Цифрові осцилографи

Мікропроцесор забезпечує керування процесом вимірювання і всіма режимами роботи. Вимірювання амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) виконується за 2 етапи. На етапі 1 здійснюється частотне калібрування приладу.Для цього спочатку вмикається прилад і установлюється необхідний діапазон хитання частоти і режим роботи. За заданим діапазоном хитання частоти мікропроцесором розраховуються точки, за якими в режимі вимірювання (етап 2) буде проводитися перестроювання частоти вихідного синусоїдного сигналу блока генераторного.

Об’єктів

Цифрові аналізатори частотних характеристик технічних

Склад таких аналізаторів: г енератор хитної частоти синусоїдного сигналу, в имірювачі частотних характеристик або індикатори (вимірювальні блоки),б локи керування і відображення інформації (графічної або літерно-цифрової).

Генератори хитної частоти забезпечують автоматичне лінійне перестроювання (гойдання) частоти синусоїдної напруги в заданому діапазоні частот. Найбільш перспективними є цифрові генератори хитної частоти на основі ЦАП (див. підр. 7.10). Блок керування для підвищення рівня автоматизації виконується на мікропроцесорі. На рис. 7.28 наведена структурна схема типового цифрового аналізатора частотних характеристик.

Рис.7.28. Структурна схема цифрового аналізатора частотних характеристик

Конструктивно генераторний блок має в своєму складі генератор хитної частоти, цифровий частотомір, атенюатор, а також блок керування і спряження. Конструкція вимірювального блока крім аналого-вимірювального перетворювача і мікропроцесора передбачає наявність блока відображення інформації і двох інтерфейсних пристріїв.

На етапі 2 вимірюються параметри АЧХ в усіх (звичайно 512 і 128 в одному приладі) розрахункових частотних точках діапазону. Для цього мікропроцесор формує відповідні команди. Вони проходять через інтерфейсний пристрій 1 та блок керування і спряження, який на виході генератора хитної частоти за чергою установлює значення частоти сигналу в кожній розрахунковій точці. З генераторного блока синусоїдний сигнал даної частоти потрапляє на досліджуваний об’єкт і далі на аналого-вимірювальний перетворювач. В його складі послідовно з'єднані підсилювач-атенюатор, детектор і АЦП (на схемі не показані), які керуються в процесі вимірювання мікропроцесором.

Частота сигналу вимірюється цифровим частотоміром у генераторному блоці. Вихідний код АЦП є пропорційним амплітуді вихідного сигналу досліджуваного об’єкта; Результати вимірювання амплітуди і частоти вихідного сигналу об’єкта в даній точці АЧХ записуються в ОЗП мікропроцесора і виводяться на дисплей блока відображення інформації, а в разі необхідності - через інтерфейсний пристрій 2 в КЗК і далі на той чи інший системний модуль, увімкнутий до КЗК в складі автоматизованої вимірювальної системи. Після закінчення вимірювань в кожній точці АЧХ за командою мікропроцесора установлюється частота наступної точки АЧХ і процес вимірювання повторюється. На дисплеї відтворюється АЧХ досліджуваного об’єкта та відображається цифровий відлік вимірюваних величин.

Цифрові осцилографи володіють більш високими метрологічними характеристиками, досить високими рівнями автоматизації процесів вимірювання і реєстрації ніж аналогові. Вони універсальні, працюють у режимах самотестування і самодіагностики, зберігання і логіко-математичної обробки інформації, мають вихід через КЗК на зовнішні пристрої (цифродруку та ін.).

Цифрові осцилографи володіють більш високими метрологічними характеристиками, досить високими рівнями автоматизації процесів вимірювання і реєстрації ніж аналогові. Вони універсальні, працюють у режимах самотестування і самодіагностики, зберігання і логіко-математичної обробки інформації, мають вихід через КЗК на зовнішні пристрої (цифродруку та ін.).

Основні етапи цифрової осцилографії:

1. Аналого-цифрове перетворення миттєвих значень досліджуваного сигналу в пропорційні коди,

2. Записування цих кодів в оперативну пам'ять.

3. Математична і логічна обробка кодів з видачею результатів обробки в блок відображення інформації (дисплей).

Цифрові осцилографи мають широкі функціональні можливості, оскільки вони, як правило, програмовані. Загальна структурна схема такого осцилографа зображена на рис. 7.29.

Рис.7.29. Узагальнена структурна схема цифрового осцилографа

Вхідний пристрій призначений для нормування вхідного сигналу до рівня, який визначається межею роботи АЦП. Його коефіцієнт передачі може регулюватися або вручну, або за командою самого вхідного пристрою, а вихідний сигнал подається на сигнальний вхід АЦП. АЦП визначає швидкодію приладу, частотний діапазон вхідного сигналу і точність вимірювання або відтворення сигналу.

Центральна роль в осцилографі відводиться процесору. Він виконується на мікропроцесорі або мікроЕОМ й здійснює математичну і логічну обробку вимірювальної інформації, аналіз одержаних результатів і керування режимами роботи осцилографа. У моменти дискретизації t_i, , процесором формуються сигнали запуску АЦП, які здійснюють перетворення поточних миттєвих значень вхідного сигналу u_i в коди. Вони потрапляють у процесор або для цифрової обробки в реальному часі, або для запису в ОЗП. При необхідності частина ОЗП використовується для запису проміжних результатів обробки й іншої оперативної інформації. Записана в ОЗП інформація потім вводиться в процесор для математичної і логічної обробки миттєвих значень u_i згідно з програмами обробки даних, записаними в ПЗП. В ПЗП зберігаються також програми керування роботою осцилографа відповідно до заданого режиму. ПЗП виконуються програмованими або змінними. З пульта осцилографа, із зовнішніх пристроїв вводу інформації, шляхом заміни плат ПЗП можуть вводитися окремі фрагменти програми.

До складу процесора може входити таймер. Це пристрій, призначений для завдання каліброваних міток часу. Він використовуються для формування часових інтервалів, забезпечення синхронізації роботи вузлів осцилографа, завдання циклічного рівномірно зростаючого в часі коду, що керує розгорткою блока відображення інформації. Основою таймера є генератор імпульсів.

Коди миттєвих значень u_i вхідного сигналу u(t) при його відтворенні і результати вимірювань у число-літерному вигляді виводяться на блок відображення інформації (дисплей). Він виконується на основі ЕПТ або матричної індикаторної панелі. В випадку 1 для одержання відтвореного сигналу коди його миттєвих значень попередньо перетворюються за допомогою ЦАП у пропорційну напругу, яка подається на пластини Y вертикального відхилення променя ЕПТ, а коди часової розгортки, завдяки другому ЦАП (на рис. 7.29 відсутній), перетворюються в напругу горизонтального відхилення променя ЕПТ.

Новий тип індикаторів - плоскій екран на матричних індикаторних панелях (МІП), має низку переваг над ЕПТ. У загальному вигляді МІП (рис.7.30) це матриця точкових елементів індикації. Конструктивно вони розміщені у вертикальних стовпцях та горизонтальних рядках і електричне ввімкнути до керуючих шин вертикального та горизонтального відхилення.

За допомогою дешифраторів коди вертикального і горизонтального відхилення перетворюються в позиційну форму за допомогою дешифраторів. Отже на шину одного з рядків і на шину одного із стовпців МІП надходять потенціали, які викликають світіння точкового елемента матриці, що знаходиться на перехресті цих шин. Внаслідок безперервної зміни кодів дешифраторів X, Y зміщуються точки світіння вздовж осей часу і рівня. На екрані МІП створюється «точкове» зображення кривої відтвореного сигналу.

Рис.7.30. Відображення сигналу на матричній індикаторній панелі

цифрового осцилографу

Достоїнство МІП у порівнянні з ЕПТ при відображенні осцилограм: усунення геометричного викривлення електронного променя на кінцях трубки і зв’язаної з цим похибки; однакова яскравість осцилограми незалежно від параметрів сигналу; можливість накопичення та зберігання цифрової інформації при введенні в МІП внутрішньої пам’яті, що дозволяє ввести в зображення осцилограм третю просторову координату (наприклад, номер об’єкта контролю). Вона виділяється модуляцією яскравості ії світіння на екрані.

Якщо перші зразки цифрових осцилографів поступалися перед аналоговими за смугою пропускання (сотні кілогерц) і мали приблизно таку саму точність (похибки до десяти відсотків), то їх сучасні зразки мають смугу пропускання до сотень мегагерц і значно менші похибки ніж аналогові. Відносна похибка. при вимірюванні частотно-часових параметрів складає соті частки відсотка і менше.

При наявності розробленої математичної забезпеченості, відповідних АЦП, процесорів і запам’ятовуючих пристроїв цифрові осцилографи здатні виконувати функції реєстратора перехідних процесів, цифрового мультиметра, аналізатора логічних положень, сигнатурного аналізатора, аналізатора спектра та інших вимірювальних засобів.

Наявність цифрової пам’яті дозволяє зберігати і відображати досліджуваний сигнал в них протягом будь-якого заданого проміжку часу без погіршення якості у порівнянні з аналоговими запам’ятовуючими осцилографами, застосовувати математичні моделі для лінеаризації характеристик і корекції похибок окремих вузлів вимірювального тракту приладу, проводити корекцію нуля цих вузлів, зберігати і виводити на екран інструкцію користування приладом, тестову або символьну інформацію про будь-яке порушення процесу вимірювань або несправність осцилографа. В цифровому осцилографі можна одержати кілька незалежних розгорток для кожного каналу, що дозволяє порівнювати і аналізувати сигнали з різним масштабом часу.

Цифровий осцилограф дозволяє записувати й аналізувати сигнали низько- та інфранизькочастотних процесів, що не можуть аналогові осцилографи. При цьому практичну цінність має можливість відображення інформації не в реальному часі, а в масштабі часу, зменшеному в будь-яке число разів. Вони мають також інтерфейсний блок для сполучення через КЗК з іншими системними приладами.

Дата добавления: 2014-10-15