產(chǎn)線智能化測(cè)試催生測(cè)試測(cè)量?jī)x器多通道出現(xiàn)

測(cè)試和測(cè)量?jī)x器隨著時(shí)間而發(fā)展，但大多數(shù)關(guān)注都來自明顯的性能改進(jìn)，如測(cè)量帶寬和動(dòng)態(tài)范圍。但是不太明顯的改進(jìn)，諸如通道數(shù)量，I / O接口速度和組合功能之類的次要規(guī)格，往往被市場(chǎng)所忽視，但這些因素對(duì)實(shí)際應(yīng)用卻起到了非常重要的作用以及最大的便利性。

 

八通道

 

幾十年來，高頻示波器提供了兩個(gè)或四個(gè)通道。雙通道示波器受模擬示波器的性能限制。數(shù)字示波器消除了陰極射線管及其顯示限制，并開始支持到四個(gè)通道，并持續(xù)了數(shù)十年，直到組件的大小為額外的通道提供了空間。在過去的幾年中，四家主要示波器供應(yīng)商中的三家已將八通道示波器添加到了產(chǎn)品線中。擁有八個(gè)可用的模擬通道可打開整個(gè)測(cè)量應(yīng)用范圍。

 

需要四通道的最常見測(cè)量是三相功率，三相是多相交流配電系統(tǒng)中最常見的類型。它在發(fā)電，輸電和配電中發(fā)現(xiàn)了常見的應(yīng)用，并用于為大型電動(dòng)機(jī)和其他重負(fù)載設(shè)備供電。

 

三相設(shè)備（例如三相電動(dòng)機(jī)）以WYE（四線）或DELTA（三線）配置連接。對(duì)于星形連接設(shè)備，基本的三相功率確定需要測(cè)量三相電壓（Va，Vb和Bc）和三相電流（Ia，Ib和Ic）。通過將每個(gè)電壓的電壓乘以其相關(guān)相電流，可以計(jì)算出每個(gè)功率相的瞬時(shí)功率。瞬時(shí)功率的平均值是有功功率。所有三個(gè)相功率讀數(shù)的總和是設(shè)備的總有功功率。此測(cè)量稱為三瓦特表功率測(cè)量。為了使用外部差分電壓探頭和電流探頭進(jìn)行電壓和電流測(cè)量，需要六個(gè)通道。

 

圖1顯示了使用Teledyne LeCroy WaveRunner 8038HD在八通道示波器上進(jìn)行三相功率測(cè)量的示例。這是主要示波器供應(yīng)商提供的八通道示波器之一。WaveRunner 8000HD系列示波器具有八個(gè)12位通道。相電壓的三個(gè)測(cè)量使用差分探頭進(jìn)行的。它們顯示在頂部的三個(gè)顯示區(qū)域中。還有三個(gè)用于通過電流探頭進(jìn)行相電流測(cè)量的通道，它們出現(xiàn)在相電壓測(cè)量值正下方的三個(gè)顯示區(qū)域中。

 

三相功率測(cè)量的示波器屏幕截圖圖1對(duì)于在八通道示波器上進(jìn)行的三相功率測(cè)量，八個(gè)通道中的六個(gè)用于同時(shí)測(cè)量三相電壓和三相電流。將各相的功率相加，以讀取總功率。

 

該示波器具有12個(gè)雙功能數(shù)學(xué)跡線，可用于對(duì)任何模擬波形進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。

 

波形顯示下方將顯示各相RMS電壓和RMS電流的參數(shù)測(cè)量值以及平均相功率和總功率。還有總共12個(gè)測(cè)量參數(shù)可用，例如函數(shù)軌跡，并且測(cè)量參數(shù)的數(shù)量應(yīng)超過采集通道的數(shù)量。

 

如本例所示，顯示八個(gè)采集的波形和其他派生信號(hào)會(huì)使示波器顯示非常繁忙。具有多種顯示格式，并且能夠在每個(gè)顯示網(wǎng)格中添加標(biāo)簽將有助于清晰展示。本示例使用具有12個(gè)網(wǎng)格的顯示格式。支持一個(gè)，兩個(gè)，四個(gè)，六個(gè)，八個(gè)，12、16或20個(gè)分區(qū)顯示配置，以及一些特定于應(yīng)用程序的布局。

 

具有多達(dá)八個(gè)模擬通道的其他應(yīng)用還可以用于汽車測(cè)量，醫(yī)療電子和無損檢測(cè)。這些應(yīng)用程序中的每一個(gè)都使用多個(gè)傳感器，并且需要同時(shí)顯示。所有主要的示波器供應(yīng)商都提供支持最常見應(yīng)用的專用軟件，例如多相電源和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器分析。

 

多功能合一

 

另一個(gè)有趣的發(fā)展是具有綜合功能的儀器；內(nèi)部信號(hào)源與其測(cè)量能力相匹配的儀器。這允許將單個(gè)儀器用于響應(yīng)激勵(lì)測(cè)試。許多示波器已將函數(shù)發(fā)生器添加為內(nèi)部功能。其中一些發(fā)生器提供任意波形發(fā)生器。其他儀器供應(yīng)商的這種發(fā)展也在繼續(xù)，每臺(tái)儀器的源和測(cè)量通道數(shù)量增加了。

 

作為這種多通道/多功能開發(fā)的示例，請(qǐng)參考Spectrum Instrumentation的hybridNETBOX。這款獨(dú)立的LXI儀器提供多達(dá)8個(gè)用于測(cè)量的數(shù)字化儀通道，以及多達(dá)8個(gè)作為信號(hào)源的任意波形生成通道。 hybridNETBOX系列提供六種型號(hào)，分別具有40、80或125 MS / s數(shù)字轉(zhuǎn)換器的2、4或8個(gè)通道，并匹配任意波形發(fā)生器（AWG），這兩種儀器共享一個(gè)公共時(shí)鐘和觸發(fā)器。 DN2.806-08 hybridNETBOX如圖2所示。

 

圖2 DN2.806-08 hybridNETBOX具有八個(gè)16位數(shù)字化儀和八個(gè)16位AWG通道，最大采樣率為125 MS / s，通過LXI以太網(wǎng)鏈接PC。

 

該儀器的前面板具有八個(gè)16位AWG輸出和八個(gè)16位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入通道。數(shù)字化儀和AWG的最大時(shí)鐘速率均為125 MS / s，每個(gè)通道的最大存儲(chǔ)深度為512 MSamp。

 

AWG通道幾乎可以產(chǎn)生任何50Ω的幅度為±3V信號(hào)，而對(duì)于高阻抗則為±6V的信號(hào)。此外，還有四個(gè)數(shù)字I / O連接器可用作標(biāo)記輸出，它們與模擬通道波形完全同步。此功能使您可以精確控制測(cè)試系統(tǒng)中可能連接的其他設(shè)備。AWG部分中的最后兩個(gè)連接器允許使用外部時(shí)鐘和觸發(fā)輸入。

 

八個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器通道可以處理范圍廣泛的輸入信號(hào)，因?yàn)樗鼈兙哂袕?plusmn;200 mV到±10V的可變范圍。它們還具有可編程的失調(diào)和可選的輸入阻抗（50Ω和1MΩ）。單端和差分測(cè)量模式均可用。還有一個(gè)外部時(shí)鐘和觸發(fā)輸入，以及另外兩個(gè)數(shù)字I / O端口。

 

這些儀器適用于需要激勵(lì)源才能進(jìn)行信號(hào)測(cè)量的應(yīng)用。放大器，濾波器，接收器和數(shù)字接口等測(cè)試設(shè)備是典型的應(yīng)用。常見的源響應(yīng)測(cè)量是驗(yàn)證中頻（IF）通道的帶寬，如圖3所示。

 

單個(gè)AWG數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)或帶有內(nèi)部函數(shù)發(fā)生器的示波器用于確定10.7 MHz IF通道的頻率響應(yīng)。 AWG輸出線性正弦波掃頻，覆蓋9至12.5 MHz的頻率范圍，如顯示屏的左上方所示。激勵(lì)信號(hào)的快速傅立葉變換（FFT）出現(xiàn)在右上方。 IF響應(yīng)出現(xiàn)在左下方。IF頻率響應(yīng)顯示在右下方，400 kHz的帶寬。使用本儀器最多可以同時(shí)復(fù)制八個(gè)通道。

 

圖3這些結(jié)果顯示了使用掃頻正弦激勵(lì)信號(hào)的10.7 MHz IF通道的頻率響應(yīng)。

 

多功能儀器可用于開發(fā)和測(cè)試多輸入多輸出（MIMO）陣列系統(tǒng)。無損檢測(cè)（NDT）系統(tǒng)使用超聲波穿透材料并產(chǎn)生可顯示出空隙，裂紋和其他缺陷的響應(yīng)。該技術(shù)使用換能器的相控陣來發(fā)送和接收超聲脈沖。換能器陣列使用多個(gè)發(fā)射信號(hào)來控制和聚焦超聲脈沖（圖4）。

 

圖4使用相控陣換能器來控制傳送的脈沖

 

通過控制施加到各個(gè)換能器的每個(gè)超聲脈沖的延遲，可以定向或聚焦輸出脈沖。如果所有脈沖都同時(shí)到達(dá)，則波前將以寬的平行模式輻射，如最左圖所示。如果脈沖順序到達(dá)換能器，其結(jié)果是使波前沿延遲越來越大的脈沖方向旋轉(zhuǎn)，如中心圖所示。最后，如果脈沖在外部換能器處具有最小的延遲，而在內(nèi)部換能器處具有增加的延遲，結(jié)果是將波前聚焦在中心目標(biāo)區(qū)域上，如最右圖所示。

 

使用AWG作為信號(hào)源，可以輕松控制這種信號(hào)的產(chǎn)生。超聲波脈沖載波的頻率，幅度，延遲，衰減時(shí)間可以輕松實(shí)現(xiàn)控制，如圖5所示。

 

圖5衰減逐漸增加的八個(gè)超聲波脈沖的產(chǎn)生旨在控制換能器陣列的組合輸出。幅度，載波頻率，持續(xù)時(shí)間，起音時(shí)間，衰減時(shí)間和延遲都可以單獨(dú)控制。

 

八個(gè)AWG通道產(chǎn)生40 kHz超聲脈沖，延遲步長(zhǎng)增加25μs。在圖的左下角的插圖中顯示了用于單個(gè)脈沖實(shí)例的方程式。劃線上方的彩色線指示方程中影響輸出脈沖形狀的部分。起振時(shí)間由斜坡函數(shù)設(shè)置，而衰減則由衰減指數(shù)控制。八個(gè)單獨(dú)的方程式（每個(gè)AWG通道一個(gè)）用于定義每個(gè)單獨(dú)的脈沖。

 

脈沖發(fā)送后，換能器陣列負(fù)責(zé)接收。每個(gè)傳感器都連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入（圖6）。

 

圖6在接收模式下，每個(gè)傳感器通過可編程延遲功能連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入。延遲值用于對(duì)陣列控制和聚焦進(jìn)行編程，就像在發(fā)射模式期間所做的一樣。

 

就像在發(fā)射模式下一樣，在接收模式下對(duì)換能器陣列的控制和聚焦是使用可編程延遲來完成的。這可以通過外部可編程延遲元件來實(shí)現(xiàn)，也可以通過使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器中可用的有限脈沖響應(yīng)濾波器來實(shí)現(xiàn)。

 

諸如hybridNETBOX之類的多功能儀器正好適用于相控陣信號(hào)處理等應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中，多通道信號(hào)源驅(qū)動(dòng)換能器或天線陣列，而多通道數(shù)字化儀獲取返回信號(hào)。

 

儀器儀表的本地?cái)U(kuò)展（LXI）

 

LXI是用于使用以太網(wǎng)的儀器和模塊化系統(tǒng)的局域網(wǎng)（LAN）連接和控制的當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 LXI是為臺(tái)式機(jī)和模塊化儀器系統(tǒng)定義通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，建立了此類儀器之間的互操作性。大多數(shù)儀器都通過千兆以太網(wǎng)、100Base-T或10Base-T以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。LXI標(biāo)準(zhǔn)由LXI聯(lián)盟維護(hù)。

 

LXI旨在以更高速度的串行數(shù)據(jù)接口取代已有數(shù)十年歷史的IEEE-488接口。除了使用RJ-45連接器和CAT5 LAN布線的LAN接口外，LXI接口還支持VXI-11以檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)上的LXI儀器。 LXI儀器還必須提供可互換的虛擬儀器或IVI驅(qū)動(dòng)程序，以支持用于與儀器通信的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序編程接口（API）。

 

圖7顯示了Spectrum Instrumentation hybridNETBOX的LXI界面主頁(yè)，該界面標(biāo)識(shí)了儀器及其LXI特性。

 

圖7此頁(yè)面顯示了由8通道數(shù)字化儀和8通道AWG組合而成的儀器的信息。

 

每個(gè)LXI儀器都有一個(gè)類似這樣頁(yè)面，可以使用瀏覽器搜索儀器主機(jī)名或IP地址在網(wǎng)絡(luò)上找到該設(shè)備。

 

大多數(shù)中檔和更高級(jí)別的儀器都提供LXI或USB接口，通常也支持較舊的IEEE-488接口。

 

測(cè)試和測(cè)量?jī)x器的開發(fā)永遠(yuǎn)不會(huì)停滯不前；總會(huì)有一些新事物。諸如增加通道數(shù)，多功能拓?fù)浜透斓倪h(yuǎn)程接口之類的特性，從而增加了儀器的多功能性和實(shí)用性。無論是誰(shuí)引入了這樣的新概念，原因都是因?yàn)橛脩粢筮M(jìn)行有意義的改進(jìn)，需要更方便地使用儀器。

 

Arthur Pini是技術(shù)支持專家和電氣工程師，在電子測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域擁有50多年的經(jīng)驗(yàn)。