手持示波器设计原理

  仪器信息网 ·  2011-03-24 00:26  ·  14874 次点击
第三代万用表-----“视波表”的设计原理与功能
万用表从指针到数字显示历经半个多世纪的发展,已经成为电工,电子必不可少的测量工具。随着工业和科技进步,现在的测试环境发生了翻天覆地的变化。交流变频调速,开关电源,电子控制器的广泛应用,数据网络的形成无疑都对测试提出更高的要求。指针和数字万用表只能提供测量结果与数据,无法直观区别信号和噪声的瞬间特性,无法显示在电路中非正弦信号的动态及干扰信号的严重程度,就无法对引起故障的根本原因作出分析。过去为了解决这个问题,不得不搬用昂贵而笨重的示波器出场,这对许多现场测试是不现实的。
“视波表”顾名思意,就是看到波形的表,视波表的波形再现与传统示波器有着根本的不同;示波器主要用来进行波形分析和波形记录,注重频率响应宽范围,其测量精度以dB为单位,准确性比较低,操作相对要繁杂许多;而视波表强调测量功能的准确性,波形再现仅是现场故障诊断的辅助手段,所有测量参数都以数码形式显示出来,结果更直观。
电子电路的成熟和大规模集成电路的出现,为万用表能够看到被测信号的波形提供了可行的条件。下面就VC301真有效值数显视波表和ET521A现场故障自动视波表的设计原理与功能介绍如下;
大家知道,数字万用表是采用采样速率2~3次/秒的双积分式A/D,其优点是,测量分辨率高,抗干扰能力强,成本低廉,外围电路简单成熟。缺点是不能采集波形。而高速多路A/D芯片和双积分A/D共同组成视波万用表电路,一方面改善传统数字万用表采样速率较低的不足,同时将被测信号的波形也通过高速A/D取样,送到CPU进行处理,最后将测试结果以数码方式显示和波形再现出来。
以VC301为例,输入电路采用并联分压方式,从300mV到600V量程分别在各自的分压电阻上并联不同的补偿电容。以使被测信号能够展宽到20kHz。其它功能转换电路如真有效值测量,电阻测量,温度测量,电容测量等同传统数字万用表一样,在此不再重复。
被测信号经功能转换电路后,一路送双积分A/D转为数字信号给CPU处理,显示测量数据;另一路经缓冲电平转换电路送采样速率44kSa/S的高速A/D,高速A/D对被测信号波形进行一个周期内超过20个点的采样,经CPU运算还原出被测波形的形状,由128X64的LCD显示出来。
VC301采用ES7真有效值转换器,使得非正弦波信号测量得以实现,加上20kHz模拟带宽电路,在音频范围内,可以进行准确的测量;在观测波形方面,由于高速A/D采样速率的限制,只能观察到约2kHz以内的信号波形。适合工频范围内如变频电源,可控硅整流电路及机电设备控制电路的检测。
VC301还有一个主要特点;在测量过程中,每次按下“HOLD”键,测量结果将被存储下来,内部存储器可以保留100组数据,实现了现场无纸记录。
由于“视波表”可以根据用户使用的测量范围设计不同带宽及不同功能,使之以最低的成本,发挥最大的测试潜力。
ET521A是针对家电维修人员而设计的便携式综合检测自动视波表。开创了现场故障诊断系列产品之先河。家电维修大多数是上门服务,要求检测仪器功能要齐,体积要小,价格要低。ET521A完全满足了上述要求;具有100MSa/S采样速率,25MHz通道带宽的数字存储自动示波表;数字LCR电桥,宽范围60000uF超级电容测量,10μH~1H/300Hz~156kHz高频电感自动量程测试,大于60M电阻量程;6600码自动量程数字万用表,同时可以检测到2kV/20kHz的行频高压波形;还有正弦波信号发生器,数字频率计及晶振和遥控器及行频变压器匝间短路检测等功能。
ET521A在设计上充分考虑功能的实用性,自动量程的数字万用表芯片和由FPGA/100MSa/S组成的高速A/D采样电路,以及双核CPU控制,使面板等低速管理和FPGA高速器件分别用不同CPU控制,使资源优化最合理。
为了用最少的按键选择实现被测信号波形实时再现。在经高速A/D采样后数字处理时,设计一个自适应波形再现的数据处理程序;当被测交流信号经连续10:1分压后,已经变为mV信号,此信号大了容易使显示的波形超出LCD可视范围,信号太小不容易观测。如果增加可变增益放大器等附加电路,增加整机成本和设计的复杂性。自适应计算就是测量被测信号时,将其幅值和频率测到,通过改变数字信号使送显到LCD的代码,将波形再现的高度和波形个数控制在容易观测的屏幕范围内。显示波形幅值大小与被测信号无比例关系,只是观测的方便。要想了解测试参数,将选择到数码显示方式,其测量结果一目了然。用户在使用过程中,不需要繁琐的操作,只要按下“AUTO”自动键,被测波形自动捕捉,由320X240点阵式LCD显示出来。
为了现场家电维修更方便的检测,ET521A在出厂前存储部分彩电关键点波形图,当维修人员在检测时,可以调出典型图与被测波形同屏比较,这就是ET521A独有的波形对比功能。
在此平台上,可以针对不同行业及用户群体,设计出不同需要的现场故障诊断仪器,如增加高频测试和手机电源高速采样功能,方便手机故障检测;增加汽车故障码读出,可以方便各类汽车维修。显而易见“视波表”的出现,打破通用测量的概念,集各类仪器于一身,应用于现场故障诊断,使更多人使用上就是针对他们需要而设计的实用的测试工具。

0 条回复

暂无讨论,说说你的看法吧!

 回复

你需要  登录  或  注册  后参与讨论!