英语原文共 6 页
基于LabVIEW的电力分析仪虚拟仪器
Jen-Hao Teng* Shun-Yu Chan ** Member IEEE *Department of Electrical Engineering, I-Shou University, Kaohsiung, Taiwan, R. 0. C.
Jin-Chang Lee* Roy Lee* **Department of Electrical Engineering, Cheng-Shiu Institute of Technology, Kaohsiung, Taiwan, R. 0. C.
摘要：
本文开发了一种基于PC机的电力分析仪虚拟仪器。开发了一种可集成到现有虚拟仪器系统中的实用虚拟仪器，而非理论研究。本文开发的功率分析仪功能包括谐波分析仪和瞬时功率测量。所提出的虚拟仪器是基于微软Windows95/98操作系统工作台下的LabVIEW（实验室虚拟仪器工程工作台）语言。根据用户的要求，可以扩展该方法的能力。本文提出了一种功率分析仪的子视觉系统，利用该子视觉系统可以实现软件集成电路（IC）的思想。本文开发的所有SUB-VIS均免费用于非商业用途。
关键词：虚拟仪器、功率分析仪、谐波分析仪、瞬时功率测量、LabVIEW、软件IC
绪论
近年来，随着个人计算机（PC）的广泛应用，人们对启发式应用在VIS开发软件工具和远程计算机互连工具上的兴趣不断增加。这主要是由于实验实验室的成本可以降低，发展速度可以加快。为了简化可编程测量系统的设计、实现和使用，引入了电力系统中应用最广泛的虚拟测量系统。可视化编程允许测量算法的直接实现，甚至对那些不擅长计算机编程的人也是如此。实际上，该算法是通过以图形方式选择和互连系统开发库中可用的功能块而创建的。类似于真实仪器的图形界面使习惯于使用传统仪器的个人更直接地使用和理解vi[1-71]。
一个最吸引人的事实是，一个开发良好的vi可以被视为一个软件IC，然后可以用来设计一个大型或复杂的系统。对现有VIS的重用使开发新的VIS更加容易。由于这些原因，许多计算机语言被设计用来克服受控硬件、软件与不同操作系统之间的连接困难，传统的语言难以处理。这些新的计算机语言如JavaScript、VB脚本、Borland C Builder、Visual Basic和LabVIEW等都适合于软件应用的开发。在VI的研究中，Borland C Builder和LabVIEW语言得到了广泛的应用。Borland C Builder语言具有可视化和面向对象编程的优点，在硬件和软件的集成方面具有强大的功能。它几乎是一种无约束的语言。LabVIEW是一种基于数据流和图形的语言；这种语言非常适合设计人机界面。LabVIEW以两种不同的形式与用户交互：1）可设计数据流和控制功能的方框图；2）可通过直接光标手动控制显示和访问开关、计数器和图形的前面板。
本文提出了一种基于PC机的功率分析仪虚拟仪器。而不是理论研究，一个实用的六，可以集成到现有的六。本文研制的功率分析仪主要功能是谐波分析仪和瞬时功率测量。本文研制了功率分析仪的部分子视觉系统，所研制的子视觉系统全部免费供非商业使用。
- 虚拟仪器的架构
所提议的虚拟仪器的硬件结构如图1所示。国家仪器的PCI-6024E
图2显示了功率分析仪的前面板。从图2可以看出，该VI是一个具有两个功率分析仪功能的通用示波器，即谐波分析仪和功率测量仪。示波器提供四个通道用于数据采集、数据保存和波形显示。它还有两个通道来读取以前保存的数据文件。当使用该示波器作为功率分析仪时，用户可以利用图2底部所示的电压通道和电流通道来分别决定哪个通道将是电压样品和电流样品。数据采集采用奔腾i1（350）PC机分别作为VO设备和VI终端PC机。
图3所示为所提议的VI的方框图。方框图由节点、端子和电线组成。节点是程序执行元素；它们可以类似于基于文本的编程语言中的语句、子vis、函数和子例程。终端是数据在方块图和前面板之间或方块图节点之间传递的端口。终端类似于参数和常量。电线是终端之间的数据路径；数据只能从一个源终端流向一个或多个目标终端。不同的线模式表示不同的数据类型。在本文中，为了简化图形表达式，我们使用-表示一个数组，使用-表示一个标量。例如，为示波器设计了一个用于选择输入通道和输出波形的子VI DAQ，如图4所示。在图4中，可以看到子VI有10个端子。数据输入采用通道A-D、样本数、扫描速率6个端子，波形输出采用波形A-D 4个端子。利用采样数和扫描速率的输入对数据采集装置进行编程。
控制LabVIEW程序执行的原理称为数据流。只有当数据在所有输入终端都可用并向所有输出终端提供数据时，节点才会执行。执行完成后，数据立即从源终端传递到目标终端。
- 功率分析仪功能
第2节介绍了所提议的功率分析仪的基本功能，并将其用作示波器。本节详细介绍了功率分析仪的高级功能，包括谐波分析仪和功率测量。功率分析仪的理论背景见[8-141，此处未显示
谐波分析仪
为了开发谐波分析仪（ha）vi，首先需要设计以下子vis。谐波成分（HC）：子VI HC设计用于执行谐波分析。其节点端子如图5所示。在子VI中，我们使用快速傅立叶变换（FFT）来处理采样数据并显示谐波频谱。各阶谐波频率和谐波电流容易得到。
总谐波失真（THD（%）：子VI THD（%）用于计算采样数据的THD。其节点端子如图6所示。如果谐波电流是从SUB VI HC获得的，则可以计算采样数据的THD。
频率分析（fa）：子VI fa用于查找系统频率。其节点端子如图7所示。通过对采样数、扫描速率和采样信号的综合，可以得到系统的频率。
通过使用上面开发的子vis，我们可以像设计一个IC的接线一样设计vi-ha的框图。Vi-ha的框图如图8所示，可以像9针软件芯片一样使用。该VI的节点终端如图9所示。
功率测量
为了开发功率测量（PM）VI，需要首先设计以下子VIS。
瞬时功率（IP）测量：SUB VI IP用于计算瞬时功率并输出其波形。其节点端子如图10所示。输入端为电压采样和电流采样，输出端为瞬时功率波形。
平均功率（AP）测量：子VI AP用于计算平均功率。其节点端子如图11所示。通过求取子VI IP计算出的瞬时功率值，即可得到平均功率。
功率因数（PF）计算：SUB VI IP用于计算功率因数和功率角。其节点端子如图12所示。利用子VI-FA的电压采样、电流采样、扫描速率和系统频率，可以得到功率角和功率因数。
通过使用上面开发的子VI，我们可以像图13所示的9针芯片那样设计VI PM的框图。该VI的节点终端如图14所示。
利用所开发的子视觉系统作为软件集成电路，可以非常有效地开发功率分析仪。唯一需要做的工作是在子VIS之间连接电线，然后很容易获得功率分析仪的功能，如谐波分析仪和瞬时测量。该方法效率高、实用性强，适用于工业应用，所研制的子视觉系统对功率分析仪的研制具有重要意义。
- 实验结果
为了确保所提出的虚拟仪器能够应用于实际电力系统，已经进行了许多实验。这里只介绍一些简单的实验结果。利用图2所示的数据样本，选择A通道作为电压样本，B通道作为电流样本，电流样本的谐波分析结果和功率测量结果分别如图15和16所示。从图15可以清楚地看到，显示了每一阶的THD、系统频率和谐波频谱。相应的谐波电流和各阶谐波频率也如图15底部所示。电压波形、电流波形、瞬时功率波形如图16所示。功率因数和功率角也可在图16中找到。
- 总结
本文提出了一种基于PC机的功率分析仪虚拟仪器。本文不是理论研究，而是一个非常实用的研究。本文研制了一种功率分析仪的子视觉系统，它不仅可以用于未来的研究，而且还可以用于工业和学术研究的应用。与传统仪器相比，我们可以发现虚拟仪器具有以下优点：
用户定义仪器的功能。
子VI可以被其他应用程序重用。
发展速度可以加快。
不同工作台仪器之间的连接。会更容易。
研究和设计成本可以降低。
半导体激光器：基础与技术
S.K.Mehta、Alok Jain和Deepti Jain
摘要
激光二极管已成为用于人类活动不同领域的光电系统的重要组成部分。要了解激光二极管，必须了解其工作原理、不同类型的二极管激光器及其在不同系统中的应用等基础知识。本章主要介绍与激光二极管基础知识及其发展技术有关的方面。在教派中。5.2介绍了半导体基本原理、工作原理和激光二极管发射的各种结构。在教派中。5.3介绍了材料结构的发展和激光二极管的制造技术。激光二极管的特性也包含在同一部分中。第5.4节介绍了激光二极管和阵列的各种应用。
关键词：半导体激光器基础知识bull;二极管激光器配置bull;激光二极管的制造bull;激光二极管的包装和特性bull;激光二极管的应用
5.1引言
由于激光二极管和阵列能够以较高的光电效率提供合理的高光功率，覆盖大范围的波长谱（0.350-300 m），具有更小的尺寸和更长的工作寿命，并且与其他激光器相比更加可靠，因此它们变得越来越重要。激光二极管的这些特性使其在直接使用和作为固态和光纤激光器的光泵源方面非常有用。激光二极管是一种半导体p-n结光源，由于在谐振腔中注入穿过结的电子和空穴的辐射复合而使用电致发光。在本章中，我们主要考虑与激光二极管基础及其发展技术相关的方面。在教派中。5.2介绍了半导体基本原理、工作原理和激光二极管发射的各种结构。在教派中。5.3介绍了材料结构的发展和激光二极管的制造技术。激光二极管的特性也包含在同一部分中。第节介绍了激光二极管和阵列的各种应用。5.4。有大量的书籍和评论文章，其中一些在最后的参考章节中给出，以供进一步研究[1-8]。本文将为激光二极管领域的初学者提供有用的指导。
5.2半导体激光器基础
在本节中，首先介绍半导体的基础知识，然后介绍激光二极管。
5.2.1半导体基础
在讨论激光二极管之前，简要介绍了半导体的基本原理，重点介绍了半导体光源的物理概念。在半导体中，存在着一组相互非常接近的能级（可用于电子），这种能级组称为带。上一组能级称为导带。较低的一组能级叫做价带。这两个波段由一个禁止的能隙或能隙分开，如图5.1所示，是绝缘体、半导体和金属的理想能带表示。在绝缘体中，带隙非常大（6-10 eV）
图5.1绝缘体、半导体和金属的能带示意图
因此没有自由电子参与电流传导。在金属中，导带部分填充为导带和价带重叠，因此没有带隙，导带很容易发生。在半导体中，带隙（lt;3eV）不如绝缘体大。在室温下，由于热扰动，一些电子从价带上升到导带，产生了自由电子空穴对。价带中产生的空位，也称为空穴，等于带正电的粒子。这些电子和空穴在电场作用下可移动并产生电流。
下面给出的费米函数[6]描述了半导体带能级中电子的分布。
（5.1）
其中k是玻尔兹曼常数，t是绝对温度，ec是导带边，ef是费米能级。ef是一个能级，在这个能级上电子占据的概率正好是一半。
半导体的一个重要特性是，它的导电性能可以通过掺杂杂质来调整。这些杂质导致n型（过量电子）或p型（过量空穴）半导体。一种半导体可以制备成一部分为p型，另一部分为n型，以形成p-n结[6，9]。当半导体的p区偏压为正时，p区的空穴和n区的电子被注入结中。它们与带相反电荷的载流子复合，并在过程中释放多余的能量，主要是作为间接隙材料（如Si）中的热量，或主要作为直接隙材料（如GaAs）中的光。
用于激光二极管的半导体有一个直接的带隙。这些材料的导带能量最小，正好与能动量图（E-K）上的价带能量最大值（在相同动量下）一致，如图5.2所示。在间接带半导体中，导带能量的最小值与价带能量的最大值不一致[6]。从这种半导体中吸收或发射光子必须伴随着声子的发射或吸收来保持动量。在直接间隙半导体中，辐射跃迁的概率要高得多，因为这种直接跃迁不需要声子参与。发射光子的能量等于半导体的带隙能量。
5.2.2激光二极管操作基础
为了描述激光二极管的基本工作原理，我们需要了解光与物质的相互作用。在与光的相互作用过程中，类似于孤立原子的半导体可经历三个过程[7]，即吸收、自发发射或受激发射。必要的条件
要发生的激光作用是受激发射应在上述三个过程中占主导地位。任何类型的激光器运行所需的三个主要条件是
（a）产生种群反转的抽水机制
（b）能放大在其内传播的电磁辐射的增益介质
（c）获得共振条件的反馈机制
半导体激光器中的激光作
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