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多通道隔离示波器在浮动测量中的应用 示波器技术指标

时间:2020-07-29    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
摘要:通过多通道隔离示波器工作原理的介绍,简介了多通道隔离示波器在医疗设备维修、工业电源设计等行业进行浮动测量的应用。
关键词:浮动测量,隔离通道,差分信号

Application of Isolated Multichannel Oscilloscope in Floating Measurement
Abstract:This article expounds the application of isolated multichannel oscilloscope in floating measurement,specialy in medical treatment ,power design and outdoor measurement.
Keyword: floating measurement, Isolated channel, contrast signal

1、引言

许多行业的技术人员和工程师在工作中常常需要对两个或多个信号进行浮动测量,即测量各点之间没有参考地电位的多端信号,这种测量通常也称为差分测量,被测量信号也称为差分信号。

为达到差分测量的目的,现有技术有隔离变压器、差分探头和隔离通道等。这几种技术的优缺点比较可见表一。

从上表看,传统方法一般采用使接地系统无效的技术;后端隔离方法,一般采用隔离变压器的技术,人为地将信号公共线与地电位断开;但这种技术会有一定的危险,因为它不仅升高了示波器上存在的电压,增加了操作人员被电击的可能性,而且还累积了示波器电源变压器绝缘体上的应力,虽不会立即引发故障,但可能在将来引发电击或火灾等危险。(见图1)


图1 采用断开地线的方法进行浮动测量对人和设备很危险

差分或隔离探头提供了一种安全可靠的使接地示波器可以进行浮动测量的方式。两种探头的接触体都不需要接地,并且探头系统作为一个整体与示波器的机壳接地端隔离。但是,它们对测量设备的成本和复杂性提出了新的要求;可能需要独立的电源,并且其增益和偏差特征必须作为因数计入每次测量;配有差分探头的示波器侧重于性能和安全(带宽、隔离),牺牲了外形构造的优势,如可移动性和成本。
近五年来,针对后端隔离变压器和前端差分探头技术的缺陷,一种新的浮动测量技术即中端多通道隔离技术(IsolatedChannel技术)应运而生,使安全、经济、方便地进行浮动测量成为可能。

2、多通道隔离示波器的工作原理

多通道隔离示波器是一种具有2个或4个隔离通道的可现场使用的实验室示波器。它的四个隔离通道输入体系结构给“正”输入和负基准导线提供了真实且完整的通道间的安全电气隔离。

这种多通道隔离技术不同于传统的隔离技术,而是在测量系统的的中端,即示波器内部的电路结构发生了改变。(见图2 )


图2 传统示波器与多通道隔离示波器的原理比较

多通道隔离示波器本质是一高集成多功能的实验室数字存储示波器,基本结构与传统示波器一致,但在隔离上从仪器本身隔离出发,主要反映在两个方面:(1)通道间采用了完全电气隔离技术,(2)输入端地线与市网地线高阻抗隔离,同时在传统示波器多功能的基础上又增加了电池供电和功率分析等功能,并将与外部联接的接口RS232,打印机并口和CF卡驱动器等集于一身。

3、多通道隔离示波器的应用

多通道隔离技术发展已基本成熟,以美国泰克公司最近推出的TPS2000系列示波器为具有有代表性;其特有的多通道隔离的技术,自推出后得到了广大科研人员和工程技术人员的关注,短短时间内就在医疗设备维修、工业电源设计、电机功率分析等需要浮动测量的领域应用开来。

3、1在医疗设备维修中的应用

医疗设备与人性命休戚相关,在现代治疗中,其作用越来越重要,越来越先进,体积也越来越大,费用也越来越高,如何及时、安全、可靠地维修设备,成为各大医疗机构需要解决的一个重要问题。TPS2000系列示波器小巧便携,可用电池供电,大大提高了设备维修的速度。又因医疗设备大部分直接作用于人体,要求绝对安全接地,以防触电;医疗设备又多是大型电子设备,对维修用的电子仪器的抗干扰性提出了要求,TPS2000通道间是隔离的,在医疗设备的维修中的优越性就非常明显。

3、2在工业开关电源设计中的应用

在现在能源越来越紧张的情况下,如何减少能耗,提高产品的竞争力,已成为工业电源设计时考虑的重中之重,所以设计时随时检测功率及功率相关的参数,就突显重要了。TPS2000具有相应的功率分析套件,此套件包括高压探头,电流探头,功率分析模块和功率分析软件,可进行开关损耗(包括开通,截止和传导损耗)的分析,谐波失真测量达到50次,dv/dt 和 di/dt 游标的,可大大缩短设计周期。


图4 用TPS2000进行谐波分析

而且还可以进行功率波形分析,包括:

–相位分析,有功功率,无功功率,功率因数,波峰因数,相位关系等


图5 用TPS2000进行功率分析

3、3 在野外测量中的应用

此外,多通道隔离示波器在野外测量中的使用比较广泛。一些工程师常需要去野外测量一些信号,而野外电源不方便,或者根本没有,测量条件较差, 该系列示波器提供了长达八小时的电池供电解决方案及背光功能,解决了工程师测量中的问题;同样对卫星发射设备维护维修中的测量也大大提高了工作效率。

4、结束语

可见,多通道隔离示波器以其优越的性能为工程师和广大科研工作者提供了快速、准确、经济的多通道浮动测量解决方案,并把人身和设备安全放在首位。在将来多通道隔离示波器的应用会越来越多,以满足技术人员更复杂的测量。

1、泰克,<浮动测量的新方法>,2004年版,泰克电子(中国)有限公司;
2、周家明,<示波器的基础知识>,2002年版,北京海洋兴业科技有限公司;
3、输入陈光□等,<现代电子测量技术>,2000年版,国防工业出版社;
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。

标签: 示波器
示波器 示波器电路技术原理_示波器
示波器电源波纹的测量方法

  纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号,是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源,如激光器电源,纹波则是其致命要害之一。所以,电源纹波的测试就显得极为重要。  电源纹波的测量方法大致分为两种:一种是电压信号测量法;另一钟是电流信号测量法。  一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源,都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则可以用电流信号测量法。  电压信号测量纹波是指,用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源,测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试,则一般是通过使用电压探头,测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中,示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。  所用的是:配有电压测量探头的TDS1012B示波器。  测量之前需要进行如下设置。  1.通道设置:  耦合:即通道耦合方式的选择。纹波是叠加在直流信号上的交流信号,所以,我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号,直接测量所叠加的交流信号就好。  宽带限制:关  探头:首先选用电压探头的方式。然后选择探头的衰减比例。必须与实际所用探头的衰减比例保持一致,这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如,所用电压探头放在×10档,则此时,这里的探头的选项也必须设置为×10档。  2.触发设置:  类型:边沿  信源:实际所选择的通道,如,准备用CH1通道进行测试,则此处就应该选择为CH1。  斜率:上升。  触发方式:如果是在实时地观察纹波信号,则选择‘自动’触发。会自动跟随实际所测信号的变化,并显示。这个时候,你也可通过设置测量按钮,实时地显示你所需要的测量的数值。但是,如果你想要捕捉某次测量时的信号波形,则需要将触发方式设置为‘正常’触发。此时,还需要设置触发电平的大小。一般当你知道你所测量的信号峰值时,将触发电平设置为所测信号峰值的1/3处。如果不知道,则触发电平可以设置的稍微小一些。  耦合:直流或交流…,一般用交流耦合。  3.采样长度(秒/格):  采样长度的设置决定能否采样到所需要的数据。当所设置的采样长度过大时,就会漏掉实际信号中的高频成分;当所设置的采样长度过小时,就只能看到所测实际信号的局部,同样无法得到真实的实际信号。所以,在实际测量时,需来回旋转按钮,仔细观察,直到所显示波形是真实的完整的波形。  4.采样方式:  可根据实际需要设定。如,要求测量纹波的P-P值,则可以选择峰值测量法。采样次数也可根据实际需要设定,这与采样频率及采样长度有关。  5.测量:  通过选择对应通道的峰值测量,示波器就可以帮你把所需要的数据及时显示出来。同时也可以选择对应通道的频率、最大值、均方根值等。  通过对示波器进行合理设置和规范的操作,一定可以得到所需的纹波信号。但是,在测量过程中一定要注意防止其它信号对于示波器探头自身的干扰,以免所测量的信号不够真实。  通过电流信号测量法测量纹波值是指,测量叠加在直流电流信号上的交流纹波电流信号。对于纹波指标要求比较高的恒流源,即要求纹波比较小的恒流源,采用电流信号直接测量法可以得到更加真实纹波信号。与电压测量法不同的是,这里还用到了电流探头。比如,继续用上述的示波器,再加一个电流放大器和一个电流探头。此时,只需用电流探头夹住输出到负载的电流信号,就可以进行电流测量法来测量输出电流的纹波信号了。与电压测量法一样,整个测试过程中,示波器及电流放大器的设置是能否采样到真实信号的关键。  其实,用这种方法测量时,示波器的基本设置及用法与上述相同。不同的是,通道设置中探头的设置有所不同。在这里,需要选则电流探头的方式。然后,选择探头的比例,必须与放大器所设置的这个比例相同,这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如,所用放大器的这个比例设置为5A/V,则此时示波器的这一项也需设置为5A/V。至于电流放大器的耦合方式,当示波器的通道耦合已经选择为交流耦合时,则这里选择交流或直流都可以。  需要注意的是,用这种方法时,需先打开示波器,然后再打开电流放大器。且记得在使用前对电流探头先消磁。  另外,测量电源纹波本身有一定技巧性。不当使用示波器测量电源纹波首先是使用了接地线很长的示波器探针;其二是让由探针和接地线形成的回路靠近功率变压器和开关元件;最后是允许在示波器探针和输出电容之间形成额外的电感。其结果带来的问题是在测得的纹波波形中携带了拾取的高频成分。  在电源中有许多很容易耦合到探针中的高速的、大电压和电流信号波形,其中包括来自功率变压器的磁场耦合、来自开关节点的电场耦合、以及由变压器交绕(interwinding)电容产生的共模电流。  采用正确的测量技术可切实改善纹波测量的结果。首先,通常会规定纹波的带宽上限,以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声,应该给用于测量的设定合适的带宽上限。其次,可以通过摘掉探针的“帽子”来去掉接地长引线形成的天线。我们把一段短线绕在探针接地引线周围,并使之与电源地相连接。这样做附带的好处是缩短暴露在电源附近高强度电磁辐射中的探针长度,从而进一步减少高频拾取。  最后,在隔离电源中,真正的共模电流是由在探针接地引线中流动的电流产生的,这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降,表现为纹波。要抑制这个纹波,需要在电源设计中仔细考虑共模滤波问题。  此外,把把示波器引线绕在铁芯上可减小这个电流,因为这样会形成一个不影响差分电压测量、但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感。可以看到,高频尖刺已几乎消除。  事实上,当电源集成到系统中之后,电源纹波性能甚至会更好。在电源和系统其它部分之间几乎总会存在一定量的电感。电感可能是由导线或在印刷线路板上的蚀刻线形成的,而在芯片附近总会有作为电源负载的附加旁路电容,这两者形成低通滤波效应并进一步降低电源纹波和/或高频噪声。  举一个极端的例子,由电感量为15nH的长一英寸的短线和电容量10μF的旁路电容构成的滤波器,其截止频率为400kHz。该实例意味着能大幅减少高频噪声。该滤波器的截止频率比电源纹波频率低很多倍,可以切实降低纹波。聪明的工程师应该在测试过程中设法利用它。

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示波器 示波器电源波纹的测量方法_示波器

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