Как настроить осциллограф для измерения.
Настройка осциллографа.
Какими минимальными знаниями нужно обладать, чтобы настроить осциллограф на измерение сигнала ? ...
Понимание основных функций и элементов осциллографа, таких как развертка, усиление, горизонтальная и вертикальная шкалы, триггер и т.д. ...
* Развертка отвечает за горизонтальное перемещение сигнала на экране ... Горизонтальная шкала определяют масштаб отображения сигнала по времени ... Время развёртки / деления шкалы устанавливается таким образом, чтобы исследуемый сигнал - полностью или повторяясь целиком входил на экран для наблюдения и анализа его формы ...
* Усиление позволяет регулировать амплитуду сигнала ... Вертикальная шкала определяют масштаб отображения сигнала по амплитуде ... Обычно выбирается такое значение шкалы деления, чтобы измеряемый сигнал - не выходил за границы экрана и при этом мог быть значительно увеличен, чтобы разглядеть его форму ...
Знание принципов работы осциллографа и его возможностей в измерении сигналов ... Осциллографы могут измерять амплитуду, частоту, фазу и другие параметры сигнала ... Они также могут отображать сигналы различных форм, включая периодические и непериодические сигналы ...
Умение правильно настроить горизонтальную и вертикальную шкалы для отображения сигнала на экране осциллографа ... Настройка этих параметров позволяет получить четкое и удобочитаемое отображение сигнала на экране ...
* Настройка горизонтальной шкалы позволяет увидеть повторяющиеся сигналы и анализировать их форму, период и другие временные характеристики ...
* Настройка вертикальной шкалы позволяет выбрать диапазон амплитуд, который будет отображаться на экране ... Это позволяет увидеть изменения амплитуды сигнала и анализировать его уровень, форму и другие амплитудные характеристики ...
Знание о выборе подходящего режима работы осциллографа для измерения нужного типа сигнала (например, однополосный режим, двухполосный режим, режим XY и т.д.) ...
* Однополосный режим используется для измерения амплитуды и формы сигнала ...
* Двухполосный режим позволяет сравнивать два сигнала ...
* Режим XY используется для измерения зависимости одного сигнала от другого ...
Понимание принципов выбора и настройки триггера для стабильного отображения сигнала на экране ... Правильная настройка триггера осциллографа важна для получения стабильного и повторяемого отображения сигнала на экране ... Это позволяет анализировать форму, временные характеристики и другие параметры сигнала - с высокой точностью ...
* Триггер - это функция осциллографа, которая позволяет синхронизировать отображение сигнала на экране с определенным событием или условием ... Триггер позволяет зафиксировать начало сигнала и обеспечить стабильное отображение на экране ...
* Выбор триггера ... При выборе триггера необходимо учитывать характеристики и особенности сигнала, который требуется измерить ... Некоторые типы триггеров включают ... автоматический триггер ... внешний триггер ... триггер по уровню ... триггер по фронту ... триггер по спаду ... Выбор подходящего типа триггера позволяет получить стабильное и четкое отображение сигнала на экране ...
* Настройка триггера ... После выбора типа триггера необходимо настроить его параметры для достижения оптимальных результатов ... Это может включать настройку уровня триггера, чувствительности, времени удержания и других параметров ... Настройка триггера позволяет установить условия срабатывания триггера и получить стабильное отображение сигнала на экране.
Знание о выборе и настройке временной базы (горизонтальной развертки) для получения нужной детализации сигнала на экране ...
* Временная база осциллографа позволяет выбрать (определяет) диапазон времени, который будет отображаться на горизонтальной оси экрана, что важно для получения нужной детализации сигнала на экране ... Это позволяет увидеть повторяющиеся сигналы и анализировать их форму, период и другие временные характеристики ...
* Выбор скорости развертки определяет, как быстро сигнал будет отображаться на экране ... Высокая скорость развертки позволяет увидеть быстро изменяющиеся сигналы, в то время как низкая скорость развертки позволяет увидеть медленные изменения ... Выбор подходящей скорости развертки зависит от характеристик измеряемого сигнала и требуемой детализации ...
* Режим развертки ... Осциллографы могут иметь различные режимы развертки, такие как автоматический, нормальный, однополосный, двухполосный и другие ... Каждый режим развертки имеет свои особенности и применение ... Настройка режима развертки позволяет выбрать подходящий режим для конкретного измерения и типа сигнала ...
* Установка временной шкалы ... Временная шкала определяет масштаб отображения времени на горизонтальной оси экрана ... Настройка временной шкалы позволяет выбрать подходящий диапазон времени для отображения сигнала ... Это позволяет увидеть нужные временные характеристики сигнала и анализировать его форму, период и другие параметры ...
* Синхронизация сигнала ... Важным аспектом настройки временной базы является синхронизация сигнала ... Синхронизация позволяет зафиксировать начало сигнала и обеспечить стабильное отображение на экране ... Настройка параметров синхронизации, таких как уровень триггера, чувствительность и другие, позволяет получить стабильное и повторяемое отображение сигнала ...
Подробнее о развёртке осциллографа ... Частота исследуемого сигнала и время дискретизации должны быть согласованы со скоростью развертки осциллографа для достижения точных и надежных результатов измерений ... Здесь есть несколько известных зависимостей и рекомендаций ...
# Теорема Котельникова-Шеннона ... Согласно этой теореме, чтобы точно восстановить сигнал, его частота должна быть меньше половины частоты дискретизации ... Это означает, что частота исследуемого сигнала должна быть ниже половины максимальной частоты, которую может обработать осциллограф при заданной скорости развертки ...
# Рекомендации по выбору временной базы ... Общая рекомендация состоит в том, чтобы выбирать временную базу, которая позволяет отобразить несколько периодов исследуемого сигнала на экране осциллографа ... Это обеспечивает достаточную информацию для анализа формы и временных характеристик сигнала ...
# Зависимость между временной базой и скоростью развертки ... Чем больше временная база, тем медленнее будет скорость развертки. Это означает, что при выборе более широкой временной базы, скорость развертки будет меньше, что может быть полезно для анализа медленных изменений сигнала ... Однако, если требуется анализировать быстро изменяющиеся сигналы, то необходимо выбирать более быструю скорость развертки и соответствующую временную базу ...
# Учет пропускной способности осциллографа ... Осциллографы имеют ограниченную пропускную способность, которая определяет максимальную частоту, которую они могут обработать ... При выборе временной базы и скорости развертки необходимо учитывать эту пропускную способность, чтобы избежать искажений сигнала и потери информации ...
Умение правильно подключить и настроить зонды для измерения сигнала ... Зонды позволяют подключить осциллограф к исследуемому сигналу и получить точные измерения ... Важно правильно выбрать тип зонда и настроить его коэффициент усиления в соответствии с амплитудой сигнала ... Кроме обычных щупов, индуктивные и емкостные зонды - это два основных типа зондов, используемых в осциллографах для измерения сигналов ... Они отличаются по принципу работы и областям применения ...
- Обычные измерительные щупы используются для подключения осциллографа к измеряемому сигналу ... В виде иглы с изолированной ручкой, конец которой прикладывается к точке измерения на цепи или устройстве ... Измерительные щупы обеспечивают электрическую связь между осциллографом и сигналом, который требуется измерить ... Они позволяют осциллографу получать сигналы напряжения или тока для отображения на экране ... Щупы обычно имеют различные коэффициенты усиления, такие как 1:1, 1:10 или 1:100, которые позволяют измерять сигналы различных амплитуд ...
- Индуктивные зонды используются для измерения переменных магнитных полей и токов ... Они содержат катушку индуктивности, которая реагирует на изменения магнитного поля и генерирует соответствующий сигнал ... Индуктивные зонды обычно имеют низкое входное сопротивление и могут измерять высокочастотные сигналы ... Они широко применяются в области электроники, радиосвязи и других областях, где требуется измерение переменных магнитных полей и токов ... Примеры применения индуктивных зондов включают измерение : тока в электрических цепях ; магнитного поля вокруг проводников или устройств ; сигналов высокой частоты в радиосвязи и других приложениях ...
- Емкостные зонды используются для измерения переменных электрических полей и напряжений ... Они состоят из двух электродов, между которыми образуется емкостной элемент ... Изменение электрического поля влияет на емкость зонда, что приводит к генерации соответствующего сигнала ... Емкостные зонды обычно имеют высокое входное сопротивление и могут измерять низкочастотные сигналы ... Они широко применяются в области электроники, измерений и других областях, где требуется измерение переменных электрических полей и напряжений ... Примеры применения емкостных зондов включают измерение : напряжения на электрических компонентах и цепях ; электрического поля вокруг проводников или устройств ; сигналов низкой частоты в электронике и других приложениях ...
- Важно отметить, что выбор между индуктивным и емкостным зондом зависит от характеристик и требований измеряемого сигнала ... Основная разница между ними заключается в том, как они реагируют на изменения полей и какую информацию - предоставляют ... Сильные индукционно / магнитные токовые наводки от мощных индуктивностей легко могут быть сняты индуктивным датчиком ... С другой стороны, высоковольтные емкостные наводки от компонентов с малой индуктивностью - могут быть получены емкостным датчиком ...
- Кроме того, существуют и другие типы зондов, такие как активные зонды, логические зонды, низко / высоко частотные токовые цанги и т. д., которые могут быть использованы в различных ситуациях ...
Диапазоны частот измерений.
Обычно, осциллографические измерения подразделяются на следующие диапазоны частот, компонентов и областей применения ... В частности, рассмотрены области радио и автомобильной диагностики ...
5 - 10 Гц : Диапазон частот датчиков кислорода ... Датчики кислорода используются для контроля содержания кислорода в отработавших газах автомобиля ...Обычно простые лямбда зонды работают 2 раза в 3 секунды (не менее 8 раз за 10 секунд) с обратной связью для контроля ЭБУ ... Измерение и анализ сигналов датчиков кислорода позволяет определить проблемы с системой выхлопа, впрыска / сгорания топлива и систем искрообразования поджига воздушно / топливной смеси ...
до 30 Гц : Низкочастотные диапазоны ... Анализ низкочастотных сигналов, таких как аудио-сигналы (аудио-техника, звукозапись, акустика) ...
20 Гц - 20 кГц : Аудиодиапазон для измерения и анализа аудио-сигналов (аудио-техника, звукозапись, радио и телевидение) ...
1 кГц - 2 кГц : ABS-системы (антиблокировочная система) ... Система ABS отвечает за управление тормозами автомобиля ... Измерение и анализ сигналов датчиков колёс позволяет определить проблемы с тормозной системой ...
1 кГц - 100 кГц : Системы зажигания ... Система поджига топлива искрообразованием отвечает за подачу искры на высоковольтные свечи зажигания автомобиля ... Измерение и анализ сигналов системы зажигания позволяет определить проблемы с компонентами, ответственными за искрообразование и работой двигателя - в целом ... Правда - я стесняюсь подтвердить 100 КГц, так как частота искры на свече - едва ли превышает частотный диапазон бытовой электросети 220в 50Гц, что считается - достаточно низкой частотой ... Даже с учётом комбинированных импульсных режимов работы коммутатора, его частота едва ли достигнет 10 КГц ...
125 / 250 / 500 кГц : Диапазон частот CAN-шины (Controller Area Network) ... Шина CAN используется для обмена данными между различными компонентами автомобиля ... Измерение и анализ сигналов на CAN-шинах позволяет диагностировать проблемы с электронными системами автомобиля ... Ввиду сложности высокоскоростного декодирования сигналов CAN, рекомендуется использовать специализированные адаптеры вместо осциллографа ... Эти адаптеры предоставляют более точное и удобное декодирование сигналов CAN, что позволяет более эффективно анализировать и отлаживать сети CAN ... Они работают с программным обеспечением, позволяющим отображать и анализировать сигналы CAN - в удобном и понятном формате, с большими преимуществами ... Удобный пользовательский интерфейс CAN софта предоставляет возможность сохранять и анализировать данные сигналов для последующего использования ... Примеры специализированных адаптеров для декодирования сигналов CAN включают изделия от компании Tektronix, Rigol, Elsu ...
кГц - ГГц : Радиочастотные диапазоны ... Области радиосвязи, радиолокации, радионавигации, беспроводных коммуникаций и других радиотехнических приложений, требующих высоких частот ...
Особенности осциллографа.
Кроме основных знаний измерения сигналов и настроек на них, пользователь может столкнуться с отличием стационарных осциллографов от их программно / цифровых собратьев ... Программные осциллографы на ПК получают дополнительные ограничения скорости обработки сигналов из-за задержек в линии USB соединения, прямо связанных с производительностью компьютера или из-за применения дешевых низкоскоростных компонентов материнских плат ...
Эта статья - не тот источник, чтобы рассматривать ВЧ и, тем более - СВЧ измерения ... Но, судя по отзывам, даже эмуляторы осциллографа на звуковой карте - позволяют выполнять несложные низкочастотные измерения ...
Подробнее, я бы хотел остановиться на том моменте настроек осциллографа, который явно и сразу запутывает оператора : часто - заранее неизвестные параметры измерения сигнала и требуемых настроек ... И, второе : все разговоры идут о частоте переменного сигнала, а настройки осциллографа парадоксально выставляются - по времени ))) ... Если, с первым моментом, всё более или менее - решаемо : нужно заранее установить максимальные значения и адаптировать их ... То, на втором моменте, времени частоты дискретизации и развертки - хотелось бы остановиться поподробнее ))) ...
Если заранее известна f частота сигнала - частоту дискретизации нужно установить, минимум 2 * f (вдвое больше) ... Зачем дергать частоту дискретизации, если её всегда можно держать на максимуме ? ... - Всё, из-за тех же, программных ограничений ПК, когда софт - не справляется, и начинает - дёргать или подвисать экран ... Хотя и, производители - заявляют минимальные аппаратные требования к ноутбуку - все равно, осциллографная приставка / адаптер для ПК - это очень личное и зависимое от скорости работы компьютера, изделие ... Сами разработчики рекомендуют изначально выставить такие параметры, при которых программа обработки и анализа цифровых данных - не подвисает (хотя и вносит ограничивающие коррективы) ...
Частота дискретизации Fs = 1 / дельта t в осциллографе связана со временем через временной интервал между соседними точками на графике ... Период сигнала T, это временной интервал между началами соседних повторяющихся сигналов , и (через частоту сигнала) должен быть вдвое меньше времени Fs ... Если заранее известно, это значение - можно посчитать ...
Fгц = 1 / Tсек ... Tсек = 1 / Fгц ...
Fs = 2 * Fгц ... Отсюда, время синхронизации дельта t = 1 / Fs ... Именно дельта t и указывается в качестве настройки частоты дискретизации осциллографа ...
дельта t - удвоенное, утроенное или более - позволит полностью дискретизировать наблюдаемый сигнал ...
Вторая часть работы программного осциллографа, это - вывод оцифрованного графика на экран (y амплитуда, x развёртка, скорость обновления экрана) ... В большинстве случаев, скорость обновления экрана - не регламентируется (или находится в более глубоких настройках ini файлов) и обычно как-то соответствует системной частоте обновления монитора 50 / 60 100 и более Гц ... Амплитуда (усиление), также - слишком простая настройка, чтобы останавливаться на ней ... Особый интерес, представляет - развёртка Тр ...
если Тр = Tсек , то учитывая, что обычно шкала осциллографа имеет 10 ячеек - сигнал будет 10 раз показан на экране ...
если Тр = Tсек / 2 - сигнал будет 5 раз показан на экране ...
если Тр = Tсек * 2 - сигнал будет 20 раз показан на экране ...
# Время секунд / деление сетки экрана - имеет взаимосвязь с частотой развёртки, но более определяет - насколько мелкими делениями будет разделена сетка на экране и тем - более детализированным будет отображение сигнала ...
Осциллограф покажет более лучший сигнал, когда частота развёртки (скорость обновления изображения на экране) - будет больше частоты синхронизации, что особенно позволяет - более точно отобразить быстро изменяющиеся сигналы ... А частота синхронизации - также должна быть выше частоты сигнала ...
Из всего выше сказанного, ясно только одно - ничего не понятно, но работает осциллограф - великолепно [если, вообще - работает] ))) ... И многие задачи, с быстро изменяемыми во времени сигналами, без него - просто невозможно решить ... Просто - нет никакой особой инструкции : как быстро и просто настроить осциллограф на измерение сигнала, чтобы при этом он - не глючил ... Или, я - не нашёл её ... Через глубокие настройки ini файлов можно попытаться воздействовать на взаимодействие измерительной приставки и операционной системы, но это - более сложная и закрытая информация, хотя и, не менее - немаловажная ))) ...
Во время сложной привязки программно / осциллографического комплекса к ПК вам могут понадобиться такие сведения, как ... USB порт, сколько байт пересылает за один цикл ... USB2 порт, задержки между опросами ... О которых, вы - ни сном, ни духом ))) ... И, что - самое ужасное, что эти значения, каким-то образом, вам придётся - получить ))) ... Явно или косвенно ... И, вообще, вам придется разбираться - как операционная система и компоненты материнской платы компьютера могут негативно повлиять на работу программной приставки осциллографа с подключением к ПК через USB ... Проблемы с драйверами ... Недостаточная пропускная способность USB ... Электромагнитные помехи (качество сигнала, искажения или потеря данных) ... Неправильная настройка операционной системы (энергосберегающие режимы или настройки управления питанием) ...
Таблица перевода время - частота.
Со своей стороны - лишь могу предложить таблицу конвертации частот (количество раз повторения сигналов) и соответствующих им - временных показателей периода (частоты) ...
Слева - направо, по колонкам ... время микросекунд ... частота настройки дискретизации ... частота исследуемого сигнала ... время дельта t настройки дискретизации и значение развёртки сек / деление ... полный диапазон шкалы из 10 делений / ячеек ...
1 / время, мкс = Fдескр / 2 = Fсиг # дельта t # шкала ( * 10) ...
10000000 мкс = 0,1 Гц # 0,05 Гц # 10 с # 100 с ...
7500000 мкс = 0,13 Гц # 0,06 Гц # 7,5 с # 75 с ...
5000000 мкс = 0,2 Гц # 0,1 Гц # 5 с # 50 с ...
2500000 мкс = 0,4 Гц # 0,2 Гц # 2,5 с # 25 с ...
1000000 мкс = 1 Гц # 0,5 Гц # 1 с # 10 с ...
750000 мкс = 1,3 Гц # 0,6 Гц # 750 мс # 7,5 с ...
500000 мкс = 2 Гц # 1 Гц # 500 мс # 5 с ...
250000 мкс = 4 Гц # 2 Гц # 250 мс # 2,5 с ...
100000 мкс = 10 Гц # 5 Гц # 100 мс # 1 с ...
75000 мкс = 13 Гц # 6,6 Гц # 75 мс # 750 мс ...
50000 мкс = 20 Гц # 10 Гц # 50 мс # 500 мс ...
25000 мкс = 40 Гц # 20 Гц # 25 мс # 250 мс ...
10000 мкс = 100 Гц # 50 Гц # 10 мс # 100 мс ...
7500 мкс = 133 Гц # 66 Гц # 7,5 мс # 75 мс ...
5000 мкс = 200 Гц # 100 Гц # 5 мс # 50 мс ...
2500 мкс = 400 Гц # 200 Гц # 2,5 мс # 25 мс ...
1000 мкс = 1 КГц # 500 Гц # 1 мс # 10 мс ...
750 мкс = 1,3 КГц # 666 Гц # 750 мкс # 7,5 мс ...
500 мкс = 2 КГц # 1 КГц # 500 мкс # 5 мс ...
250 мкс = 4 КГц # 2 КГц # 250 мкс # 2,5 мс ...
100 мкс = 10 КГц # 5 КГц # 100 мкс # 1 мс ...
75 мкс = 13 КГц # 6,6 КГц # 75 мкс # 750 мкс ...
50 мкс = 20 КГц # 10 КГц # 50 мкс # 500 мкс ...
25 мкс = 40 КГц # 20 КГц # 25 мкс # 250 мкс ...
20 мкс = 50 КГц # 25 КГц # 20 мкс # 200 мкс ...
15 мкс = 66 КГц # 33 КГц # 15 мкс # 150 мкс ...
10 мкс = 100 КГц # 50 КГц # 10 мкс # 100 мкс ...
5 мкс = 200 КГц # 100 КГц # 5 мкс # 50 мкс ...
4 мкс = 250 КГц # 125 КГц # 4 мкс # 40 мкс ...
3 мкс = 333 КГц # 166 КГц # 3 мкс # 30 мкс ...
2 мкс = 500 КГц # 250 КГц # 2 мкс # 20 мкс ...
1 мкс = 1 МГц # 500 КГц # 1 мкс # 10 мкс ...
Примечание : ... Когда говорят о максимально допустимой частоте работы устройства, предполагают, что используется - один канал измерения ... Но, приставки подобного рода - часто оборудованы двумя каналами измерения и, при их одновременном задействовании микроконтроллер устройства автоматически понижает максимальную частоту - вдвое : просто - не хватает ресурсов для обработки ... Обычно, для полу / игрушечных устройств осциллографов эконом класса рабочая частота для двухканального режима измерения - не превышает 100 Кгц ...
Полезные ссылки ...
Программные осциллографы для автодиагностики и радио измерений из звуковой карты ПК ...
Калькулятор частота время с переводом в обороты вращения по периоду ...
Раздел radio : список всех страниц ...