1 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek Złożoność nowoczesnych urządzeń elektronicznych stawia przyrządom pomiarowym nowe wymagania. Często nie wystarczy już tylko zwykły pomiar wartości napięcia przy pomocy multimetru, ponieważ istnieje potrzeba poznania również wartości chwilowych, a także kształtu, prądu i napięcia czy zależności czasowych pomiędzy dwoma badanymi przebiegami. Jest to o tyle problematyczne, że potrzeba taka często pojawia się przy serwisowaniu urządzeń na miejscu u klienta. Właśnie do takich zastosowań idealnie nadaje się tzw. skopometr. W ofercie dystrybutora elementów elektronicznych i sprzętu pomiarowego TME znajduje się rodzina przenośnych urządzeń pomiarowych DSO1000BV firmy Hantek, będących połączeniem multimetru i oscyloskopu. Opisywany dalej model DSO1202BV to skopometr o szerokich możliwościach diagnostycznych w poręcznej obudowie, przypominającej zwykły multimetr. Urządzenie ma kolorowy ekran LCD TFT o przekątnej 5,7 cala, w górnej części obudowy znajdują się dwa wejścia BNC, a w dolnej połowie, pod ekranem, są umieszczone przyciski sterujące oscyloskopu i multimetru. Pod przyciskami znajdują się gniazda do podłączania przewodów multimetru. W zależności od modelu, maksymalna częstotliwość sygnału wejściowego oscyloskopu zawiera się od 60 MHz do 200 MHz. Wszystkie oscyloskopy serii DSO1000BV posiadają dwa kanały wejściowe, szybkość próbkowania w trybie rzeczywistym wynosi 1 GS/s, a w możliwym trybie ekwiwalentnym osiąga 25 GS/s. Maksymalna pojemność pamięci próbek to 1 M próbek dla jednego kanału i po 512 k dla dwóch kanałów. Zakres napięć wejściowych dla oscyloskopu i multimetru to odpowiednio od 2 mv do 5 V na działkę oraz maksymalnie 600 V AC i 800 DC. Urządzenie jest dostarczane ze wszystkimi niezbędnymi akcesoriami: zasilaczem sieciowym, akumulatorem, instrukcją obsługi, przewodem do podłączenia komputera, oprogramowaniem, przewodami do multimetru oraz dwiema sondami z regulowanym tłumieniem: x1 i x10. Pracę z oscyloskopem należy rozpocząć od kalibracji sond. Skopometry DSO1000BV posiadają zintegrowany generator przebiegu prostokątnego o częstotliwości 1 khz, którego używa się do ustawienia odpowiedniej kompensacji sondy. Pomocną funkcją, zwłaszcza na początku pracy z urządzeniem, jest funkcja automatycznego ustawienia parametrów oscyloskopu odpowiednio do podanego sygnału (autoset). Regulacji podlegają m. in.: pozioma i pionowa skala, typ, pozycja, zbocze i poziom
2 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając wyzwalania triggera. Wielkości te są tak ustawiane, aby uzyskać stabilny obraz badanego sygnału. Oczywiście wszystkie parametry możemy ustawić ręcznie, aby uzyskać taki widok analizowanego przebiegu, który dostarczy nam najbardziej interesujących nas informacji. Regulacje te przeprowadza się wyłącznie przy pomocy przycisków i jest to czynność na tyle intuicyjna, że może ją przeprowadzić osoba posiadająca jedynie podstawową wiedzę z zakresu obsługi oscyloskopu. Dla dokładnej analizy sygnału szczególnie istotny jest odpowiednio dobrany typ triggera, sposób jego wyzwalania, źródło i tzw. podstawa czasu, którą można regulować w granicach od 2 ns do 40s/działkę. Możliwe triggery to: Edge, Video, Pulse Width, Swap (Alter), Slope i Overtime. Triggery posiadają szereg parametrów konfiguracyjnych. Trigger Video (rys.1) pozwala m. in. na wybór linii obrazu analizowanego sygnału, a odpowiednie ustawienie parametrów wyzwolenia triggera Slope (zbocze) umożliwia obserwację i analizę pojedynczych zdarzeń w trybie Single (rys. 2 i rys. 3). Na rys. 2 widać moment przełączania UPS-a po zaniku napięcia sieciowego na pracę na baterii i zmianę kształtu napięcia z sinusoidy na przebieg zbliżony do prostokątnego (tzw. aproksymowana sinusoida). Rys. 1 Fragment przebiegu sygnału PAL linii nr 1 przy wykorzystaniu triggera Video
3 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając Rys. 2 Obserwacja pojedynczych zdarzeń w trybie Single triggera Slope Rys. 3 Załączenie silnika sterowanego fazowo. Kolor żółty to prąd, skala 10A/działkę Dodatkowo w tym przypadku zastosowano tryb Peak Detect analizy przebiegu, który umożliwia śledzenie gwałtownych zmian sygnału bez niebezpieczeństwa utraty danych, co
4 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając może się zdarzyć w przypadku trybu Normal czy tym bardziej Average (uśrednianie wartości określonej liczby przebiegów). Pomiar parametrów przebiegów (amplituda i czas), poza odczytem wizualnym, jest możliwy na dwa sposoby: za pomocą kursorów i poprzez odczyt tzw. pomiarów automatycznych, wcześniej zdefiniowanych przez producenta. Pomiar kursorami daje najwięcej dowolności w wyborze interesujących nas fragmentów czy punktów przebiegu. Za pomocą przycisków można ustawić linie pionowe S i E w taki sposób, aby zmierzyć czas trwania fragmentu przebiegu (rys. 4). i a linie poziome, oznaczone analogicznie, aby zmierzyć amplitudę (rys. 5). Typ, źródło i wynik pomiaru są widoczne pod wyświetlanym przebiegiem. Rys. 4 Pomiar czasu trwania ujemnej części tzw. aproksymowanej sinusoidy z zasilacza UPS
5 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając Rys. 5 Pomiar fragmentu przebiegu prądu (żółty) pobieranego przez dwie świetlówki kompaktowe za pomocą kursorów rezystor bocznikujący 1 Ohm Pomiary automatyczne są wykonywane w tle w sposób ciągły i nie wymagają od użytkownika konfiguracji poza wskazaniem typu pomiaru i kanału źródłowego. Rys. 6 Pomiary automatyczne prądu (żółty) i napięcia dla obciążenia o charakterze indukcyjnym
6 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając Do wyboru jest 21 zdefiniowanych rodzajów pomiarów, przy czym jednocześnie na ekranie mogą być wyświetlone 4. Na rys. 6 jest widoczne wyprzedzenie napięcia względem prądu dla odbiornika o charakterze indukcyjnym o wartości około 1,3 ms. Można je zaobserwować na wykresie, jak i w wartościach automatycznego pomiaru opóźnień pomiędzy dwoma zboczami przebiegów (Delay1-2),. Oprócz tego pokazane są wartości skuteczne napięcia (230 V) i prądu (123 ma ze względu na bocznik 1 Ohm) Oprócz automatycznych pomiarów przebiegów, za pomocą oscyloskopu można przeprowadzać operacje matematyczne na badanych sygnałach. Dostępne są operacje arytmetyczne dodawania, odejmowania, mnożenia i dzielenia wykonywane na danych z dwóch kanałów wejściowych. Na rys.7 widać iloczyn wartości chwilowych prądu i napięcia dla odbiornika o charakterze rezystancyjnym (kolor fioletowy: iloczyn, kolor żółty: prąd). Rys. 7 Wizualizacja iloczynu wartości dwóch kanałów wejściowych oscyloskopu przy pomocy funkcji matematycznych Wśród operacji matematycznych w skopometrach firmy Hantek dostępna jest również funkcja FFT szybka transformata Fouriera. To przekształcenie dostarcza wielu istotnych informacji o harmonicznych składowych badanego sygnału, np. o harmonicznych prądu w przewodach zasilających czy o pochodzeniu i źródle szumów.
7 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając W ramach konfiguracji tego przekształcenia mamy do dyspozycji 5 tzw. typów okien, które należy wybrać w zależności od rodzaju badanego sygnału i informacji, jakie szczególnie chcemy uzyskać Hanning, Flattop, Rectangular,Bartletta i Blackman. Na rys. 8 i 9 przedstawiono analizy harmonicznych prądu pobieranego przez nieliniowe odbiorniki w sieci energetycznej. Na obu rysunkach linia pionowa oznaczona wartością 1,15 khz jest 23 harmoniczną częstotliwości napięcia sieciowego. Pierwsza wartość z lewej strony to harmoniczna podstawowa 50 Hz. Rys. 8 Składowe harmoniczne (nieparzyste) prądu pobieranego przez zasilacz komputera przenośnego (skala pionowa liniowa)
8 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając Rys. 9 Składowe harmoniczne (nieparzyste) prądu pobieranego przez dwie świetlówki kompaktowe (skala pionowa logarytmiczna) Pomimo, że w skopometrach najbardziej interesującym elementem wydaje się być oscyloskop, należy również zaznaczyć, że urządzenia te posiadają w pełni funkcjonalny multimetr, który może być używany wtedy, kiedy szczególnie istotny jest dokładniejszy, liczbowy wyniku pomiaru. Umożliwia zmierzenie napięcia, prądu, rezystancji i pojemności, a także przeprowadzenie tzw. testu diody czy testu ciągłości (połączenia o rezystancji mniejszej niż 30 Ohm). Multimetr automatycznie dobiera zakres do mierzonych wartości, a wynik jest wyświetlany na ekranie w postaci liczbowej oraz na poziomym pasku przydatnym przy szybkozmiennych sygnałach. Dodatkowo wyświetlają się podpowiedzi, do których gniazd multimetru należy podłączyć przewody w zależności od wykonywanych pomiarów. Wszystkie elementy widoczne na ekranie oscyloskopu, łącznie z menu, można zapisać w zewnętrznej pamięci podłączonej do wejścia USB w postaci plików graficznych (tzw. zrzut ekranu) lub jako pliki CSV, które zawierają dane liczbowe pozwalające odtworzyć przebieg ze wskazanego kanału w innych aplikacjach.
9 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając Rys. 10 Oprogramowanie DigitalScope współpracujące ze oscyloskopem Hantek Skopometr posiada również gniazdo do podłączenia komputera. Oprogramowanie wchodzące w skład zestawu umożliwia konfigurację i sterowanie urządzeniem z komputera, przeprowadzanie odczytów i zapisów badanych przebiegów. Skopometry firmy Hantek to urządzenia wszechstronne, przede wszystkim przydatne w pracach wymagających mobilności, czyli np. dla inżynierów serwisujących urządzenia przemysłowe czy serwisantów różnego rodzaju sprzętu elektronicznego na miejscu u klienta. Duży, czytelny ekran umożliwia wystarczająco dokładne obserwowanie przebiegów z dwóch kanałów jednocześnie, również w rozdzielonych oknach (rys. 11), a wszystko, co widać na ekranie, można w dowolnej chwili zapisać w pamięci wewnętrznej lub zewnętrznej (np. pendrive). Skopometry oferują również wszystkie korzyści związane z cyfrowym przetwarzaniem sygnałów, tj. możliwość przeprowadzania operacji matematycznych na analizowanych przebiegach, analizę widmową FFT, rejestrowanie pojedynczych zakłóceń sygnału czy też, w przypadku serii DSO1000BV, zapis do 1000 ramek przebiegu do późniejszej analizy (Waveform Recorder). Można również przy pomocy funkcji Pass/Fail określić zakres tolerancji dla przebiegu (maska) i uzyskać informację o przekroczeniach tych wartości (rys. 12)
10 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając Rys. 11 Okno oscyloskopu podzielone na dwa obszary dedykowane odpowiednim kanałom Rys. 12 Prezentacja działania funkcji Pass/Fail w skopometrach Hantek
11 Mobilne przyrządy pomiarowe. Skopometry firmy Hantek, Marcin Zając Należy zaznaczyć, że rodzina skopometrów DSO1000BV firmy Hantek to także udany kompromis pomiędzy liczbą i rodzajem oferowanych funkcjonalności a rozsądną ceną. Skopometry będą niezwykle przydatnym wyposażeniem każdego, zwłaszcza mobilnego, serwisu sprzętu elektronicznego. Marcin Zając