什么是高压数字记录仪?

[拼音]：gaoya shuzi jiluyi

[外文]：digital recorder for H.V. measurement

用于进行高电压测量的数字记录仪和模数转换器。又称数字式瞬态记录仪、波形存储器。如果它本身配置有显示屏幕，则称为数字记忆示波器。高压数字记录仪于1973年首次问世，由于其优异性能而迅速得到发展，到80年代中期已相当广泛地在高电压测量中得到应用。

数字记录仪一般由前置衰减器(放大器)、模数转换器(ADC)、存储器和控制器等部分构成，其核心是模数转换器。常见的模数转换器有：

（1）扫描转换器；

（2）电荷耦合转换器；

（3）并行式转换器；

（4）带状电子束转换器。根据晶体时钟的控制，模数转换器定时地对其输入的电压模拟量进行采样和予以保持，并通过比较器进行量化，即转换成数值相近的二进制数，最后送入存储器中储存，以便在需要时输出。因而数字记录仪取得的是相应于输入模拟量的按一定时间分布的离散整数序列。

最基本的技术指标有分辨率、内存容量和最高采样率。分辨率是模数转换器具有的二进制代码的位数（比特），如8位比特，10位比特等。内存容量是数字记录仪所能存储的数据的数量。最高采样率指数字记录仪所能达到的最快采样速率。

数字记录仪的测量误差有量化误差、采样误差及动态误差等。量化误差是输入模拟量信号量化为二进制整数时所造成的误差(见图)。

分辨率为N比特的数字记录仪，其最大量化误差为满偏值的


或记为


LSB(Least Significant Bit，最小有效比特)。采样误差是非采样时刻的信号用邻近的采样点信号值来近似代替时所造成的误差。如图中所示的求输入信号最大值所造成的采样误差。显然，采样率越高，采样误差越小。动态误差是数字记录仪测量高速变化的信号时引入的一些附加误差。这类误差往往带有随机性，常用等效位来表征数字记录仪在高速信号输入时的这种特性。当N位数字记录仪输入标准的正弦电压时，在该输入频率下的等效位


由下式决定：

式中理想均方根误差是按所有采样值拟合成的曲线进行量化时所造成误差的均方根值，其理论值为LSB/


；实测均方根误差为各采样值与该拟合曲线之差的均方根值。

等效位的物理意义可以解释为具有动态误差的N 位（比特）的实际数字记录仪量测的均方误差与分辨率为


位(比特)的理想数字记录仪测量的均方误差相同。但均方误差相等并不意味着最大误差相等，所以等效位指标与量测的误差限之间没有直接关系。

数字记录仪应用于高电压测量时首先要考虑和解决的是：

（1）设计必要的衰减器、变换器或滤波器，将高电压、大电流信号转换成几伏的低电压信号，或者是将高电压隔离，仅提取出所要量测的微弱信号。

（2）数字记录仪和联用的微机都应有相当好的屏蔽和保护，以确保电磁干扰水平降低到足够小，例如，常用的电源隔离变压器、电源滤波器、单屏蔽或双屏蔽同轴电缆、全封闭或半封闭的金属屏蔽壳等。

数字记录仪在高电压测量中的应用有以下优点：

（1）量测易实现自动化，加快并简化了实验过程，可避免仪表读数的人为因素带来的麻烦。

（2）数据可自动存储和处理，并可将波形或数据处理的结果通过多种方式输出。

（3）数字记录仪的预触发功能不仅可在快速一次过程的量测中获得过程后的信息，而且也可获得过程前的信息。

（4）数字记录仪的测量精度有的已超过传统测量手段。通过数据处理方法还有可能消除测量系统引入的某些误差，进一步提高精度。

鉴于以上原因，高压数字记录仪已应用于工频、冲击的高电压、大电流的幅值测量、波形测量、频谱分析、相关分析、绝缘示伤及局部放电定位等方面，并将越来越多地代替传统的测量方法，开辟更广阔的测量领域。