Czym jest oscyloskop?
Postęp techniczny, który miał miejsce przez ostatnie lata stworzył możliwość integracji urządzeń pomiarowych. Poprzez zastosowanie nowoczesnych mikroprocesorów, jak również rozwój w dziedzinie przetworników analogowo-cyfrowych dokonała się znaczna ewolucja w branży oscyloskopów cyfrowych. Oscyloskop cyfrowy jest elektronicznym przyrządem pomiarowym stosowanym w obserwacjach przebiegów elektrycznych, przy pomiarach i rejestracji sygnałów napięciowych. Przy użyciu właściwych sond lub przetworników możliwe jest również badanie sygnałów prądowych, czy mocowych oraz innych wartości, również nieelektrycznych. Oscyloskop umożliwia nie tylko mierzenie parametrów przebiegu, lecz także pozwala na wizualizacje charakterystyk statycznych i dynamicznych przyrządów elektronicznych. Oscyloskop pobiera poszczególne próbki badanego sygnału. Pozwala także na pomiary przesunięcia fazowego, jak również rezystancji zmiennej w czasie. Oscyloskop cyfrowy przetwarza badany sygnał napięciowy na zbiór n–bitowych liczb, których wartości są zgodne z chwilowymi wartościami napięcia, pobieranymi w rzeczywistych i zdefiniowanych momentach czasu. Zbiór ten jest zapamiętany w pamięci. Przetwornik A/C przetwarza wartości do postaci słowa cyfrowego. Do głównych zalet oscyloskopu cyfrowego możemy zaliczyć możliwość zapamiętywania, a następnie przesyłania sygnałów, możliwość wykonywania operacji matematycznych na wartościach zapisanych oraz analizy przebiegów.
Podstawowe układy oscyloskopu cyfrowego
Układy sterowania oscyloskopem cyfrowym nawiązują swoimi nazwami do swoich poprzedników, oscyloskopów analogowych. Sterowane odbywa się za pomocą pokręteł i przełączników, które zostały umieszczone na płycie czołowej. Znajdują się tam miedzy innymi następujące elementy: - tor Y (odpowiedzialny za odchylenie pionowe, ang. VERTICAL); - tor X (odchylenie poziome, ang. HORIZONTAL) - układ wyzwalania (ang. TRIGGER). Ponad to, sterowanie procesem akwizycji (ang. RUN CONTROL) - blok trybu pracy oraz pozostałe funkcje oscyloskopu. Na zdjęciu znajduje się płyta czołowa oscyloskopu Keysight DSO-X 4104A. Na płycie czołowej znajduje się także kilka dodatkowych klawiszy, których funkcje są uzależnione od komunikatu wyświetlanego na ekranie urządzenia. Współczesne oscyloskopy cyfrowe wyposażone są także w przycisk AUTO, którego działanie polega na szybkim zrealizowaniu stabilnego przebiegu, na wyświetlaczu urządzenia.
Próbkowanie
W oscyloskopie cyfrowym sygnały badane są przy pomocy przetwornika analogowo-cyfrowego. Powtarzalnie, w równych odstępach czasu przetwornik a/c mierzy poziom napięcia wejściowego i przetwarza go na postać cyfrową. Wartość ta jest zapisywana w pamięci urządzenia. Częstotliwość próbkowania jest tym większa, im mniejsze są odstępy czasu pomiędzy próbkowaniem. Ważnym jest, że zwiększanie liczby bitów przetwornika a/c powoduje poprawę dokładności pomiaru. Częstotliwość próbkowania odpowiada ilości pomiarów, określonych w czasie punktów przebiegu sygnału. Te zapisy migawkowe mogą być uporządkowane, tak aby odtworzyć zmiany sygnału wejściowego. Ze zbioru wartości próbkowania powstaje przebieg sygnału na wyświetlaczu oscyloskopu. Obraz powstaje przy wartościach amplitudy po pomiarach (oś pionowa) i czasu (oś pozioma). Wartości sygnału wejściowego wyświetlają się na ekranie w postaci punktów. Jeśli odstępy pomiędzy nimi są zbyt duże, interpretacja przebiegu jest utrudniona. Korzystając z interpolacji można połączyć punkty za pomocą linii lub wektorów. W praktyce korzysta się z różnych metod interpolacji. Obecnie stosuje się wiele różnych wdrożeń metod próbkowania, jednak w praktyce występują dwie podstawowe metody: próbkowanie w czasie rzeczywistym oraz próbkowanie w czasie ekwiwalentnym. Próbkowanie w czasie ekwiwalentnym można podzielić na : losowe (Random) i sekwencyjne (Sequential). Każda z tych metod ma swoje zalety, które wykorzystuje się zależnie od rodzaju wykonywanych pomiarów.
Zastosowanie oscyloskopów cyfrowych
Typowym zastosowaniem oscyloskopów cyfrowych są procesy produkcyjne oraz szkolnictwo. Bardziej rozbudowane modele, często pracujące z wysoką częstotliwością próbkowania i dużą szczegółowością wykonywanych pomiarów używa się w pracach badawczo-rozwojowych. Wiele zadań, od prostej diagnostyki po dogłębną analizę można wykonać za pomocą współczesnych oscyloskopów cyfrowych. Oscyloskopy stosuje się w elektronice, akustyce, telekomunikacji, oraz w elektronice medycznej. Cyfrowy oscyloskop wyświetla przebiegi różnych sygnałów i używa się go podczas wielu prac, do których można zaliczyć miedzy innymi:
- Naprawa samochodów
W warsztatach mechanicznych stosuje się oscyloskopy cyfrowe do analizy wymiany informacji pomiędzy poszczególnymi sterownikami w samochodach. Transmisja jest realizowana za pośrednictwem magistrali CAN. Taka forma transmisji pomiędzy sterownikami ograniczyła liczbę przewodów i złącz oraz pozwala na szybkie komunikowanie się sterowników. Oscyloskop umożliwia podgląd przebiegów sieci CAN, a także sprawną diagnozę potencjalnych usterek.
- Nauka
Oscyloskopy znajdują zastosowanie w trakcie prac pomiarowych, podczas warsztatów. Służą do sprawdzania różnych wartości w laboratoriach naukowców i fizyków. Naukowcy mogą z nich korzystać, np. podczas badania generatorów, urządzeń elektronicznych, czy występowania anomalii.
- Inżynieria
Inżynierowie elektrycy i elektronicy regularnie korzystają z oscyloskopów o dużych prędkościach pracy, często z wieloma funkcjami, jak również z pamięcią danych, do wykonywania skomplikowanych analiz.
- Medycyna
W ramach regularnego monitorowania pacjentów lekarze regularnie stosują instrumenty pomiarowe, np. monitorując częstość akcji serca pacjenta. Innym zastosowaniem w medycynie jest monitorowanie fal mózgowych podczas diagnozy.
- Śledzenie sygnałów
Profesjonaliści często wykorzystują oscyloskop do sprawdzenia wadliwego działania komponentu. Oscyloskop można zastosować także do wykrywania nieprawidłowych sygnałów i badania subtelnych różnic miedzy nimi.
- Telekomunikacja
Technicy elektronicy często używają oscyloskopów cyfrowych, jako część swojego zestawu narzędzi. Są one pomocne podczas diagnozowania i napraw wielu popularnych urządzeń elektronicznych, w tym telewizorów, komputerów, klimatyzatorów, czy smartfonów.
Wnioski
Współczesne oscyloskopy będąc urządzeniami o wielu funkcjach znajdują swoje zastosowanie w różnych dziedzinach i pracach człowieka. Pomagają podczas diagnozowania awarii, przyczyniają się do postępu technologicznego, a nawet sprawdzają się w medycynie, jako urządzenia monitorujące. W ostatnich latach poprzez zastosowanie nowoczesnych mikroprocesorów, jak również rozwój w dziedzinie przetworników analogowo-cyfrowych dokonała się znaczna ewolucja w branży oscyloskopów cyfrowych. Ich cechy, jak również wszechstronne zastosowanie powodują, że stają się coraz bardziej powszechne i niemal niezbędne w każdym warsztacie, centrum badawczym, a także w ośrodkach naukowych.
Skomentuj