测试系统往往测试灵活性不高，而价格较高，因此，很多企业都已经开始根据自身实际需求，使用通用测试仪器来自主搭建灵活的老化测试监控系统，提高通用仪器的使用率来降低测试成本，使其产品更具竞争优势。
对于电源、传感器、变送器这类需要长时间对其输出做监控记录的产品，测试系统的灵活性和性价比显得尤为重要。
假设我们目前的一次老化测试过程中，有 240 个产品在进行老化测试，我们则需要记录这240 个产品在24 小时甚至48 小时内的电压输出或者电流输出情况。通常这类记录的时间间隔要求不高，一般1 分钟至10 分钟均可，但是对测量精度要求却较高，掌握产品数据越精确，产品质量越可靠。面对这样的需求，最具性价比的方案是使用高精度数据采集器（下方称DAQ）或高精度数字万用表（下文称DMM）和多路复用器（下文称MUX）组合来完成测试。系统框图：

此方案的优点在于：
1． 仪器使用率高。系统设备都由通用仪器组成，在不使用老化测试时，DAQ、DMM 和MUX都可以用作他用，研发部门、维修部门等都可以使用，大大提高仪器使用率，测试成本降低。
2． 灵活性高。DAQ或DMM 精度和MUX 通道数可根据需求和自身条件任意组合。DMM 可以灵活选择5 位半或者6 位半产品，仪器成本可控。MUX 通道数也可以任意组合，需要通道数多时，直接叠加更多模块；需要通道数少，一套系统可以拆分成两套。
3． 软件开放性高。由于 DAQ、DMM 和MUX 都使用SCPI 指令控制，这为灵活自主开发特定功能的软件系统带来了巨大的便捷性。同时，我们也可根据以往经验，为客户定制最适合现场应用的软件系统，如下图是我们为某上市企业开发的变送器老化测试监控系统软件界面，整个24 小时的数据在表格中一目了然，更有曲线图、数据库存储、历史查询、报表生成等功能。软件界面图：

要搭建此系统，我们如下推荐高性价比的仪器产品。
DAQ：SMACQ‐PS2024，PS2024系列多通道数据采集器一组结构紧凑的高性价比多通道采集产品，适合设计验证、自动测试和数据采集、老化监控等多方面的测试测量应用。具备5位半读数分辨率，并且自身配置有24个通道。
DMM：RIGOL‐DM3068，是一款针对高精度、多功能、自动测量的用户需求而设计的产品，集自动测量、多种数学变换和任意传感器测量等功能于一身，具备6 位半读数分辨率。
MUX：SMACQ‐PS1024，是基于USB 总线的24 通道多路复用器，用于中等密度的自动化测试系统，在自动测试系统中配合台式数字万用表、信号发生器等各种测试仪器，实现在计算机控制系统中的自动化测试，扩展仪器测试通道。用于替代VXI、PXI 等昂贵系统，搭建低成本自动化测试系统。