В чем заключается важность проверки точности осциллографа?

При проверке точности осциллографа можно использовать различные методы. Первый заключается в использовании прецизионного генератора сигналов для подачи в осциллограф известного сигнала. Для определения точности выходной сигнал следует сравнить с исходным сигналом. Второй метод заключается в использовании внешнего калибровочного источника, подключенного к известному напряжению или сопротивлению. Затем это значение можно сравнить с показаниями на осциллографе. Наконец, для измерения точности осциллографа можно использовать специализированное испытательное оборудование, подробнее о поверке приборов на сайте https://www.pover.ru/. Используя комбинацию этих методов, можно точно оценить точность осциллографа.

Средний срок службы осциллографа

Осциллограф — это необходимый инструмент для любого инженера-электронщика или техника. Средний срок службы осциллографа обычно определяется как период времени до семи лет. Это зависит от возраста прибора, интенсивности использования и качества его деталей. Помимо обеспечения надлежащего технического обслуживания и ухода за прибором, важно также выбрать высококачественный осциллограф с хорошей репутацией надежности и точности. Любой ремонт или калибровка должны выполняться квалифицированным специалистом, чтобы продлить срок службы прибора. При правильном использовании осциллографа он должен оставаться надежным оборудованием в течение многих лет.

Согласно советскому ГОСТ, рассматриваемые контрольно-измерительные исследовательские приборы, должны иметь гарантийный срок службы не менее 18 месяцев со дня ввода в эксплуатацию. Однако этим же документом предусмотрена регулярность проверок приборов, которые должны проводиться каждые 5 лет. То есть минимальный рабочий ресурс осциллографа хотя бы при двух проверках, должен составлять 10 лет.

На корпусе этого прибора можно прочитать надпись: «сделано в СССР»

Какие методы могут быть использованы для проверки точности осциллографа?

Учитывая количество предлагаемых в продажу устройств б/у 80-х годов выпуска, можно предположить, что сроки службы этих изделий значительно превышают ранее обозначенные временные границы.

Для проверки точности осциллографа могут быть использованы следующие методы:

1. Использование стандартных сигналов: Осциллограф может быть подключен к стандартному источнику сигнала, такому как стандартный генератор, чтобы проверить его точность.

2. Использование средств внутренней калибровки: Некоторые осциллографы имеют внутренние инструменты для калибровки, которые можно использовать для проверки точности.

3. Использование специальных тестовых приборов: Существуют специальные тестовые приборы, которые можно использовать для проверки точности осциллографа.

Важно помнить, что точность осциллографа может изменяться со временем и использованием, поэтому регулярная проверка точности является важным пунктом.

Развёрнутая классификация прибора

Современные осциллографы обладают весомым набором приложений для измерения, глубокой памятью, сенсорным ёмкостным дисплеем и способностью к скоростному обновлению сигналов на дисплее. Ознакомление с классификацией — неотъемлемый шаг в работе с техникой. Аппаратура подлежит внутреннему делению по назначению и логике работы:

1. Стробирующий.
2. Реального времени или аналоговый.
3. Запоминающий: сходный с ЭЛТ аналоговый и цифровой.

В отдельную группу выделяются приборы с непрерывной развёрткой. Они позволяют регистрировать кривую на особой фотоленте. По числу лучей бывают двулучевые, однолучевые, трехлучевые и так далее. Вершиной автоматизации считается 16 лучей и более. Параметр влияет на синхронизацию данных.

Для техники с периодической развёрткой характерно следующее деление: стробоскопические, скоростные, обычные и универсальные, специальные запоминающие. Цифровым моделям свойственно сочетание нескольких параметров. Реже встречаются осциллографы, назначение которых совмещено с другим измерительным прибором. Их официальное название — скопметры.

Вам это будет интересно Подключение проходного выключателя света по схеме

Синхронная выборка

Если тактовая частота дискретизации синхронна или почти синхронна с формой волны, выборки всегда берутся в одной и той же фазе (или близкой фазе). Это означает что всегда сэмплируются одни и те же части сигнала. Это наиболее очевидно когда имеется всего несколько выборок за период. Пока частота дискретизации соответствует критерию Найквиста, ничего страшного в этом нет, но осциллограмма приобретает довольно неожиданный вид, напоминающий модулированный сигнал.

Осциллограмма, построенная при частоте дискретизации, кратной частоте измеряемого сигнала

Сигнал, показанный на рисунке, дискретизированный с частотой 1 Гвыб/с, первоначально имел частоту 399,9 МГц. В ходе эксперимента его увеличивали до тех пор, пока не появлялся эффект модуляции, который хорошо виден на А-волне, показывающей полный сбор данных. Частота «модуляции» 500 кГц (период 2 мкс).

Но на самом деле это не настоящий эффект амплитудной модуляции, что видно на увеличении (B-волна), созданном с включенным послесвечением (искусственное свечение). Для построения осциллограммы использовалась линейная интерполяция. Одиночный цикл сбора данных отображается синим цветом. Каждый образец показан в виде точки на графике. Легко подсчитать, что на период приходится две с половиной выборки (пять выборок на два периода). Увеличенный фрагмент фрагмента В виден на осциллограмме А в виде более темной полосы.

Функция сохраняемости, доступная в большинстве цифровых осциллографов, позволяет отслеживать историю нескольких перекрывающихся измерений. Как видно, после многих циклов сбора выборки формируют правильную синусоидальную форму волны. Положение выборок изменяется очень незначительно при последующих измерениях, поэтому, хотя трудно увидеть форму исходного сигнала на основе формы волны отображаемой для одного цикла сбора данных, история, отмеченная постоянством, дает полную картину. Таким образом можно сделать вывод, что форма волны сформирована правильно и что эффект модуляции обусловлен только ограниченным числом выборок за период и высоким совпадением фазы измеряемого сигнала с тактовой частотой выборки.

Правильность выборки подтверждается анализом FFT (часть C). В спектре осциллограммы имеется только одна полоса соответствующая частоте сигнала, и не наблюдаем боковых лепестков, характерных для АМ-модуляции.

Можно улучшить осциллограмму увеличив количество выборок за период выполнения. Одним из способов является также изменение интерполятора. Сигналы, показанные на рисунках A…C, были созданы путем применения линейной интерполяции. По умолчанию цифровые осциллографы используют интерполяцию sin(x)/x.

Осциллограмма E построена с использованием интерполяции sin(x)/x. На увеличенном фрагменте F видим синусоидальную форму волны, но ее отдельные периоды имеют разную амплитуду. Тем не менее интерполятор имеет слишком мало выборок за период выполнения.

В осциллографах высокого класса можно настроить функцию интерполяции как математическую функцию. Насколько эффективен этот метод в конкретных случаях, можно сделать вывод на основании осциллограмм G и H, которые были созданы в результате применения собственной интерполяционной функции формы волны А. Наблюдая увеличенный фрагмент формы волны можно сделать вывод, что проблема полностью устранена.

Следует еще раз подчеркнуть что эффект «модуляции» не является ошибкой. Все функции измерения с помощью осциллографа по-прежнему дают правильные результаты, поскольку они основаны на статистических данных. Тем не менее, формы сигналов, отображаемые на экране, могут вызвать некоторую путаницу.

Управление и настройка осциллографа

У подавляющего большинства моделей настройка организована таким образом, что одна группа устанавливает амплитудные режимы, а вторая управляет разверткой.

Самым крупным и заметным органом амплитудной настройки является регулятор масштаба сигнала по оси Y, маркируемый «V/дел». Его функция — установить масштаб таким образом, чтобы изображение соответствовало размеру экрана.

Например, для измерения сигналов амплитудой 30V необходимо установить масштаб 10V на деление, тогда сигнал на экране будет достигать 3 делений. Конструктивно регулировка выполнена в виде вращающейся рукоятки со ступенчатым переключением. Имеется риска, указывающая на значение, выбранное из тех, которые расположены вокруг рукоятки.

Обычно присутствует еще дополнительная рукоятка плавной подстройки, скомпонованная с основной

Второй по важности орган управления — регулятор вертикального сдвига, перемещающий изображение сигнала вверх-вниз по вертикали. Это нужно как для калибровки прибора, так и для более точного измерения амплитуды

Смещение позволяет использовать для измерения весь экран и совмещать сигнал с линиями сетки.

На любом осциллографе также имеется тумблер переключения с прямого входа на емкостной (через конденсатор). Использование последнего позволяет отсечь постоянную составляющую и работать только с переменной составляющей сигнала. Что очень полезно, например, при оценке уровня шумов блока питания.

В группе управления разверткой центральным элементом является переключатель скорости развертки, маркируемый «Время/дел». Конструктивно он аналогичен переключателю масштаба сигнала, с ручками ступенчатого переключения и плавной подстройки. Этим переключателем выставляется значение в ms или µs на деление в соответствии с частотой исследуемого сигнала таким образом, чтобы на экране помещался один или несколько периодов.

Всегда имеется рукоятка горизонтального сдвига луча, маркируемая обычно стрелками вправо-влево. Используя эту рукоятку, можно подвести исследуемый участок под линии сетки для более точного измерения.

Все модели осциллографов имеют возможность вместо внутреннего генератора использовать внешний источник развертки. Именно с его помощью на экране получаются фигуры Лиссажу, по которым можно видеть соотношение частот и фаз двух сисусоид. Вход для внешней развертки маркируется «Вход Х» и располагается в группе управления разверткой.

Отдельную группу составляют настройки синхронизации. В нее входят переключатель «внутренняя-внешняя синхронизация», вход для внешней синхронизации и ручка точной подстройки.

Помимо этого, присутствуют технические органы управления:

• кнопка включения/выключения прибора;
• регулировка яркости и фокусировки луча электронно-лучевой трубки;
• включение подсветки шкалы экрана.

Особенности прибора

Цифровые осциллографы могут не только показывать в режиме реального времени форму сигнала, но и сохранять все данные, которые впоследствии можно будет прочитать на персональных компьютерах. По осциллограмме, изображенной на рисунке выше, можно определить некоторые особенности сигналов:

1. Характер сигнала импульсный.
2. Отрицательных значений не имеет входящий сигнал.
3. Происходит очень быстрое изменение значений от 0 до максимума и обратно.
4. Длительность импульса выше длительности паузы более чем в три раза.

Как правило, при помощи осциллографа проводятся исследования периодических сигналов. Именно о них и пойдет речь в статье.

Принципиальная схема

Принципиальная схема приставки изображена на рис. 1. Приставка к осциллографу позволяет проверять практически все элементы, устанавливаемые в радиоэлектронные устройства бытовой аппаратуры: от резисторов до управляемых вентилей (тиристоров), а также дает возможность оценить качество потенциометров, катушек индуктивности, исправность переключателей, реле, трансформаторов и т. д.

Таким образом, один осциллограф может заменить почти всю измерительную лабораторию входного контроля. Необходимо иметь в виду, что осциллограф служит не только для наблюдений различных процессов, связанных с изменением формы напряжения.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема приставки к осциллографу.

Осциллограф можно использовать как электронный вольтметр, омметр, а применяя приставку к осциллографу, можно наблюдать на экране осциллографа характеристики транзисторов, что расширяет возможности использования осциллографа в ремонтной и любительской практике.

Схема и сборка устройства

Существует много схем для изготовления цифрового USB-осциллографа своими руками. Не все доступны для неопытного радиолюбителя. Наиболее легким является сборка устройств на основе звуковой карты, так как здесь нужно собрать только делитель для увеличения порога входящего напряжения.

Подключение через USB

USB-осциллограф сложный в изготовлении своими руками, но высокоточный прибор с большим диапазоном по частоте. Детали для него можно приобрести в магазине или заказать через интернет. Список запчастей следующий:

• двусторонняя плата с готовыми дорожками;
• АЦП AD9288−40BRSZ;
• система собирается на процессоре марки CY7C68013A;
• резисторы, трансформаторы, конденсаторы, дроссели — номиналы указаны на схеме;
• паяльник и монтажный фен, паяльная паста, флюс и припой;
• провод с площадью сечения 0,1 мм2 и лаковым покрытием;
• тороидальный сердечник для изготовления трансформатора;
• чип памяти EEPROM flash 24LC64;
• реле с управляющим напряжением не более 3,3 В;
• операционные усилители AD8065;
• преобразователь постоянного тока DC-DC;
• USB коннектор;
• стеклотекстолит;
• разъемы для щупов, корпус для платы.

  Зачем используются USB кабели и разъемы – их типы и виды

Схема устройства приведена ниже.

Так как используется двусторонний монтаж, то самостоятельно плату с дорожками изготовить не получится. Надо обратиться к производственному объединению, выпускающему подобные изделия, и сделать заказ со следующими условиями:

• стеклотекстолит, на котором будет размечена схема, должен иметь толщину не менее 1,5 мм;
• толщина медных дорожек не менее 1 унции (OZ) или 35 мкм;
• сквозная металлизация отверстий;
• лужение контактных площадок для лучшего припаивания элементов.

Получив заказ, можно приступать к сборке. Вначале собирается конвертер DC-DC, для получения двух постоянных напряжений: +5 В и -5 В. Изготавливается он отдельно от основного устройства, а затем подсоединяется экранированным кабелем.

Далее аккуратно припаять элементы схемы. Особенно быть осторожным при пайке микросхем, не допускать увеличения температуры паяльника выше 300°С.

Разместив изготовленное устройство в корпусе, подключить его к компьютеру через USB разъем. После этого перемкнуть перемычку JP1.

Использование аудиокарты

Осциллограф из внешней звуковой карты — малобюджетный и простой в изготовлении осциллоскоп к компьютеру или ноутбуку. Более всего подойдет начинающим радиолюбителям. Можно использовать как внешнее, так и внутреннее звуковое устройство.

Входное напряжение для внутренней звуковой карты компьютера не должно превышать 0,5-2 В. Чтобы измерить сигнал с амплитудой более 2 В, необходимо подать его на компьютер через делитель напряжения. Собирается аттенюатор по следующей схеме.

Подаваемое напряжение уменьшается в 100, 10 или 1 раз, в зависимости от величины. Для этого щупы вставляются в соответствующие разъемы. Точная настройка происходит через подстроечный резистор. Диоды предохраняют от случайной подачи напряжения более 2 В.

Конструкцию разместить в металлической коробке для устранения возможных наводок. Провод, подключаемый к звуковой карте, должен быть коротким с медной оплеткой. Для создания второго канала необходимо продублировать устройство. Если на карте есть несколько входов, то выбрать с наименьшим внутренним сопротивлением.

  Как преобразовать документ Word в формат pdf – программы, конвертеры и онлайн-сервисы

Ниже рассматривается схема с использованием внешней USB звуковой карты стоимостью около 2 долларов.

Кроме адаптера понадобятся:

• сопротивление на 120 кОм:
• коннектор mini Jake;
• щупы для измерений.

После приобретения всех запчастей проделать следующие шаги:

1. Вскрыть аккуратно адаптер, так, чтобы не сломать защелки. Внутри будет небольшая плата.
2. Снять конденсатор C6 и поставить на его место сопротивление на 120 кОм.
3. Припаять к щупам коннекторы mini Jack вместо оригинальных и вставить их в адаптер.
4. Скачатьархив с драйверами устройства и распаковать его в папку. Вставить гаджет в компьютер.
5. Компьютер запросит драйвера на новое устройство.
6. Установить их, указав путь к папке.
7. Нажать на кнопку «Далее» для установки драйверов.

Перед использованием осциллограф необходимо настроить.

Как подключить импортный осциллограф

Нужно внимательно ознакомиться с руководством пользователя, подготовить рабочее место для прибора, качественно его заземлить.

Важно! Заземление гарантирует, что при работе на корпусе не будет опасного статического заряда, коснувшись которого рукой можно получить удар. Далее нужно определить точки для снятия сигнала, нулевую магистраль, посредством щупа произвести их коммутацию с аттенюатором (при неизвестных уровнях сигнала выставить максимальную амплитуду). Включить прибор, дать ему прогреться, выставить необходимые режимы и произвести замеры

Снять показания, замеры повторить несколько раз

Включить прибор, дать ему прогреться, выставить необходимые режимы и произвести замеры. Снять показания, замеры повторить несколько раз

Далее нужно определить точки для снятия сигнала, нулевую магистраль, посредством щупа произвести их коммутацию с аттенюатором (при неизвестных уровнях сигнала выставить максимальную амплитуду). Включить прибор, дать ему прогреться, выставить необходимые режимы и произвести замеры. Снять показания, замеры повторить несколько раз.

Калибратор для осциллографа

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Осциллографы

Опубликовано: 18.03.2017 01:52

Просмотров: 4787

С. СЕМИХАТСКИЙ, г. Ейск Краснодарского края Основной и наиболее широко применяемый прибор для исследования формы напряжения — электронный осциллограф. Для того чтобы не только визуально наблюдать электрические сигналы, но и измерять их параметры, осциллографы калибруют с помощью калибраторов. Калибратор амплитуды предназначен для градуировки или проверки точности градуировки вертикальной оси экрана осциллографа в единицах напряжения, а калибратор длительности соответственно для горизонтальной оси в единицах времени.

О виртуальных осциллоскопах.

Когда-то у меня была идея фикс: продать аналоговый осциллограф и купить ему на замену цифровой USB осциллоскоп. Но, прошвырнувшись по рынку, обнаружил, что самые бюджетные осциллографы «начинаются» от 250 долларов, да и отзывы о них не очень хорошие. Более же серьёзные приборы стоят в несколько раз дороже.

Так что, решил я ограничиться аналоговым осциллографом, а для построения какой-нибудь эпюры для сайта, использовать виртуальный осциллограф.

Скачал из сети несколько программных осциллографов и попытался что-нибудь померить, но ничего путного из этого не вышло, так как, либо не удавалось откалибровать прибор, либо интерфейс не годился для скриншотов.

Было, уже забросил это дело, но когда подыскивал себе программу для снятия АЧХ, наткнулся на комплект программ «AudioTester». Анализатор из этого комплекта мне не понравился, а вот осциллограф «Osсi» (далее буду его называть «AudioTester») оказался в самый раз.

Этот прибор имеет интерфейс схожий с обычным аналоговым осциллографом, а на экране есть стандартная сетка, которая позволяет измерять амплитуду и длительность. https://oldoctober.com/

Из недостатков можно назвать некоторую нестабильность работы. Программа иногда подвисает и для того, чтобы её сбросить приходится прибегать к помощи Task Manager-а. Но, всё это компенсируется привычным интерфейсом, удобством использования и некоторыми очень полезными функциями, которые я не встречал ни в одной другой программе подобного типа.

Внимание! В комплекте программ «AudioTester» есть генератор низкой частоты. Я не рекомендую его использовать, так как он пытается самостоятельно управлять драйвером аудиокарты, что может привести к необратимому отключению звука

Если Вы решите его использовать позаботьтесь о точке восстановления или о бэкапе ОС. Но, лучше скачайте нормальный генератор из «Дополнительных материалов».

Другую интересную программу виртуального осциллографа «Авангард» написал наш соотечественник Записных О.Л.

У этой программы нет привычной измерительной сетки, да и экран слишком большой для снятия скриншотов, но зато есть встроенный вольтметр амплитудных значений и частотомер, что частично компенсирует указанный выше недостаток.

Частично потому, что на малых уровнях сигнала и вольтметр и частотомер начинают сильно привирать.

Однако для начинающего радиолюбителя, который не привык воспринимать эпюры в Вольтах и миллисекундах на деление, этот осциллограф может вполне сгодиться. Другое полезное свойство осциллографа «Авангард» – возможность независимой калибровки двух имеющихся шкал встроенного вольтметра.

Так что, я расскажу о том, как построить измерительный осциллограф на базе программ «AudioTester» и «Авангард». Конечно, кроме этих программ понадобится и любая встроенная или отдельная, самая бюджетная аудиокарта.

Собственно, все работы сводятся к тому, чтобы изготовить делитель напряжения (аттенюатор), который позволил бы охватить широкий диапазон измеряемых напряжений. Другая функция предлагаемого адаптера – защита входа аудиокарты от повреждения при попадании на вход высокого напряжения.

Какой выбрать осциллограф для диагностики авто

Рассмотрим наиболее удобные и информативные приборы.

USB Autoscope Постоловского

На первом месте в рейтинге практиков стоит осциллограф Постоловского USB Autoscope IV. Имеет обширные диагностические функции.

Преимущества

• Профессиональные скрипты от Андрея Шульгина.
• Удобный интерфейс.
• Широкий диапазон измерения от 6 до 300 вольт.
• Обработка скриптов в автоматическом режиме.
• Информативный скрипт эффективности по цилиндрам CSS, показывающий работу форсунок, системы зажигания.
• Тест аккумулятора, генератора, стартера. Показывает неисправности в автоматическом режиме. Легкий процесс съема характеристик: достаточно иметь доступ к плюсовой или минусовой клеммам АКБ.
• Тест давления в цилиндре. Показывает метки системы газораспределения, правильно ли стоят фазы. Выявляет провернутый задающий диск.

Полная документация по работе с прибором. Подробно описаны скрипты, схемы подключения. Есть видео инструкция на сайте производителя. Отзывчивая поддержка.

Мотодок 3

Вторым в списке рейтинга осциллографов для диагностики автомобиля любой марки стоит Мотодок 3. Имеет схожие характеристики.

Преимущества и недостатки

Скрипт Андрея Шульгина эффективности цилиндров. Есть некоторые недостатки по синхронизации с некоторыми автомобилями, имеющими слабый сигнал с датчика коленчатого вала

Но это сглаживается удобством и быстрой работой. Подключения на любое расстояние по кабелю RJ 45. Качество картинки при диагностике, что не маловажно при работе. Подробная документация на сайте производителя.

Для примера приведены только два осциллографа для диагностики авто. Существуют и другие приборы: отличаются ценой, производителем, но принцип измерения одинаков. Самое главное иметь опыт в чтении осциллограмм к каждой марке автомобиля.

Как правильно пользоваться осциллографом

После того, как стало понятны устройство и виды, нужно понять, как пользоваться осциллографом.

Начать стоит с калибровки. Для этого предусмотрены выходы встроенного калибратора, в котором значения частоты и напряжения строго фиксированы. Изображение на экране подгоняют под норму, регулируя чувствительность и частоту. Следует помнить, что щупы у этого устройства имеют два выхода, один из которых подключается к массе – общей точке всей электросхемы.

Далее на входном аттенюаторе нужно выставить уровень напряжения измеряемого сигнала. Если оно неизвестно, то устанавливается максимальное положение. Обычно – 100В на одно деление экрана. Переключениями аттенюатора нужно добиться, чтобы картинка заняла большую часть экрана.

Следующий шаг – выставить нужный режим синхронизации и частоту задающего генератора. Значения длительности периода колебаний установлены на регуляторе частот. Например, переключатель установлен на 20 мс/дел. Это обозначает, что период колебаний, длящийся 20мс, уложится в одно деление на координатной сетке. Частота будет равна 50Гц.

Регулируя уровень и синхронизацию, нужно добиться неподвижности изображения.

Чтобы произвести измерения, нужно следовать алгоритму:

1. Определить уровень сигнала. То есть посчитать, сколько делений по вертикали занимает изображение.
2. Число, полученное в первом шаге, нужно умножить на значение аттенюатора.
3. Определить длительность сигнала. То есть посчитать, сколько делений по горизонтали занимает изображение.
4. Умножить число, полученное в третьем шаге, на значение регулятора длительности.
5. Частоту нужно определить по формуле F=1/T, где F – это частота, а T – период колебания (наименьший промежуток времени, за который происходит колебание).

Вход канала осциллографа

На передней панели имеется масштаб в вертикальной плоскости — он определяется при помощи регулятора чувствительности того канала, по которому происходит измерение. Существует возможность сменить масштаб не плавно, а ступенчато, при помощи переключателя. Какие задать значения можно с его помощью, смотрите на корпусе рядом с ним. На одной оси с этим переключателем находится регулятор для плавной корректировки (вот как пользоваться осциллографом С1-73 и аналогичными моделями).

На передней панели можно найти ручку с изображением двунаправленной стрелки. Если вращать ее, то график этого канала начнет перемещаться в вертикальной плоскости (вниз-вверх)

Обратите внимание на то, что возле этой ручки имеется графическое обозначение, которое показывает, в какую сторону необходимо ее вращать, чтобы изменить значение множителя в меньшую или большую сторону. обоих каналов одинаковые

Кроме того, на передней панели имеются ручки регулировки контрастности, яркости, синхронизации. Стоит отметить, что цифровой карманный осциллограф (как пользоваться девайсом, мы рассматриваем) также имеет ряд настроек отображения графиков.