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示波器在高频机械上的应用 示波器常见问题解决方法

时间:2020-07-08    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
  什么是高频波?很多人存在疑问,并且不知道怎么回答这个问题。
  
  其实高频波是超声波的一种,他们的区分标准是频率。当超声波的频率大于100KHz时,我们就称之为高频波。高频波利用摩擦生热的原理产生大量的热量达到焊接和熔接的目的。比如我们经常遇到的高频波塑料熔接机,利用的就是顿时产生的巨大能量,熔接目标物体。
  
  高频塑胶熔接机(简称高频机,英文Hing freguency plastic welder),是由电子管将电能转化为电磁波,经过振荡成为高频电磁场,再过各种传输路径把高频传送到镆具(上极),PVC胶布在镆具与接地(即高频电磁场的上、下极)之间,塑料极性分子发生极化现象剧烈运动而产生热量。胶布在模具压力下达到熔接定型的效果。
  
  高频机的关键技术就是产生高频电磁场。熔接机的真空管将高压电能转换为电磁能,经振荡桶的振荡,产生高频电磁场。振荡桶的振荡频率直接影响输出力的强弱,进而影响产品的熔接好坏,如何测定振荡频率然后调节至适当大小就变得至关重要。在机械化、数字化的今天,高频塑胶熔接机振荡频率的调节仍然靠工人凭借经验调节。这种人工调节方式常常导致产品熔接有缺陷甚至失败,生产成本上升,因此使用电子仪器测量zui佳振荡频率是解决此问题的zui佳办法。

  
  由于电磁能振荡处于升压之后,此时的电压有几千伏至上万伏,如何测量高压环境下的信号频率呢?作为通用基础测量仪器的示波器就可以应付这种情况。有两种方式可以测量振荡频率,一种是直接测量法,使用高压衰减探头将信号衰减后输入示波器实现直接测量,另一种感应法,是使用普通无源探头感应高压环境下的电磁场来实现测量。在测量点的选择上,感应法是将无源探头当成感应天线来使用,熔接机正常工作情况下在机器周边一定范围内都会产生振荡后的高频电磁场,探头在高频电磁场的任意位置都可实现振荡频率测量。在安全性上,感应法无须直接接触机器电路部分,只需将探头靠近机器即可,不会对机器和人身造成危害。在性价比方面,由于直接测量法需要外加高压衰减探头,成本会比感应法测量高出很多。所以用感应法测量熔接机的振荡频率成为zui佳选择。
  
  数字示波器有两种方法测量信号频率:软件方法和硬件方法。软件方法就是软件在示波器内存实时存储的波形中截取其中一段计算平均周期,然后转换成频率。硬件方法的频率是由硬件频率计测得的,硬件频率计将计算得到的触发电路每秒触发次数作为频率,因此测量时要保证信号是触发状态下的。软件方法和硬件方法在测量规则波形时测量值是一致的,但对于不规则波形测量值就会有较大差异,此时软件方法测得的数值在不停的改变已失去实际意义,硬件方法测得数值较稳定也更接近平均频率,可作为参考。并且在测量振荡频率时对其精度要求较高,需要到小数点后3位,软件测量值只到小数点后2位,硬件频率计可以达到3位以上。由于对频率精度要求高,所以选择计使用有源晶振的示波器。由于一般的示波器都是配置的无源晶振,所以笔者选择了鼎阳SDS1000CFL系列的数字示波器,其6位实时计数的有源晶振频率计完全满足对测量精度的要求。
  
  笔者在实际测量中发现,信号噪声干扰较大,导致硬件频率计显示与实际不对,这就要求示波器很够有很好的过滤处理噪声的能力,SDS1000CFL以其独特的数字滤波功能(含低通、高通、带通、带阻),可有效避免噪声引起的误触发,使测量值更加。下图为笔者用1KHz,40m号模拟受干扰信号得到的测量值,由图可以发现打开数字滤波后的频率测量值和实际信号一致。
 
 
  感应法测量不同于普通测量,感应法测量时无源探头的探针和接地鳄鱼夹之间形成虚拟回路,当有电磁场通过这个回路时会产生感应电并通过探头传入示波器,所以接地鳄鱼夹不接地,将探针与鳄鱼夹分开形成线性天线或将探针与鳄鱼夹连接起来形成环状天线即可。而普通测量时需要将接地鳄鱼夹接地,以避免噪声的干扰。由于只需要测量频率值,操作步骤比较简单,首先将示波器水平档位和垂直档位调节到适当位置(事先需要多次的测试),打开数字滤波功能,探头感应信号,观察硬件频率计读数,zui后记录统计不同产品的zui佳振荡频率。在生产相应产品时先将振荡频率调至zui佳再生产,提高产生合格率。
  
  感应法测量振荡频率的方式可运用于类似工作原理的其他高频机械上,这只是示波器的一个简单应用。随着在功能的增加和精度的提高,示波器将在测试测量领域获得更多的应用和普及。

解决示波器中测量到空间噪声

  空间噪声对探头的影响是存在的。相信大多数同行,都会有经验,在测量电路的电源纹波时,我们经常在示波器中测量到空间噪声。

  当我们将示波器探头与地线(鳄鱼夹)短路“鳄鱼夹咬合探头”,尝试将探头靠近电路板,我们可以从示波器上探测到空间噪声。我们一般倾向认为,这是因为探头的鳄鱼夹地线,构成了一根“天线”,接收来自空间辐射的缘故。

  特别是,如果板上存在DC/DC电路,我们将咬合探头越靠近DC/DC芯片,我们将能够得到一个特别清晰的波形,无疑的,这是DC/DC的空间噪声,在我们测试的电路板上,这个纹波甚至可以达到60mVpp(当“天线”非常靠近DC/DC时)。

  因此,如果我们使用示波器上的地线(鳄鱼夹线),在电源纹波测量,特别是存在DC/DC电路板的测量时,无可避免,我们将受到主要由于DC/DC电路造成的空间噪声的影响。无论我们测量电路板上的那个触点,甚至是GND点,我们将清楚看到这个纹波的存在。在我们的测试板上,这个纹波大小一般为15~20mVpp。特别要注意的是,纹波波形与DC/DC的噪声是基本相同的。

  解决方式

  一个简单常用的技巧就是,测量的过程,不要使用如此长的鳄鱼夹地线,将它遗忘掉。在探头间隔2mm不到的地金属环上,用焊锡缠绕数圈,焊锡丝长度尽量短,另一头焊在电路板上,距离测量点较近的GND即可。

  使用这个简单的方式,我们将来自DC/DC的空间噪声降到5mVpp。应注意,“尽量短”的焊锡长度是重要的,哪怕长度多出5mm,在我们的测试中,都能够显著将DC/DC波形的空间噪声的影响提升数倍。

标签: 示波器
示波器 解决示波器中测量到空间噪声_示波器

示波器电路技术原理

  常用示波器的人们都知道示波器装有计算机I/O端口,比如USB端口或以太网端口,因此基于这一特性使用这些端口来生成测试信号,只需下载合适的软件(可在许多标准机构的网站上查找到)来激活测试模式,您就拥有了一台信号发生器,下面小编来给大家简单的讲解一下!

  这项功能可以提供在示波器上直接进行分析,实现这一想法的前提可能需要有些前期的测试文件。了解集成软件分析工具中的测试报告功能,则可为节约一些时间;也可通过远程控制仪表指令自动化分析和测试报告的操作。即便是基本型示波器也具备针对文件的省时功能,比如“保存全部”功能,只需按下一个按钮,即可保存截图、波形数据和设置文件。  不知道工程师们遇到过这种情况吗?如果没有正确的检索工具,会需要在很长的波形记录中找到感兴趣或需要的事件,这一工作其实很耗时。如今,记录长度日渐超过100万数据点,要定位您的事件可能意味着需要浏览成千上万个信号活动屏。用软件搜索工具可简化对长记录的浏览。甚至有前置面板控制器,使您可快速进行缩放和平移操作,就像用DVR看视频一样。还可顺便自动标注每个定义事件的发生情况,以便在各事件之间快速移动。  示波器的触发功能,可以理解为可在信号中的正确点进行同步水平扫描,对明确的信号检定而言,是不可缺少的。触发控制器允许您稳定重复波形并捕捉单次触发波形。  往往在高速调试应用中,电路可能会工作99.999%或更长的时间。而正是.001%的时间会造成您的系统崩溃或正是您需要更详细分析波形的一部分。高级触发功能,如AB双重事件触发、窗口触发、逻辑认证等等都有助于隔离问题,速度比在采集后搜索上百万个数据样本快很多。  所谓眼图,就是通过它,可以在高速数字设计领域的人识别出多个比特相互叠加。那么如何才能在不按顺序查看的情况下快速验证上百万个比特呢?在一张瞬态图中,能大致了解会造成系统运行不可靠的时间变化、噪音、振铃和其他信号完整性的影响。大部分示波器用户都很熟悉这一工具,然而许多人并没有意识到信号处理和可视化技术方面的进步,从而加深对这一基本图形的了解。  通过眼图,可基本了解电压电平和边缘速率等参数值。如果再进一步延伸这一概念,您可以用BER轮廓线(BERcontours)来推断或预测误码率。

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