*原装工控Rechner KXS-M8/25
*原装工控Rechner KXS-M8/25
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精密测量
因此阀门座的精密测量成了判断其是否合格的主要依据。传统的测量方法多为检具和三轴CMM测量。检具测量虽然简单，但其价格昂贵，并且纯粹依靠人工作业，一旦产品规格换型，整套量具将无法使用;普通的三轴CMM解决了产品换型带来的问题，但其编程复杂，且测量效率低下，很难达到节拍……
自雷尼绍REVO®五轴测头搭载MODUS™软件Valve Seat阀座检测模块的横空出世，阀门座的检测难题从此变得So easy !
导管孔扫描
进气侧和排气侧的导管通常是评价座圈阀座孔位置、跳动、深度的基准，它的测量准性直接影响阀座孔的尺寸;
为了更真实的反映导管形状和位置，REVO通常通过螺旋扫描获得更多的数据;
在MODUS软件里，用户可根据需求设置扫描速度、扫描间距、扫描圈数等等;
对于不同加工精度的产品，用户还可自行设置扫描过滤波段和等。
ValveSeat 模块
Valve Seat是雷尼绍MODUS测量软件为检测阀门座而量身定做的模块，它在编程、评价以及分析上有着超乎想象的简单!
一个完整的阀门座通常是由1-3个不同锥度的圆锥组成，传统的测量软件在编程时，通常是将它分解成1-3个圆锥来分别测量，再将这些圆锥进行一系列的构建、计算、提取等，终才能得到可以评价尺寸的特征。
仅需简单几步，一个阀座的测量程序就会自动生成，值得一提的是，REVO测头可以一次性的将整个阀门座扫描完成，无需多余的计算。
为了达到这种效果并且保证数据的准性，Valve Seat模块有效的处理了圆锥的过渡和过扫描等问题，带给用户一种接近的体验感。
扫描分析及评价
REVO每扫描一个阀座概会生成6000~7000个测量点，后台会将这些点云的X,Y,Z,I,J,K值存入TXT文档，用户可以通过第三方软件分析座圈的实际形貌，3D轮廓比对以及逆向分析在MODUS软件中，所有座圈截圆的2D图形都可轻松查看，截圆的圆度形状一目了然;
通过实际测量数据，可直接评价其座圈圆度、角度、位置度、跳动、带宽、轮廓度、直径或深度;
测量效率
对于汽车发动机缸盖，阀门座的测量一直是一个重点和难点，REVO通过革命性的全形面扫描，数据分析处理，有效的解决了这个难题，并被业界*为阀门座的检测神器!本文将介绍测量低噪声放器(LNA)的另外一个至关重要的参数——噪声系数，尽管测量噪声系数的方法有多种，但常用的两种方法是冷源法(也称为增益法)以及Y因子法。
噪声系数基础知识一览
定量表示噪声系数和噪声因子有很多方法。早的定义之一由Harold Friis在20 世纪40年代所提出。在Friis的定义中，噪声因子(噪声系数的线性等效物理 量)是特定信号通过特定组件时的信号比(SNR)的降低量。噪声因子和噪声系数均是无单位物理量，噪声因子以线性方式表示，而噪声系数则以对数形式表示。
等式1. 噪声因子作为SNR的函数
如等式1所示，如果LNA输入的信号的SNR为100dB，噪声系数为5dB，那么 输出的SNR为100-5dB = 95dB。如图10所示， 噪声系数为XdB的“黑箱”组件将使SNR降低XdB
热噪声之外的固有噪声功率
图10. 噪声系数等于组件的固有噪声功率与热噪声功率之和。
噪声系数的另一个定义是在-174dBm/Hz的常温热噪声功率下，特定有源器件和无源器件额外引入的噪声功率，以dB为单位。该定义与IEEE对噪声因子的 定义相吻合，后者已被广泛接受，用等式2来表示。
其中 k 表示耳兹曼常量
T0表示常温
B 表示带宽
G 表示DUT的增益
等式2. 噪声因子的正式定义
在等式2中，kTo简化为常温下的热噪声，即-174dBm/Hz。因此，噪声因子等于信号功率加上组件引入的噪声功率。
例如，在天线连接至LNA的情况下，LNA输入的噪声功率为-174dBm/Hz。在LNA的输出，噪声功率等于-174dBm/Hz加上LNA的噪声系数。在这种情况下，5dB的噪声系数将产生-169dBm/Hz的输出噪声功率。请注意，在这种情况下，由于噪声系数以对数的方式来表示，所以噪声功率直接等于5dB加-174 dBm/Hz。
噪声单位换算
在详细介绍噪声系数测量之前，先要明噪声测量常用的的一些单位及术语的定义。常见的衡量参数包括噪声系数、噪声因子和噪声温度功率放器(PA)是现代无线电中*的射频集成电路(RFIC)之一。无论是作为分立元件还是集成前模块(FEM)的一部分，PA会显著地影响无线发射机的性能。例如，无线PA的附加功率效率(PAE)在很程度上会影响移动设备的电池寿命，其线性度会影响接收机解调传输信号的能力。
分立元件与集成前模块在GSM和UMTS等技术发展的早期，移动设备通常会为每个GSM和UMTS无线电配备独立的放器。然而，LTE和WLAN技术的出现以及更多无线电频段的使用推动了对集成化程度更高的射频前技术的需求。
如今供应商正在尝试将更多设备封装到单个组件中，包括PA、低噪放器(LNA)，双工器和天线开关。因此，现在射频测试工程师的任务通常是测试高度集成的前模块(如图1所示)，而非一个独立的PA。尽管前模块测试所需的测量与分立组件的测量基本相同，但是测试集成前模块通常还需要额外的步骤来配置待测设备(DUT)。
WLAN前模块
图1. FEM通常将PA和LAN集成到同一个组件中
在分析射频PA的性能特性时，工程师会采用各种测量和测试技术来了解设备的增益、线性度和效率。在实际操作中，分析设备特性所需的具体测量取决于放器的预期用途。例如，尽管增益和效率等参数对于所有PA来说都很重要，但是用于无线通信传输的设备仍需要针对特定标准进行测量。误差向量幅度(EVM)作为PA重要的度量标准之一，就是用来衡量调制信号的质量，而相邻信道泄漏比(ACLR)是UMTS或LTE 射频重要的测量参数之一。
增益和输出功率
射频PA的两个重要特性是增益和输出功率。增益用来表示设备输入功率与输出功率之间的关系。通常当PA的增益在较宽的输入功率电平范围内维持相对恒定，但是当输出功率趋近于设备饱和区时，增益开始下降。这一效应称为增益压缩。
图2. 典型PA中输入与输出功率的关系曲线
分析PA可用输出功率的常用方法之一是测量1dB压缩点。如图2所示，1dB压缩点是指PA提供的增益比其在线性工作区域提供的增益小1dB 的工作点。例如，如果PA在其线性工作区域的增益是18dB，则1dB压缩点是指PA正好提供17dB增益时的输出功率。
测试1dB压缩点时，可以使用经过功率校准的矢量网络分析仪(VNA)或射频信号发生器和射频信号分析仪的组合。使用射频信号发生器和信号分析仪的组合是测量1dB压缩点的快方法，可以使用连续波(CW)信号发生器或矢量信号发生器(VSG)进行此测量。
增益可作为输入功率的函数进行测量，这时可使用射频信号分析仪来测量信号发生器的功率电平并测量PA的输出功率。如图3所示，生产测试可用的一种优化技术是将VSG配置为生成斜坡波形，而非具有不同功率电平的一系列连续波(CW)。
通过使用矢量信号收发仪(VSA)采集斜坡信号，即可轻松地将输入功率与输出功率相关联，以定增益与输入功率的关系曲线。这种斜坡信号方法比针对不同的步骤对信号发生器进行不同的配置要快得多，并且可以节省宝贵的测试时间。
图3. 利用斜坡信号模拟PA来测量1dB压缩点
使用NI矢量信号收发仪实现快速功率伺服控制
NI PA测试解决方案采用的*技术是使用NI矢量信号收发仪(VST)实现基于FPGA 的功率伺服。传统的功率伺服控制是一个非常耗时的过程。然而，通过*在仪器FPGA上执行控制回路，即可实现快的功率收敛。如果将功率伺服算法从嵌入式控制器中分离出来并在FPGA上执行，测试软件就可以利用并行测量机制进行并行测量，从而显著降低测试时间和测试成本。有关使用NI VST进行快速功耗测量的更多信息，请访问PA测试的FPGA 伺服控制提高增益和功率测量精度的一个重要技术是在仪器和待测PA之间使用小型 衰减器。在PA输入和输出功率上使用在线式固定衰减器，可以显著减少由于失配引起的功率不定性，如图4所示。
图4. 仪器和PA之间的衰减器有助于优化失配不定性。
利用功率计校准功率测量
使用功率计或VSA可以测量PA的输出功率。过去，功率计通过测量功率成为准的功率测量方法，准度在±以内。但是现在，矢量信号分析仪(VSA)配备了板载校准标准等工具，可提高测量功率的准度。VSA，如NI PXIe-5668R，仅仅使用板载校准功能就可以实现±的功率测量准度，如果使用参考校准标准(如功率计)，就可以达到更高的功率准度。
总体说来，尽管功率计可以比VSA更加精地测量射频功率，但VSA在测量待测设备的输出功率和增益方面有如下优势。先，VSA可以使用单个仪器进行多种测量，具有便捷性。此外，与功率计相比，VSA可以更快地测量功率，正因如此，在自动化射频测试应用中，许多工程师往往使用VSA，结合 1dB压缩点来测量功率。
测量功率和增益的一个重要步骤就是使用功率计校准系统设置。完成该校正步骤先需将功率计连接至待测设备输入的参考平面，如图5所示。使用功率计，我们可以在各种频率下测量信号发生器以及衰减器和线缆的总输出功率。设置好此步骤以后，我们就获得了信号发生器在功率计的功率精度范围内的特性。
系统校准图5. 系统校准通过两个步骤完成，即使用功率计校准信号发生器和信号分析仪。
校准信号发生器设置完成后，可直接将信号分析仪装置连接至信号发生器装置，信号分析仪装置包括仪器、电缆和衰减器等。利用信号发生器生成的校准响应，并假设使用功率计进行的测量结果正无误，就可以定信号分析仪装置的测量偏移。执行完以上校准步骤后，即可参考功率计的结果，更准地测量输出功率和增益。
使用VNA测量增益
尽管在自动化测试应用中，测量PA增益常见且快速的方法是使用VSG和VSA，但是也可以使用VNA来测量PA的增益。使用二口VNA测量PA的增益时，将VNA的口1连接至PA输入，将VNA的口2连接至PA输出，然后 测量S21系数，S21即PA的增益。
使用VNA测量PA增益的一个关键问题是保PA的输出功率不会达到饱和或是 损坏VNA接收器。在这种情况下，外部衰减的量会显著影响S21测量的准性。虽然许多VNA具有的安全输入功率电平通常在1W(+ 30dBm)量，但是当仪器在接近功率电平下工作时，测量准性通常会降低，因为与VSA相比，VNA的可编程衰减器范围通常更窄。
使用VNA对PA进行精测量需要注意口2输入的功率电平。一般说来要保PA的源功率和VNA口2的输入功率基本相等。因此，如果希望PA产生20dB的增益，则应在PA的输出和VNA口2之间连接一个20dB的衰减器，如图6所示在PA的输出使用衰减器和在VNA口2使用衰减器的一个重要差别是对校 准参考平面的影响。无论是使用短路-开路-负载-直通(SOLT)的方法还是使用自动校准套件来校准VNA，参考平面都应尽可能靠近待测设备。
使用外部衰减器时，测量系统的校准应考虑到衰减器和所有相关电缆以及路径中的所有连接件，如图7所示。对于使用信号路径中的衰减器来校准测量系统的情况，测量得到的VNA S21即为增益。有关VNA校准的更多信息，请访问，查看网络分析仪测量介绍。
理解参考平面
图7. VNA校准参考平面必须扩展到外部衰减器之外
回波损耗和反向隔离
虽然增益等参数的测量在技术上不需要使用VNA，但是回波损耗和隔离的测量实需要完整的网络分析。针对回波损耗和反向隔离的仪器设置取决于要分析的是PA的小信号行为还是信号行为。小信号是指在线性工作区域内的信号，信号是指在非线性工作区域的信号。测量小信号行为时，可以使用VNA精测量S11(输入回波损耗)和S22(输出回波损耗)。
在某些情况下，测量输出回波损耗可能需要对测试配置进行微调，如图8所示。PA输出和VNA口2之间所需的衰减可能相对较高，尤其是对于高增益PA。在这种情况下，高PA增益和相对较低的回波损耗会产生功率极低的反射信号，并由VNA的口2进行测量。因此，对高增益PA进行精的S22参数测量通常需要使用衰减器来生成比放器增益更低的损耗。在这些情况下，通常针对S11、S12和S21测量使用一个衰减值，针对S22测量使用另一个衰减值。
在生产测试中使用STS快速测量S参数
NI半导体测试系统(STS)是一款全自动化生产测试系统，采用全新的方法来测量生产测试中的S参数。该系统结合了口模块(port Module)与NI矢量信号收发器(VST)。除了开关和预选功能之外，口模块包含的定向耦合器可以有效地将VST转换成VNA。因此，可以在生产测试环境下快速测量S参数，而不需要使用其他仪器。S参数测量使用多口校准模块进行校准，该模块可以自动校准多达48个RF口。有关NI STS的更多信息，请访问/semiconductor-test-system。
测量S参数
图8. VNA可用于测量反向隔离和回波损耗
在信号条件下测试PA时，测试配置要复杂得多。在信号条件下，很一部分输出能量被转换为谐波，而无法被传统VNA捕捉到。因此，完整分析PA的信号性能特征的需要使用信号网络分析仪(LSNA)或负载牵引测试台，如图9所示。由于在信号条件下测量S12和S21系数更加困难，一种解决方法是将S21系数性能作为输入和/或输出阻抗的函数进行测量。在这种情况下，可编程调谐器放置在待测设备的输入或输出。
基本负载-牵引测试配置
图9. 基本负载-牵引测试配置的原理图
尽管这种方法不能直接测量输入阻抗(S11)或输出阻抗(S22)，但是可以 通过反复试验来估算使PA达到高性能或效率的输入/输出阻抗。需要注意的是，典型的配置是将CW信号发生器来供电并使用功率计进行测量。现在可以使用VSG来生成调制信号，并使用VSA来分析调制信号，进而测量PA的信号性能近不论我们身处何方，关于工业物联网(IIoT)的讨论都会不于耳。而且，对于不同的行业，这一趋势表现在不同的方面。例如，工业4.0是为生产设备发展出来 概念。在电网域，IIoT表现为智能电网;石油和天然气行业的IIoT则体现在井场数字化。虽然IIoT的不同形式有其特定表述和流程，但是IIoT所提供的技术和优势却是致相同。虽然行业先者都渴望利用IIoT，但很难想象到2020年500亿台设备连接起来是何种场景1。家估计，在2015年至2025年间部署的这些新网联设备中，有半数将来自工业域2。这意味着工程师和科学家将是工厂、测试实验室、电网、炼油厂和基础设施域实现IIoT的驱动者。
对于IIoT，工程师可以期望获得三个主要好处
● 通过预测性维护增加正常运行时间
● 通过边缘控制提升性能
● 通过真实的网联数据改进产品设计和制造
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