一、引言

在新能源電池、功率半導(dǎo)體、柔性電子等前沿應(yīng)用場景中，材料常被置于快速脈沖、電壓尖峰或大電流沖擊的復(fù)雜工況下，其導(dǎo)電路徑、發(fā)熱行為乃至失效機(jī)理都會隨瞬態(tài)電氣條件而劇烈變化。如果只依賴穩(wěn)態(tài)直流或低頻測試，很容易低估材料在真實(shí)工作環(huán)境中的風(fēng)險和性能極限。通過系統(tǒng)地研究電壓-電流動態(tài)特性，研發(fā)人員能夠捕捉材料在微秒到秒級時域內(nèi)的響應(yīng)曲線，進(jìn)而量化其導(dǎo)電性衰減和熱穩(wěn)定性等相關(guān)特性，為配方迭代、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可靠性評估提供精準(zhǔn)依據(jù)。

本方案旨在為材料提供電壓-電流動態(tài)特性測試解決方案。通過激勵源對材料施加特定波形的電壓或電流激勵，使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集經(jīng)過材料后的電壓、電流等信號變化，以此分析材料的動態(tài)特性。通過對電壓和電流信號的精準(zhǔn)采集，可以實(shí)時監(jiān)測材料在不同電氣條件下的反應(yīng)，幫助用戶深入了解材料在實(shí)際工作狀態(tài)下的性能表現(xiàn)。這一過程對于評估材料的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和抗壓能力等特性至關(guān)重要，為材料的優(yōu)化與設(shè)計(jì)提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。

二、具體測試方案

2.1 測試系統(tǒng)原理

系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括激勵源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。激勵源提供可編程波形輸出，波形類型、信號頻率、幅值及直流偏置均可按客戶需求自由編輯。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過電壓采集模塊并聯(lián)在被測材料兩端，實(shí)時采集材料上的電壓信號，同時通過電流采集模塊串聯(lián)在回路中，監(jiān)測電流變化。通過數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，用戶可獲取精確的電壓、電流數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行實(shí)時時域波形查看和頻譜分析。數(shù)據(jù)通過高速存儲方式保存，確保數(shù)據(jù)完整與安全。軟件部分提供一體化的數(shù)據(jù)采集與分析平臺，支持對采集的電壓和電流信號進(jìn)行實(shí)時查看、存儲和導(dǎo)出。內(nèi)置的時域波形顯示和頻譜分析功能，幫助用戶即時識別信號中的異�；蝾l譜特性。此外，系統(tǒng)可按需導(dǎo)出測試結(jié)果，便于后續(xù)離線分析或報(bào)告制作。

通過硬件與軟件的協(xié)同，本系統(tǒng)可對材料的電壓-電流動態(tài)特性進(jìn)行同步測量與分析。測試時，任意波形發(fā)生器首先將設(shè)定的激勵信號（頻率、幅值、偏置均可編程）注入被測材料輸入端；電壓采集通道以并聯(lián)方式接在材料兩端，實(shí)時記錄其端電壓變化；電流測量通道則在回路中串聯(lián)電流采集模塊（或精密分流電阻），同步捕獲流經(jīng)材料的電流。所有通道數(shù)據(jù)經(jīng) PXIe 機(jī)框匯總并由 ASMC 軟件統(tǒng)一時序，對應(yīng)的時域波形和頻譜分析可即時顯示并高速存儲。這樣，用戶即可獲得材料在不同電氣激勵下的完整電壓-電流響應(yīng)曲線，準(zhǔn)確評估其導(dǎo)電特性、動態(tài)阻抗及能耗表現(xiàn)，為材料優(yōu)化與設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

2.2數(shù)據(jù)采集與測試分析軟件ASMC介紹

數(shù)據(jù)采集與測試分析軟件ASMC具備多項(xiàng)強(qiáng)大功能，能夠?yàn)椴牧系碾妷?電流動態(tài)特性測試提供全方位的支持。軟件支持電壓和電流的高精度采集，能夠連續(xù)測量被測材料兩端電壓及回路電流，并確保全通道同步，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與一致性。軟件還提供實(shí)時波形顯示功能，能夠在采集過程中即時呈現(xiàn)時域波形，幫助測試人員隨時觀察材料的響應(yīng)情況，提升測試的實(shí)時性和操作便捷性。

此外，ASMC軟件具備數(shù)據(jù)自動保存功能，能夠?qū)⒉蓸訑?shù)據(jù)實(shí)時寫入本地高速存儲，確保長時間測試過程中數(shù)據(jù)的完整性，避免漏幀現(xiàn)象的發(fā)生。在試驗(yàn)結(jié)束后，軟件支持將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為多種常用文件格式（如CSV、XLSX等），簡化離線分析與報(bào)告制作過程。

軟件界面提供靈活的參數(shù)調(diào)整功能，允許用戶實(shí)時設(shè)定各通道的采樣率與量程，并支持信號采集類型的動態(tài)更改，以滿足不同測試需求。同時，ASMC軟件內(nèi)置頻譜分析與功率計(jì)算模塊，利用FFT和功率算法對采集信號進(jìn)行頻域分析，并輸出平均功率、峰值等統(tǒng)計(jì)結(jié)果，為后續(xù)的深度數(shù)據(jù)分析和決策提供有力支持。

2.3測試系統(tǒng)核心參數(shù)

本測試系統(tǒng)具備多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，確保其在各種測試場景中高效、精準(zhǔn)地運(yùn)行。系統(tǒng)提供8路可配置輸入通道，支持電壓、IEPE、電流、應(yīng)變橋、RTD等信號類型，能夠靈活應(yīng)對不同的測量需求。信號類型包括電壓（±2 mV ~ ±100 V）、IEPE（±100 mV ~ ±10 V）、電橋（±1 mV ~ ±1000 mV）、電阻（10 Ω ~ 30 kΩ）、電流（±30 mA）、MSI計(jì)數(shù)/熱電偶/LVDT等。系統(tǒng)的采樣率為每通道0 S/s ~ 5 MS/s，確保對高頻率信號的采集。采樣分辨率在0 ~ 2 MS/s范圍內(nèi)為24位，而在大于2 ~ 5 MS/s時為18位，以適應(yīng)不同精度要求。

系統(tǒng)的模擬帶寬為2 MHz，能夠滿足常見測試信號頻段的需求，并且提供了通道與機(jī)箱之間的隔離等級為±350 V DC，保證了在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。額定輸入耐壓（對地）為33 V RMS / 46.7 V PEAK / 70 V DC，具備較強(qiáng)的抗干擾能力。參考校準(zhǔn)端口采用SMB接口（LEMO版本專用），方便進(jìn)行系統(tǒng)的校準(zhǔn)與參考。系統(tǒng)還配備了512 MB的板載數(shù)據(jù)緩沖，確保數(shù)據(jù)存儲的高效性和連續(xù)性。

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步或外部總線采集，系統(tǒng)提供了一個高速CAN 2.0接口。用戶可選配AOUT-8版本，提供隔離的模擬輸出，支持±5 V、±10 V或±30 mA的輸出范圍，以滿足不同的測試需求。輸入接插件方面，系統(tǒng)提供8通道0B-LEMO接口（或4通道D-SUB/BNC，視版本而定），確保多樣化的接入方式。工作環(huán)境方面，系統(tǒng)的工作溫度范圍為0 ℃ ~ +45 ℃，存儲溫度為-20 ℃ ~ +70 ℃，并且支持10 % ~ 80 %（非冷凝）的工作濕度，以及5 % ~ 95 %的存儲濕度，適應(yīng)多種環(huán)境條件。

在可靠性方面，系統(tǒng)的MTBF（平均故障間隔時間）為2M采樣率版為196,187小時，5M采樣率版為93,843小時，體現(xiàn)了其高穩(wěn)定性。功耗方面，系統(tǒng)在不同模式下的典型功耗為：電壓模式 ≤ 15 W；IEPE模式 15 W / 19 W；橋式模式 18 W / 21 W。該測試系統(tǒng)為PXIe 3U單槽模塊，占用空間小，適合緊湊的測試環(huán)境。

這些核心參數(shù)確保了系統(tǒng)在高精度和高效率的測試過程中能夠穩(wěn)定運(yùn)行，滿足多種測試需求，提供可靠的數(shù)據(jù)采集與分析支持。

三、方案優(yōu)勢特點(diǎn)

同步電壓 / 電流測量：單張 PXIe 采集卡提供8路可配置電壓或電流通道。 高精度 / 采樣模式隨時切換：采樣率在 0–2 MS/s 時維持 24 bit 分辨率，提升至 2–5 MS/s 時自動切換為 16 bit，既保證穩(wěn)態(tài)測試的高精度，又滿足瞬態(tài)沖擊測量的高速需求。 多量程輸入一體化：同一模塊即可混采 ±2 mV ~ ±100 V 電壓、±30 mA 電流、IEPE、橋式應(yīng)變、RTD 等多種信號，省去切換采集模塊的時間。 2MHz帶寬 + 通道隔離：高模擬帶寬配合全通道 / 通道-機(jī)箱隔離，有效抑制共模噪聲，保障高頻與大共模場景下的數(shù)據(jù)完整性。 任意波形激勵與自由編輯：激勵波的類型、頻率、幅值、直流偏置均可腳本設(shè)定；波形確定后可一鍵發(fā)出，縮短用例準(zhǔn)備與重復(fù)迭代時間。 硬件時鐘級同步：采集模塊共用 PXIe 時基，毫秒級對齊電壓并聯(lián)和電流串聯(lián)通道，為功率計(jì)算和頻譜分析提供高精度時間基準(zhǔn)。 高速數(shù)據(jù)存儲保障：采集數(shù)據(jù)實(shí)時寫入機(jī)框內(nèi)高速存儲卡，滿足長時高頻測試，確保原始波形完整留存。 一鍵數(shù)據(jù)導(dǎo)出：采集完成后，ASMC 軟件可將電壓、電流原始數(shù)據(jù)及頻譜分析結(jié)果一鍵導(dǎo)出為常用文件格式，并自動生成測試報(bào)告，便于后續(xù)歸檔與共享。