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示波器在高频机械上的应用 示波器产品介绍

发布时间:2022-12-12 08:30:02人气:
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试验方法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*振荡频率是解决此问题的*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*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,需要精确到小数点后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,使测量值更加精确。下图为笔者用1KHz,40mV信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,*记录统计不同产品的*振荡频率。在生产相应产品时先将振荡频率调至*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试验方法的其他高频机械上,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。 示波器停止采样波形现锯齿状的原因分析

  当示波器停止采样时,将原来的波形垂直放大后会存在锯齿状,这是什么原因呢?这里跟跟大家一起剖析一下。  本文以ZDS4054Plus示波器为测试工具,原因阐述  1、运行状态下  当示波器处于【Run】时,示波器模拟前端会根据不同的垂直档位,始终会将信号的幅度调理到ADC合适的范围内,再进行量化,所以运行状态下的波形放大,不会存在锯齿现象。  ·在200mv/div的档位下,垂直分辨率(25LSB/div)为8mv  ·在50mv/div的档位下,垂直分辨率(25LSB/div)为2mv  垂直档位越小,分辨率越高,则采集到的波形测量精度就越高,这个就是推荐波形尽量铺满格子的原因。  2、停止状态下  在停止状态下波形不进行采集,也就是停止状态无论垂直档位怎么变化,仍然会保持停止时(200mv/div)的垂直精度8mv,所以当把波形的垂直方向放大4倍时(50mv/div),那么采样点与采样点之间的垂直距离就会变大,当然这仅仅只是进行数字化放大,示波器此时会进行插值保持,插值保持下波形会以阶梯的形式连接,这也是产生锯齿的原因。  理解误区:插值保持与插值算法有关么?  前面我们提到了插值保持,那么有的工程师可能就会想到,会不会是由于插值算法的原因导致了波形放大后出现了锯齿状呢?毕竟线性插值是以点的方式连接,出现锯齿状也很正常。答案是否定的,下面从试验方法层来分析一下。  首先解释一下何谓插值算法,对于很多示波器都会有不同的插值模式,常见的分为正弦插值和线性插值,在实际使用过程中,如果示波器ADC的采样率不足以恢复真实信号,我们需选择不同的插值方式进行测试分析:  1、正弦插值  正弦内插是示波器默认的插值方式,也是*常用的插值方式。通过正弦内插的方式,能够比较准确和平滑地还原真实波形信号。利用曲线来连接样点,通用性更强。这种方法弯曲信号波形,使之产生比纯方波和脉冲更为现实的普通波形。如图4所示为采样正弦插值的方式,观察到的放大后的波形。  2、线性插值  线性内插是*简单的插值方式,计算量*小。在ADC的相邻采样数据点之间按照线性多项式的计算方式插入一个计算值,插入的这个点为相邻两个采样点连线上的值。如下图5所示位采用线性内插方式测试波形,是通过点与点之间的直接连接形成的波形,细节上能够看到类似于锯齿波的形状,这种插值方式局限于直边缘的信号。  通过这两种插值方式对比,大家会发现正弦内插利用曲线连接采样点,线性内插通过点与点之间的连接形成波形,大家可能会倾向于线性插值的原因形成了放大之后的锯齿状。需要注意的是:插值算法是在ADC采样时进行的,当采样停止后,示波器才会进行插值保持,插值保持下采样点之间会以阶梯的形式连接,因此示波器停止下的放大只是单纯的数字化放大,是示波器插值保持的结果,这与使用何种插值算法完全无关。

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示波器用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器,由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外,还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。

示波器种类:

示波器分为数字示波器和模拟示波器。模拟示波器采用的是模拟电路(示波管,其基础是电子枪)电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。而数字示波器则是数据采集,A/D转换,软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单,能提供给用户多种选择,多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储,实现对波形的保存和处理。

示波器工作试验方法:

利用显示在示波器上的波形幅度的相对大小来反映加在示波器Y偏转极板上的电压*大值的相对大小,从而反映出电磁感应中所产生的交变电动势的*大值的大小。因此借助示波器可以研究感应电动势与其产生条件的关系。

利用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同信号的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。双踪示波器是由两个通道的y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、x轴放大电路、z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。观察信号波形时,被测信号UA、UB,通过CHA、CHB两个输入端输入示波器,先分别送到y轴前置放大电路yA和yB进行放大。因通道yA和通道yB都受电子开关的控制,所以UA,UB两信号轮换着输送到后面的混合电路,延迟电路,y轴后置放大电路,加到示波管的垂直偏转板上。

为了适应各种不同的测试需要,电子开关可有五种不同的工作状态,即CHA、CHB、交替、断续、ADD等。这五种工作状态由显示方式开关来控制:

当显示方式开关置于交替位置时,电子开关为一双稳态电路。它受由扫描电路来得闸门信号控制,使得y轴两个前置通道随着扫描电路闸门信号的变化而交替地工作。每秒钟交替转换次数与由扫描电路产生的扫描信号的重复频率有关。交替工作状态适用于观察频率不太低的被测信号。

当显示方式开关置于断续位置时,电子开关是一振荡频率约为200KHZ的自激多谐振荡电路。由它的两个输出端输出相位相反的两个矩形信号。前置放大电路CHA和CHB是受上述两个矩形信号控制而轮流工作的。这样就可以稳定地显示出两个信号。这种断续工作状态适用于观察频率不太高的被测信号。

当显示方式开关置于CHA或CHB位置时,电子开关为一单稳态电路。前置放大电路CHA或CHB可单独工作,此时,双踪示波器可作为普通单线示波器使用。

当显示方式开关置于ADD位置时,电子开关处于不工作状态。此时,CHA,CHB两通道同时工作,因而可得到两信号相加或两信号相减的显示。然而,两信号究竟是相加还是相减,这要通过CHA通道的极性作用开关来选择。

示波器在高频机械上的应用 示波器产品介绍(图1)

为了观察被测试信号随时间变化的波形,示波器的水平偏转板上必须加以线性扫描电压(锯齿波电压)。这个扫描电压是由扫描电路产生的。当触发信号加到触发电路时,触发扫描电路就产生相应的扫描信号,当不加触发信号时,扫描电路就不产生扫描信号。触发方式有内触发,外触发两种,由触发源选择开关来选择,当该开关置于内的位置时,触发信号来自经y轴通道送入的被测信号,当该开关置于外的位置时,触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整数比的关系。示波器使用中,多数采用内触发工作方式。扫描电路产生扫描信号(锯齿波电路)。通过x轴选择开关接到x轴放大电路,经放大后送到示波器的x轴偏转板上。Z轴放大电路对荧光屏上光点辉度起着调节的作用,抹去不必要显示的光点轨迹。当扫描电路的闸门信号来到z轴放大电路时,z轴放大电路便输出正向的增辉脉冲信号,加至示波器的控制极。这就是说,在扫描信号的正程时,荧光屏上的光点得以增辉,在电子开关的转换过程中,电子开关电路将输出脉冲信号也加至z轴放大电路,此时z轴放大电路便输出负向脉冲信号,加至示波器的控制极。这样在电子开关的转换过程中,就消除了两通道交替工作时的过度光点,以提高显示波形的清晰度。校正信号产生电路产生一个一定频率和幅度的矩形信号。它是作校正y轴放大电路的灵敏度和x轴的扫描速度之用的。高低压电源,其中高压是供给示波管显示系统的。低压供给示波器各级电路。

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