Автомобильный осциллограф: понятие и принципы работы

Как работать с осциллографом

Первоначально выставляются режим работы осциллографа (автоколебательный, ждущий или одиночный). Затем выбирается режим аттенюатора или устанавливается соответствующий делитель напряжения.
Это касается аналоговых приборов. Цифровые на входе анализируют сигнал и понижает/повышает его до необходимого уровня. В них на входе стоит аналитический блок, который сам понижает или повышает входной сигнал до требуемого уровня.

Подключение осциллографа

В комплекте с осциллографом идет измерительный шнур или шнуры. Их количество зависит от числа входных каналов конкретной модели. Если канал один, то и шнур один. Может быть два, три и до шестнадцати. Подключать надо столько, сколько собираетесь использовать.

Шнуры для осциллографа трудно спутать с другими. Один конец — со щупом и ответвлением. Это «измерительная» сторона. С другой находится характерный круглый разъем. Эта часть подключается к измерительному входу.

Провод, который идет в сторону от щупа — для подключения к «земле». Он часто бывает снабжен прищепкой или «крокодилом». Его подключать обязательно, вольтаж может быть разный и заземление необходимо.

Измерительные шнуры для осциллографа

Некоторые шнуры для осциллографа имеют на рукоятке переключатель, который работает как небольшой усилитель (на фото справа).

После подключения измерительных шнуров включаем прибор в сеть. Затем, перед работой, переводим в рабочее положение тумблер/кнопку включения прибора. Можно считать что осциллограф готов к работе.

Проверка осциллографа перед работой

Перед началом работы надо проверить осциллограф. Включаем его в сеть, устанавливаем измерительный шнур. К щупу прикасаемся пальцем, на экране появляется синусоида частотой 50 Гц — наводки от бытовой электросети.

Если пальцем прикоснуться к измерительному щупу, на экране появится синусоидальной формы сигнал. Синусоида неидеальна, но если она есть и ее частота 50 Гц, это значит, что осциллограф исправен

Затем берем земляной щуп и прикасаемся им к измерительному (палец продолжаем держать на острие щупа). Сигнал пропадает (отображается прямая). Это значит, что прибор исправен.

Как измерить осциллографом напряжение: переменное, меандра, постоянное

Как уже говорили, напряжение на экране осциллографа отображается по вертикали. Весь экран разбит на квадраты. Цена деления по вертикали выставляется переключателем, который подписан «V/дел». Что и обозначает, Вольт на одно деление

Перед подачей сигнала выставляем луч точно по горизонтальной оси — это важно

Подаем сигнал и считаем, на сколько клеточек от нулевого уровня поднимается или опускается сигнал. Затем умножаем количество клеток на «цену деления», взятую с регулятора. В результате получаем напряжение сигнала. В случае с синусоидой или меандром (положительные и отрицательные прямоугольные импульсы) считается напряжение полуволны — верхней или нижней.

Измерение напряжения осциллографом

Чтобы было понятнее, разберем пример. На фото есть сигнал, полуволна которого понимается и опускается на три клеточки. Цена деления на регуляторе — 5 В. Имеем: 3 дел * 5 V/дел  = 15 V. Получается, данный сигнал имеет напряжение 15 вольт.

Если надо измерить постоянное напряжение, снова выставляем луч по горизонтали. Подаем напряжение и смотрим, на сколько клеток «подпрыгнул» или опустился луч. Дальше все точно так же: умножаем на цену деления и получаем значение постоянного напряжения.

Как осциллографом определить частоту

Частота определяется как 1/T, где Т — период сигнала. А период — это время, за которое сигнал проходит полный цикл. Для сигнала на экране это 5,7 клетки. Считаем от места пересечения с горизонтальной осью и до второй аналогичной точки.

Как определить частоту сигнала по осциллографу

Далее определяем частоту деления по переключателю развертки. Положение переключателя стоит на 50 миллисекунд. Берем количество делений и умножаем на количество клеток. Получаем 50 мс * 5,7 = 285 мс. Переводим в секунды. Для этого надо разделить на 1000. Получаем 0,285 сек. Считаем частоту: 1/0,285 = 3,5 Гц

Основные параметры

Для выбора осциллографа рекомендуется правильно оценивать следующие характеристики:

  • чтобы исключить искажения при работе с несколькими высокочастотными сигналами, следует приобрести двух,- или многолучевой прибор;
  • в разных моделях погрешность составляет 5-15%, поэтому следует учитывать ограниченную точность измерений;
  • цифровые аппараты оснащают цветными экранами, разнообразными устройствами для синхронизации, дополнительными сервисными режимами;
  • функциональность аналоговых приборов скромнее, но стоят они дешевле;
  • ограниченные возможности амплитудно-частотных преобразователей затрудняют качественную обработку цифровой электроникой высокочастотных сигналов;
  • режим застывшей картинки с функцией увеличения поможет изучить мельчайшие детали сложных изображений.

Перед детальным анализом нужно уточнить, для чего именно предназначается прибор. Далее оценивают соответствие по следующим параметрам:

  • полоса пропускания;
  • частотный диапазон;
  • входное сопротивление;
  • допустимые значения амплитуды (переменной и постоянной составляющей);
  • погрешность измерений;
  • развязка между каналами;
  • объем внутренней памяти (цифровая техника).

Как проводят


Современные технологии подарили медицине цифровой осциллограф. Преимущество его состоит в том, что он может быть подключен непосредственно к компьютеру, а также способен произвести обработку результатов и другие процессы.

Проводят осциллографию:

  • на нижней конечности;
  • на плече.

В первом случае пациент должен находиться в лежачем положении и полностью расслабить мышцы. После закрепления на его конечности манжета врач должен обязательно проследить за тем, чтобы она не сдавливалась.

Чтобы предотвратить возможное сдавливание, под пятку заранее кладут специальный валик или подушку.

Во время процесса записи прибора больному необходимо лежать спокойно и не совершать лишних движений.

Во втором случае – на плече – осциллографию можно проводить, когда пациент находится в сидячем положении.

Как проводятся измерения

Работа с осциллографом предусматривает проведение предварительной подготовки: выбор режима синхронизации, входа, шкалы измерений, затем можно приступать к измерениям.

Как измерить напряжение

После снятия с информационного входа данных с помощью регулировки синхронизации развертки получается устойчивое изображение, которое совмещается со шкалой на экране. Проводят несколько замеров, вычисляют среднее значение. Действующее значение выводят согласно шкалы измерений.

Как измерить частоту

Настроив картинку хорошего качества, на которой виден период изменения сигнала, совместив его начало с началом горизонтальной линейки и зная единицы шкалы измерений, можно вычислить частоту, которая обратно пропорциональна периоду.

Как определяется сдвиг фаз

Стабилизировав изображение с двумя сигналами (вот для чего необходим двухлучевой осциллограф), для удобства необходимо разнести значения амплитуд и совместить начала периодов, на экране будет виден сдвиг фаз. Для вычисления значения можно использовать формулу:

где:

  • а – расстояние в делениях между точками прохождения нулевой отметки осциллограмм,
  • b – период в делениях шкалы.

При наличии только одноканального прибора возможно определение сдвига фаз по фигурам Лиссажу, но это сложнее.

Сдвиг фазы между синусоидальными сигналами

Развертка

Движение луча ЭЛТ по горизонтальной оси при отсутствии исследуемого сигнала на информационных входах называется разверткой, при подаче он будет развернут на временном интервале.

Принцип работы регулятора развертки

Развертка создается с помощью генератора, работа которого зависит от выбранного режима внутренней или внешней синхронизации. Внутренняя – частота задается вручную или синхронизируется с питающей сетью, внешняя – запуск генератора от входного импульса, различают запуск по фронту, спаду или от стороннего источника. Регулятор развертки служит для увеличения/уменьшения периода отображения сигнала.

Блок управления параметрами синхронизации

Позволяет установить значение напряжения исследуемого сигнала и момент (фронт/спад), когда следует запускать генератор

Правильная регулировка позволит добиться стабильного изображения, что важно для снятия данных

Совет. От устойчивости картинки зависит погрешность измерения – она должна быть качественной.

Развертка

Напряжение развертки необходимо подавать на те пластины, которые расположены в вертикальной плоскости. Оно пилообразной формы, медленно нарастает линейно, и у него очень быстрый спад. При этом положительное напряжение приводит к тому, что луч отклоняется вправо. А отрицательное – к тому, что луч движется влево. Это в том случае, если наблюдатель находится перед экраном, и можно видеть, как луч совершает движение слева направо. При этом скорость его постоянна. После достижения крайней правой границы он быстро идет на исходную. Затем заново повторяется движение.

В данной статье будет максимально подробно рассказано о том, как правильно пользоваться осциллографом. Вышеизложенный процесс и носит название «развертка». Линия развертки – это линия (горизонтальная), прочерчиваемая лучом на экране. Когда проводятся измерения, ее называют линией нуля. Она же является осью времени на графике. Частота развертки – это не что иное, как частота, с которой происходит повторение импульсов пилообразной формы. В процессе измерений она не применяется. Важные параметры для измерений – это скорость.

Устройство электронных осциллографов

Несмотря на широкий ассортимент радиоизмерительных приборов, схема осциллографа вне зависимости от модели и конструктивных особенностей агрегатов, примерно одна и та же. Наиболее важные составляющие любого ЭО:

  • электронно-лучевая трубка (ЭЛТ);
  • каналы отклонения (вертикальный и горизонтальный);
  • блок управления;
  • калибраторы;
  • источник питания.

Главная часть ЭО — вакуумная ЭЛТ, которая представляет собой вытянутую емкость из стекла. В ней находятся комплекс электродов (называемый электронной пушкой) и люминофорный экран, благодаря которому в результате попадания электронов, можно наблюдать биолюминесценцию. В вакуумной трубке также находится катод, модулятор, 2 анода и пара отклоняющих пластин. Горизонтальный канал содержит генератор развертки, синхронизирующее устройство и усилитель. В канал вертикального отклонения входит кабель соединения, входной тумблер, а также делители напряжения.

Блок управления предназначается для подсветки прямого хода развертки и необходим для погашения электронного луча в процессе возвратного хода. Калибратор — устройство, выполняющее функцию генератора напряжения. Он предназначен для высокоточного определения частоты и амплитуды импульсных сигналов. Питающий блок обеспечивает электропитание всех узлов и механизмов ЭО. На блок производится подача напряжения 220В, после чего происходит его преобразование и направление на накаливающие нити, генераторные усилители и иные составляющие прибора.

Устройство

Упрощённая блок-схема осциллографа отображает структурное строение аналогового прибора. Это входной делитель, усилитель горизонтальной развёртки и схема синхронизации, усилитель вертикального отклонения, блок питания и электронно-лучевая трубка.

Блок-схема аналогового осциллографа

Цифровые измерители осциллограмм имеют в своём составе:

  • входной делитель;
  • нормализующий усилитель;
  • аналого-цифровой преобразователь;
  • блок памяти;
  • устройство управления;
  • устройства отображения.

Устройство отображения представляет собой жидкокристаллическую панель чёрно-белого или цветного отображения картинки.

Экран

Способность изображать изменения исследуемых гармонических колебаний – есть основная задача этого прибора. До появления жк-дисплеев эту роль выполняла ЭЛТ. Это стеклянный конусообразный баллон, дно которого покрыто люминофором. Он издаёт видимое свечение при попадании на него электронного луча. На экран нанесена калибровочная сетка с делениями.

Устройство электронно-лучевой трубки

Сигнальные входы

Количество входов прибора обозначает число его каналов. Наличие 2 и более каналов обозначает многоканальный осциллограф. Входные импульсы от каждого канала подаются на Y-вход и усиливаются собственным усилителем вертикальной развёртки.

Важно! Такой усилитель всегда выполнен по схеме усиления постоянного тока. Значит, нижняя граница частоты – 0 Гц

Это даёт возможность измерить постоянное напряжение, отображать несимметричные сигналы и контролировать постоянную составляющую сигнала.

Управление развёрткой

График, который получится в результате подачи напряжения на вертикально расположенные пластины, напоминает зубья пилы. Разность потенциалов нарастает, потом резко падает. При наблюдении за движением луча видно, что он бегает слева направо. Такие пилообразные движения называются вертикальной и горизонтальной развёрткой. Горизонтальную развёртку ещё зовут строчной. Периодичность повторения пилообразных импульсов определяет частоту развёртки.

Синхронизация развёртки с исследуемым сигналом

Эта функция необходима для того, чтобы картинка луча в циклах развёртки была неподвижной. Значит, что при повторении каждого следующего движения по экрану луч должен проходить свой путь по одной и той же траектории. Этим занимается синхронизация развёртки. Она запускает развёртку с заданной точки. При частоте повторения больше 20 Гц, в результате инерционности человеческого зрения, наблюдается неподвижное изображение.

Оперируют всегда с двумя настройками:

  • уровень запуска – по напряжению;
  • тип запуска – по фронту или спаду импульса.

Применительно к работе с цифровыми устройствами запуск развёртки происходит при совпадении заданного двоичного кода с кодом на шине микропроцессора.

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.

Измерение сигнала

Порядок измерения параметров периодического сигнала следующий:

  • Зажим «земля» фиксируется на общем проводе схемы, а сигнальный щуп присоединятся в контролируемое место схемы, где будут сниматься показания.
  • С помощью регулятора устанавливаем масштаб по вертикали таким образом, чтобы полезная информация помещалась на экране целиком и занимала большую ее часть.
  • Регулятором частоты добиваемся того, чтобы на экране помещалось несколько периодов сигнала.
  • Точной подстройкой частоты добиваемся стабильного изображения, чтобы картинка не плыла.
  • Теперь, когда на экране установлено стабильное изображение, можно определить по экранной шкале его форму, амплитуду и период.
  • Для более точного измерения можно использовать ручки смещения по вертикали и по горизонтали, подводя интересующие элементы изображения под перекрестье линий сетки.

Для того чтобы быть уверенным в точности показаний, необходимо соблюдать несколько простых требований:

  • после включения осциллографа на ЭЛТ необходимо дать ему прогреться в течение 10-15 минут;
  • после каждого включения прибор необходимо откалибровать. Большинство моделей имеет встроенный калибровочный генератор, выдающий прямоугольный сигнал с фиксированной амплитудой и частотой;
  • прибор должен быть заземлен;
  • сигнал с очень низкой частотой (до 10 Гц) при подключении через емкостный вход сильно искажается. Работа в этом режиме не рекомендуется.

Лучший способ обучения — практическая работа. Получив первые навыки работы с простым аналоговым осциллографом, в дальнейшем можно будет приступать к более сложным устройствам. Которые будут иметь дополнительные функции и расширенные возможности. Главное — наличие желания и интереса к электронной технике.

Органы управления

На передней панели прибора имеется несколько рукояток, которые необходимы для проведения точной настройки осциллографа. Два потенциометра — для управления каналами 1 и 2. Также имеется функция управления синхронизацией, разверткой, присутствует возможность регулировки фокусировки, яркости, подсветки. Если присмотреться к экрану, то можно увидеть, что он разбит на небольшие квадраты — деления. Ими необходимо пользоваться при проведении измерений. Именно к этим квадратам следует привязывать масштабы по горизонтали и вертикали. Такие особенности имеет осциллограф С1-67. Как пользоваться приборами такого типа для измерений величин, будет рассказано ниже.

Обратите внимание, что по горизонтали масштаб измеряется в секундах на деление. А по вертикали — в вольтах на деление

Как правило, в осциллографе имеется примерно 6-10 квадратов в горизонтальной плоскости и 4-8 — в вертикальной. На центровые линии нанесены риски, они делят каждый отрезок на 10 частей (равных) или на 5. Благодаря этим делениям можно производить более точные расчеты.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector