爆破信号远程监控与测量解决方案

在产品试验阶段，我们需要对爆破信号数据进行捕获分析。信号的捕获一般使用各类传感器或接收装置，再将得到的信号传送至测量设备进行分析。由于爆破现场存在较高的危险性，禁止测量人员近距离监测。因此，我们需要使用远程监控的方式来操控测量仪器。

本文主要结合R&S RTE（Win7平台）示波器来描述爆破信号远程监控与测量解决方案，监控测量所需设备如下：

·  RTE1054（500MHz带宽、5Gs/s采样率）示波器

·  PC电脑（Win7）1台

·  普通网线1根（长度根据监控距离而定）

R&S RTE系列示波器是基于Win7操作平台的高性能示波器，我们可以使用装有Win7系统的PC通过远程桌面（Remote Desktop）来对示波器进行远程控制操作，完成诸如波形查看、测量、存档等所有常用操作功能。

1. 远程监控环境搭建：

（1）打开RTE示波器及PC机，使用网线直连或LAN局域网方式连接PC机与示波器；

（2）在PC机上点击“开始”，在弹出的搜索框中输入“mstsc”，回车；

（3）弹出远程桌面的界面，如下图所示：

 

（5）输入示波器IP地址后，点击远程桌面对话框中的“Show Options”选项，在“Display”显示子页中，将远程对象的屏幕分辨率设置为“Full Screen”全屏；

（6）在“Local Resource”本地资源子页中，点击“More…”按钮，弹出框中选中“Driver”驱动器选项，点击“Ok”。在远程示波器上共享本地PC资源，方便远程文件传输；

（7）此时，点击远程桌面对话框中的“Connect”连接按键，弹出警示对话框，继续选择“Connect”；

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（8）在弹出鉴权对话框中选择“Instrument”用户登录，输入登录密码：894129；

（9）弹出安全提示框，继续选择“Yes”；

（10）此时远程桌面进入示波器界面如下，可以通过选择界面底部的菜单完成详细的示波器操作；

（11）在PC机上按下“F11”按键，即可出现示波器虚拟按钮，此时可通过鼠标点按各种按键完全模拟真实的示波器操作，包括测量、统计、存储等；

（12）如果希望将存储在示波器上的文件进行远程传输，传至PC机。首先最小化示波器操作界面，然后打开示波器桌面上的“Computer”我的电脑，可以看到PC机侧的资源硬盘，如图所示；

（13）此时先复制示波器本地存储文件（一般在桌面“User”文件夹下），然后粘贴至PC机本地资源相应的硬盘内即可；

（14）远程任务结束后关闭远程桌面窗口；

（15）在示波器侧，选择“Instrument”账户登录，登录密码：894129；

（16）登录示波器后，即可解除远程桌面锁定，示波器可以正常使用了！

注：如果您使用的是老版本的基于Win XP操作平台的R&S RTO示波器，希望使用Win7 PC远程控制，由于系统不兼容，我们推荐您使用VNC远程控制软件，具体使用方法请参考：http://cdn.rohde-schwarz.com/pws/dl_downloads/dl_application/application_notes/1er01/1ER01_0E_RTO-RemoteMonitoring.pdf

2. 爆破信号的测量与分析：

远程控制环境搭建完毕，接下来我们就可以在PC端直接操控示波器，完成信号测量的各项工作。

一般而言，我们需要对爆破脉冲信号的幅度、脉宽、上升/下降时间、占空比/周期/频率（如果是周期脉冲的话）等参数进行测量。对于一般示波器而言，这些工作都能胜任。而R&S RTE示波器具备一键测量Quick Meas功能，只需一次单击屏幕上方的一键测量快捷工具，即可显示常用的8大参数。且这8大参数可以编辑，根据用户喜好度来定义。如此一来，用户不必每次从测量类型中仔细查找所需测量项，大大提高了测量效率。

每次爆破试验可能会对多个实验品进行测试，即我们需要在一定时间内捕获分析N个脉冲波形。同时对多个脉冲波形测试通常使用两种方法。

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第一种方法是将示波器的水平时基调大，使得一次捕获N个脉冲。需要对哪个脉冲进行测试时将其调整至屏幕中央位置，然后将水平时基延展开进行测量。由于示波器的存储深度均有限，当水平时基很大时，示波器的采样率就会急剧降低。采样率降低对测量脉冲波形很不利，尤其是上升/下降时间等参数。

经过分析不难看出，此方法有此弊端的主要原因是大量记录深度被用在无用的静默时间波形上，存储深度利用率有限！

第二种方法是利用示波器的History历史回放功能。此时，示波器的水平时基范围只需稍大于单个脉冲波形的长度即可。我们可以定义一个示波器捕获脉冲的个数N，待N个脉冲捕获完毕之后可重复回放N个脉冲，并分别单独进行测试。

这种方法就使示波器丢掉脉冲间的静默时间段，从而有效利用示波器的存储深度，提高采样率，最终得到更加真实的脉冲波形。R&S RTE示波器标配有History历史波形回放功能，可有效完成多脉冲测量任务。如下图，R&S RTE示波器捕获了5个脉冲的示意图。

频域方面，我们主要对爆破脉冲的频谱进行分析，以确定主要能量集中区域。如下图，示波器连续捕获了5个脉冲波形，利用R&S RTE的FFT频谱分析功能，得到色温显示的频谱。

 图示频谱带宽为0-20MHz，时域波形的主要能量也就集中在这一带宽之内，再高的频段内的能量已经十分微弱。由于时域波形同时包含了爆破脉冲和脉冲之间的噪声信号，因此我们需要做频谱分离，以区分哪些属于噪声信号哪些属于脉冲信号？

利用R&S RTE示波器的Gate FFT即门控FFT频谱分析功能，RTE示波器可以分析时域波形某一段时间内波形的频谱。

 如下图所示，在原始时域波形上，分别对两个窗口内的波形进行频谱分析。第一个窗口只包含单独一个脉冲，第二个窗口包含两个脉冲之间的噪声信号。从而得到两个频谱，分别对应脉冲和噪声的频谱。

根据分析结果可知，原始时域波形整体频谱中蓝色的波瓣状频谱属于爆破脉冲，而红黄色带状频谱属于噪声频谱，整个噪声主要能量集中在3MHz带宽内，主要属于环境噪声。

频谱分离的结果也进一步验证了频谱色温显示的含义。在色温频谱显示中，蓝紫色区域表示频谱出现的概率低，红黄色区域频谱出现概率高。由于噪声是一直存在的，所以其对应的带状频谱呈现红黄色，而在时域上间隔出现的爆破脉冲出现的概率相对低，所以其频谱对应蓝色区域。

通过频域分析，我们可以大致得出爆破信号能量主要集中在20MHz带宽以内，环境噪声主要集中在3MHz以内。时域和频域的综合分析使得我们对整个爆破脉冲的特性有了充分了解，示波器时频域分析性能是我们得出测量分析结果的有力工具。