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FRA5022是測量頻率範圍為0.1mHz∼100kHz的頻率特性分析儀。本機操作簡捷、使用方便、主機殼薄型設計、節省空間。非常適合用在生產線和系統設備的組裝上。
頻率特性分析儀（FRA）採用了數位傅裡葉積分方式，具有優越的雜訊抑制特性，能高精度測量被測物件的頻率響應特性。本機的應用範圍極其寬廣，包括伺服系統和開關電源等的穩定性評價，燃料電池的交流阻抗測量等電子線路和電子材料的測量以及機械和電化學等各種領域。 |
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 說明 |
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適用於伺服特性分析,諧振分析,燃料電池組抗分析
FRA5022是測量頻率範圍為0.1mHz∼100kHz的頻率特性分析儀。本機操作簡捷、使用方便、主機殼薄型設計、節省空間。非常適合用在生產線和系統設備的組裝上。
頻率特性分析儀（FRA）採用了數位傅裡葉積分方式，具有優越的雜訊抑制特性，能高精度測量被測物件的頻率響應特性。本機的應用範圍極其寬廣，包括伺服系統和開關電源等的穩定性評價，燃料電池的交流阻抗測量等電子線路和電子材料的測量以及機械和電化學等各種領域。 |
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特點 |
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採用數位傅裡葉運算方式和自動校正功能，常能進行高精度的測量。 |
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覆蓋了電化學測量和機械系統伺服特性分析所需的最佳頻率範圍，適用于範圍寬廣的各種應用。 |
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自動量程切換功能和高解析度A/D變換器確保了寬闊的動態範圍。即使其輸入電平具有大幅度改變，也能進行可靠的測量。 |
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振盪器輸出信號和分析部分的各個通道，與機殼之間以及輸入輸出之間都相互絕緣，所以在測量伺服環路特性時可方便地注入信號，並可事先防止因連接錯誤而導致的設備毀損和測量誤差。 |
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由於兩個通道同時取樣，所以能縮短電化學領域中超低頻範圍的測量時間。 |
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只需按動單鍵即可切換和調用預置的多種設定，以追求作為生產線用設備的使用便捷性。 |
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高度只有88mm（2U）的薄型主機殼設計，可節省空間，最適宜於組裝到機架系統之中。 |
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配備3.5英寸彩色液晶顯示器，可將測量結果用圖形方式（伯德圖）和數值方式顯示出來。 |
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是標準配備軟體。可將測試資料讀入電腦並以圖形來進行顯示。此軟體不但具有豐富多彩的圖形顯示功能，還可用CSV格式保存其測量資料。
產品應用 |
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開關電源的環路特性測量 |
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光碟/磁片的伺服特性測量 |
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壓電元件的諧振特性測量 |
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電子線路和電子材料的測量以及機械和電化學等各種領域 |
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FRA是由掃頻振盪器、 電壓表和相位表組成的。 通過數位傅裡葉計算*， 並以振盪器為基準， 能夠同時且高精度地求出電壓與相位的值。 當一個頻率上的測量結束時， 就轉移到下一個頻率， 自動反復進行同樣的測量。 這與我們通常使用獨立的振盪器、 電壓表和相位表所進行的操作一樣。 因此， FRA的設定忠實於基本原理、 非常容易理解。 此外， 因為根據不同的測量點能夠改變電壓表的量程， 所以可以遠遠超過類比數位（A/D）變換器的有效位數所引起的限制， 獲得高動態量程的測量。 |
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 *傅裡葉計算方式:
是一種計算測量值與基準值（正弦波信號源）的乘積的積分的方法， 與計算傅裡葉級數的基波的運算相同。 對於外部干擾等非同步分量， 以與積分時間的平方根成比例地衰減。 |
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本特集是關於用頻率特性分析儀來進行「傳輸特性測量」的特集。請務必參閱。 |
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用頻率特性分析儀評估開關電源的穩定性 |
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環路增益和輸出阻抗的測量， 對於定量評估開關電源的穩定性是不可或缺的。本資料對此進行詳細講解。 有關測量構成開關電源的元件的特性、 以及測量影響輸出電壓品質的電解電容器的阻抗等， 也分別進行介紹。 |
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頻率特性分析儀技術解說集 |
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詳細講解FRA的測量原理、 以及使用FRA進行頻率特性測量的方法。 包括以實測資料為基礎介紹具體的測量方法、以及為正確測量而所需掌握的注意事項等豐富且實用的資訊。 是實際使用FRA的各位使用者必讀資料。 |
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何謂傳輸特性 |
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「傳輸特性」就是被測定物傳輸（傳遞、傳導）電氣、熱、振動等物理量的條件或狀態，是為了掌握被測定物的行為、反應、舉動等所需要的重要參數。 |
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對於音訊放大器來說，相當於放大倍數。對於溫度感測器來說，熱（輸入）與電氣信號（輸出）之間的關係就稱作傳輸特性。
電氣阻抗是電壓與電流之比值，所以，只要掌握了輸入的電流和輸出的電壓，阻抗特性也可以說是一種廣義上的傳輸特性。 |
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如何測量傳輸特性 |
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因為熱或振動等物理量處理比較困難，所以通過變換器或感測器，將其轉換成為比較容易處理的電氣信號再進行測量。實際上，不只是單純的輸出與輸入的比值，回應速度和頻率回應特性也是重要的參數。著眼於回應速度的傳輸特性，稱作「時間域（或時域）的傳輸特性」；著眼於頻率回應特性的傳輸特性，稱作「頻率域（或頻域）的傳輸特性」。 |
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時間域的傳輸特性 |
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容易將波形用圖形表示出來，但是數值的管理比較困難
----> 使用的測量儀器：用示波器觀察波形 |
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頻率域的傳輸特性 |
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測量儀器常常很複雜，但是可以進行面向數值管理的精密測量
----> 使用的測量儀器：頻率特性分析儀（FRA）、FFT（快速傅裡葉變換）分析儀 + 振盪器 |
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測量傳輸特性的難點 |
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使用場合不同而有所不同，但對傳輸特性測量儀一般有以下要求：
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寬闊的頻率範圍 （1mHz∼1kHz、1Hz∼1MHz等）
雜訊抑制能力強 （會影響測量的可重複性、精度等）
測量速度快 （提高生產效率） |
當然，測量精確度高無疑是重要的條件。
在本特集中，將詳細介紹可精密測量的頻率域中的傳輸特性測量實例，以及能夠容易地實現這種測量所需的測量儀器。 |
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 在測量傳輸特性時，要使用什麼樣的儀器？ |
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 測量傳輸特性的儀器 |
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●有內置信號源的FFT（快速傅裡葉變換）分析儀（FFT伺服分析儀） |
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●頻率特性分析儀（FrequencyResponse Analyzer） |
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這兩種儀器都具有測量用內置信號源。對於通過被測量電路前後（輸入與輸出）的信號，分別進行數位化計算（傅裡葉變換），然後求出放大倍數（增益）和相位，由此測量傳輸特性。下面，比較研究一下各種有關的測量儀器。 |
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不同的測量原理 |
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FFT（快速傅裡葉變換）方式中所使用的測量信號（內置信號源），有脈衝和隨機雜訊、掃頻標記等。其任意一種都含有寬闊的頻率分量（寬頻譜）。 |
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用FRA进行测量的信号源，是频率确定的正弦波。为了在宽阔的频率范围内测量传输特性，对每一次测量稍稍改变频率（频率扫描）、反复进行测量。 |
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测量的正确性 |
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FFT方式是用固定的量程来进行测量的。这样，微小的信号分量就会埋没在噪声中，增大了测量误差。
而FRA方式每一次只能测量一个频率分量，所以可在此时自动地设定最佳的量程。也就是在测量微弱的信号时，通过提高灵敏度来进行测量，所以能够用良好的信噪比（良好的测量精确度）来进行分析。 |
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频率分辨率可自由设定 |
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在FFT方式中，所得到的分析结果是在频率轴上等间隔的电平数值。所以，如果将频率轴取对数，那么在低频部分数据就会很稀疏，而在高频部分又为极端密集。
与此不同，在FRA方式中，能够设定任意的测量频率点进行测量，所以也可以在对数轴上有等间隔的测量数据。 |
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比较项目 |
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信号源 |
正弦波 |
脉冲或者噪声、扫频标记等 |
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由测量信号使系统饱和的可能性 |
安全、放心
（饱和的可能性小） |
测量时需要注意
（饱和的可能性大） |
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动态量程 |
非常宽阔
自动量程切换 |
狭窄
用一个量程测量 |
频率分辨率
（测量点的分布） |
任意（可细可粗）/对于频率按照对数分布（对频率取对数时的分布） |
由取样来决定/对于频率均匀分布（如果将频率用对数方式表示，低频端比高频端分布稀疏） |
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测量信号的注入 |
容易（隔离信号源） |
需要仔细考虑 |
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窗函数的设定 |
不要 |
需要（从多个中选择） |
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测量步骤 |
1. 输入被测定物的频率范围和分辨率（任意）
2. 确定信号电平和积分次数 |
1. 选择分析仪的频率量程
2. 确定信号的种类和电平
3. 选择窗函数 |
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测量值的平均值 |
用积分时间来设定 |
用取平均值的次数来设定
在伺服系统中必须取平均值 |
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「测量开关电源的稳定性」
～开关电源的稳定性是用什么样的方法来测量的？～ |
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环路特性，可以说对于开关电源的稳定性起着决定性的作用。如果环路特性不良，那么电源的稳定性就会低落，当输入电压或负荷发生变化时，就可能产生自激振荡或者寄生振荡。通过测量环路特性，并求得相位容限和增益容限，就可以定量地评估开关电源的稳定程度。
为了提高输出电压的精确度，需要确保有很大的环路增益。但是，在有直流分量重叠的情况下，要用数10Hz以下的低频信号来测量增益和相位特性等，一般来说是很困难的。
频率特性分析仪FRA 5095/FRA 5096具有很强的直流分量消除能力，即使在超低频（0.1mHz∼）的情况下，也能除去最大为200Vdc的直流分量而进行测量。 |
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相位容限和增益容限的指标 |
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测量的正确性 |
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FFT方式是用固定的量程来进行测量的。这样，微小的信号分量就会埋没在噪声中，增大了测量误差。
而FRA方式每一次只能测量一个频率分量，所以可在此时自动地设定最佳的量程。也就是在测量微弱的信号时，通过提高灵敏度来进行测量，所以能够用良好的信噪比（良好的测量精确度）来进行分析。 |
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频率分辨率可自由设定 |
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在FFT方式中，所得到的分析结果是在频率轴上等间隔的电平数值。所以，如果将频率轴取对数，那么在低频部分数据就会很稀疏，而在高频部分又为极端密集。
与此不同，在FRA方式中，能够设定任意的测量频率点进行测量，所以也可以在对数轴上有等间隔的测量数据。 |
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相位容限[度] |
增益容限[dB] |
指 标 |
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20 |
3 |
严重的减幅振荡，数据极差 |
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30 |
5 |
少量的减幅振荡，数据较差 |
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45 |
7 |
临界阻尼，减幅振荡最佳响应时间 |
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60 |
10 |
合适数据 |
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72 |
12 |
希望作为基准的值，闭环响应中无峰值 |
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可在实际的动作状态下测量环路特性。 |
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可测量0.1mHz∼15MHz (FRA 5095は2.2MHz)的宽阔频率内的环路特性。 |
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最高为200Vdc的输出电压状态下，可以高精确度地直接测量开关电源的稳定性。 |
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「光信号拾取头的传输特性测量」
～谐振点是用什么方法来测量的？～ |
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用于DVD、CD-R/RW的光信号拾取头，具有一阶谐振点和二阶谐振点。为了使包括光信号拾取头在内的控制系统能够稳定地动作，就必须测量光信号拾取头的频率特性。 |
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* 能测量从0.1mHz开始的超低频。
* 在低频率时的测量速度高。
*通过自动高密度扫描，来自动提高谐振点附近的频率分辨率并进行测量。
*可在最大为140dB的高动态量程，能够进行高精确度的测量。 |
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「燃料电池的阻抗测量」
～内部阻抗是用什么方法来测量的？～ |
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燃料电池的内部阻抗，在发电时会导致损耗而引起电池内部发热、效率下降、以及使用寿命缩短。内部阻抗当然与构成燃料电池的材料有关，但也受到加工方法和工作条件很大的影响。高精度测量内部的阻抗特性，对提高电池效率和延长使用寿命等基本性能的改善、以及降低成本、加强品质管理等目的来说，也是非常重要的。
如果使用频率分析仪FRA 5095，就能够用“交流法”来高精确度地测量燃料电池的内部阻抗特性，能从超低频开始（0.1mHz∼）、以很高的频率分辨率（最高0.1mHz∼）进行测量。
测量结果能用科尔-科尔图在FRA上显示出来。
产品信息：燃料电池评估系统
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