四通道 ScopeMeter 190 系列 II

        現(xiàn)在，最新推出的 Fluke ScopeMeter 190 系列 II 示波器樹立了更高性能標(biāo)準(zhǔn)。這些示波器擁有四個(gè)完全浮置的輸入通道，可用于研究可變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、三相電源、液壓定位、機(jī)械手系統(tǒng)以及其他復(fù)雜共業(yè)控制器。通過(guò)同時(shí)查看輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和反饋回路并捕獲瞬變和反射，可將對(duì)這些裝置的故障排查大大簡(jiǎn)化。從兩個(gè)通道提高到四個(gè)通道擴(kuò)大了這些堅(jiān)固儀器的使用范圍，甚至可以將它們帶回實(shí)驗(yàn)室中！但是，工作現(xiàn)場(chǎng)才是最新一代 ScopeMeter 示波器大顯身手的地方。

        新型四通道 ScopeMeter 示波器具有原來(lái) 190 系列熟悉的用戶界面，可以選擇 100 MHz 或 200 MHz 帶寬，是首款擁有 IP 51 防護(hù)等級(jí)的防塵防水示波器。這意味著您可以充滿信心地在條件惡劣的臟亂工業(yè)環(huán)境中使用它們。這些示波器也是第一種具有 1000V CAT III 和 600V CAT IV 安全等級(jí)的示波器。由于工業(yè)機(jī)器設(shè)備和功率電子電路通常固定安裝在 III 類和 IV 類工作環(huán)境中，所以對(duì)于福祿克來(lái)說(shuō)，用戶安全是一個(gè)首要問(wèn)題。因此，讓 190 系列 II 示波器及其探頭取得這些 IEC 61010 安全等級(jí)從一開始就沒(méi)有討論的余地。

創(chuàng)新的電能管理

        那么，福祿克是如何在不明顯增加尺寸、重量或功耗的情況下將 ScopeMeter 的功能加倍的呢？對(duì)于研發(fā)用的臺(tái)式示波器來(lái)說(shuō)，帶寬和存儲(chǔ)器深度是主要的性能驅(qū)動(dòng)因素；與此不同的是，手持式工業(yè)示波器需要?jiǎng)?chuàng)新的電能管理。這是因?yàn)?，ScopeMeter 示波器的防塵和防水密封外殼內(nèi)無(wú)法安裝風(fēng)扇和格柵，每次充電后電池提供的每一瓦特小時(shí)電能都用來(lái)延長(zhǎng)示波器的工作時(shí)間。福祿克通過(guò)一種大規(guī)模定制集成電路解決了這一電源限制難題（另請(qǐng)參見專題“為實(shí)現(xiàn)單片手持式示波器而努力”）。

        190 系列 II 示波器上的另一個(gè)改進(jìn)是增加了一個(gè)電池蓋，便于方便地更換電池。原來(lái)的 190 ScopeMeter 示波器為了防塵和防水而省去了這個(gè)電池蓋，根據(jù)用戶的要求，190 系列 II 型示波器上提供了該電池蓋，為的是便于在工作現(xiàn)場(chǎng)更換電池。容量達(dá) 4800 mAh 的鋰離子電池可在一個(gè)工作班次（長(zhǎng)達(dá) 7 小時(shí)）內(nèi)為 ScopeMeter 供電而無(wú)需充電，但有時(shí)需要更長(zhǎng)時(shí)間才能將工作完成。因此，提供了可選的備用電池。

為何要將輸入通道隔離？

        用于分析高電壓的工業(yè)示波器需要完全浮置的輸入通道，這些通道相互隔離。這是為了保護(hù)用戶、被測(cè)試設(shè)備以及示波器本身。與 190 系列 II 示波器不同的是，臺(tái)式示波器上的輸入接地連接全部是公共連接并與電源接地端相連，這在使用高壓和低壓組合信號(hào)的情況下具有潛在危險(xiǎn)性。為了對(duì)眾多工業(yè)應(yīng)用中的浮動(dòng)電壓進(jìn)行精確分析，也需要將各個(gè)通道隔離。使用光隔離和電隔離部件的組合（分別用于高頻和低頻信號(hào)）來(lái)取得完全浮置的輸入，這樣就可保證獲得真實(shí)的浮動(dòng)讀數(shù)，并在不使用附加差分探頭的情況下為用戶提供保護(hù)。

用戶啟發(fā)的用戶界面

        傾聽用戶的意見也有助于福祿克在其他方面對(duì)最新型號(hào)進(jìn)行完善。典型的 ScopeMeter 用戶不是典型的臺(tái)式示波器用戶，因此像自動(dòng)觸發(fā)這樣的功能倍受重視。原始 190 系列的用戶界面是在與用戶的交流中發(fā)展而來(lái)的，因此，190 系列 II 示波器保留了用戶所信任的熟悉布局，但具有一些精細(xì)的改進(jìn)，例如，按鍵帶照明，顯示屏更大和更加明亮。其他較小但值得一提的改進(jìn)包括一個(gè)可增加安裝形式的標(biāo)準(zhǔn)“三腳架”螺紋安裝件以及經(jīng)過(guò)改進(jìn)的手帶安裝形式。這是唯一的一款帶有便攜式 PC 上所用的那種 Kensington 鎖的儀器，為的是在進(jìn)行無(wú)人看管的測(cè)量時(shí)防止示波器被盜。

        除了硬件方面的改進(jìn)外，也對(duì)軟件功能進(jìn)行了量身定制，以便能更加方便地對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行故障排查。例如，通過(guò) 100 個(gè)屏幕回放功能，用戶可以及時(shí)返回以查看快速瞬變或其他容易錯(cuò)過(guò)的信號(hào)異常。自然也包括一些人們非常喜歡的功能，例如，用于瞬時(shí)觸發(fā)的 Connect & View? 功能、用于在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分析的 ScopeRecord? 功能以及用于對(duì)數(shù)據(jù)繪圖的 TrendPlot? 功能。ScopeMeter 與 PC 相連的方式也進(jìn)行了更新。190 系列 II 示波器將 USB 作為實(shí)際連接標(biāo)準(zhǔn)，帶有一個(gè)微型 USB 端口和一個(gè)用于連接存儲(chǔ)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn) USB 端口。這樣就可更加方便地存儲(chǔ)或傳輸波形數(shù)據(jù)點(diǎn)、屏幕副本和儀器設(shè)置，并使用 FlukeView 軟件來(lái)下載波形、屏幕副本和儀器設(shè)置。這些 USB 端口也進(jìn)行了隔離，以免用戶和計(jì)算機(jī)受到可能與儀器相連的潛在危險(xiǎn)高電壓的傷害。

使用安全，可隨時(shí)應(yīng)對(duì)今天工業(yè)控制系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)

        一些因素使得擁有四個(gè)通道成為對(duì)工業(yè)示波器的一項(xiàng)要求，例如，功率逆變器在可再生能源（太陽(yáng)能和風(fēng)能）領(lǐng)域中的使用不斷增加，在眾多工業(yè)應(yīng)用中使用可變速驅(qū)動(dòng)器來(lái)降低能耗等。同樣，自動(dòng)化部件（如 PLC、I/O 設(shè)備和傳感器）在核心工業(yè)應(yīng)用中的廣泛使用正在不斷擴(kuò)大故障排查人員的測(cè)量范圍。在這些應(yīng)用以及本文前面提到的那些應(yīng)用中，F(xiàn)luke ScopeMeter 190 系列 II 示波器可滿足人們不斷增加的對(duì)安全示波器的需要。

[專題  1]
基本技術(shù)的發(fā)展
當(dāng)福祿克早在 1991 年推出 ScopeMeter 90 系列示波器時(shí)，它就有效地創(chuàng)造了手持示波器這個(gè)類別，并重新定義了“移動(dòng)”波形分析。在推出這款堅(jiān)固耐用、電池供電的儀器之前，便攜式示波器仍與相應(yīng)的臺(tái)式示波器緊密聯(lián)系。它們需要使用交流電源，重量很大，無(wú)法承受惡劣工業(yè)環(huán)境中的沖擊與震動(dòng)。制造一臺(tái)堅(jiān)固化示波器的想法最初產(chǎn)生于在一個(gè)北海鉆井平臺(tái)上安裝和調(diào)試測(cè)量設(shè)備的一份合同，其中需要使用一臺(tái)示波器。需要在很短時(shí)間內(nèi)完成這項(xiàng)工作，因?yàn)殂@井作業(yè)每停止一個(gè)小時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)美元的成本，在這樣一個(gè)不容出現(xiàn)差錯(cuò)的工作場(chǎng)所使用一種易受損的臺(tái)式儀器，具有潛在的、代價(jià)十分高昂的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，在上世紀(jì) 80 年代，福祿克公司與飛利浦公司進(jìn)行聯(lián)合，協(xié)同開發(fā)手持式示波器，而低功耗的 LCD 平板顯示屏使得這種示波器無(wú)論在商業(yè)上還是在技術(shù)上均具有可行性。該示波器的設(shè)計(jì)是從一個(gè)與常規(guī)研發(fā)用臺(tái)式示波器不同的視角來(lái)完成的，因?yàn)楣I(yè)用戶是在一個(gè)完全不同的環(huán)境中使用示波器的。故障排查人員常常身處工作現(xiàn)場(chǎng)，身邊沒(méi)有交流電源，并且承受著讓裝置再次正常運(yùn)行起來(lái)的巨大時(shí)間壓力。幾乎沒(méi)有時(shí)間來(lái)設(shè)置量程和進(jìn)行觸發(fā)。這意味著一個(gè)容易學(xué)習(xí)和實(shí)用的用戶界面對(duì)于 ScopeMeter 的成功至關(guān)重要。自動(dòng)觸發(fā)（尤其是在頻率非常低的信號(hào)上觸發(fā)）必不可少，這樣便產(chǎn)生了 Connect and View? 功能。按鈕必須在操作人員帶著手套時(shí)也能夠使用，當(dāng)然，儀器每次充電后必須具有合理的工作時(shí)間。

1997 年，原來(lái)的 90 系列中加入了緊湊型 120 系列，并在兩年之后由雙通道 190 系列取代。2001 年出現(xiàn)了彩色顯示屏，2010 年，最新型四通道 Fluke ScopeMeter 190 系列 II 示波器問(wèn)世，將這種示波器的標(biāo)準(zhǔn)再一次提高。

 [專題  2]
為實(shí)現(xiàn)單片手持式示波器而努力
對(duì)于 ScopeMeter 示波器，福祿克不會(huì)在用戶安全、儀器堅(jiān)固性、電源管理和易用性等方面進(jìn)行任何折衷，因?yàn)檫@些對(duì)于工業(yè)示波器用戶來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。不過(guò)，從雙通道儀器升級(jí)到四通道儀器提出了一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)。四通道需要四個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，并且它們將消耗比雙通道示波器更多的電能，然而，手持式示波器的能耗限制大約為 7 瓦。有趣的是，這種限制并不是源于對(duì)更長(zhǎng)電池壽命的需要（雖然這是一個(gè)問(wèn)題），而是源于工業(yè)環(huán)境中對(duì)防止塵土和水分進(jìn)入儀器外殼的需要。若要提供這種保護(hù)，就不能使用冷卻格柵或者通風(fēng)扇。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，福祿克采用了一種專用集成電路 (ASIC)。在單一芯片上集成的功能越多，電路的能量效率就越高。在由眾多芯片或分立元件制造而成的普通電子電路中，大量能量都損失在各個(gè)元件間的連接部分中。這種能量以熱量的形式散失，防塵密封外殼內(nèi)的電路就會(huì)變得很熱。集成還有一些其他優(yōu)點(diǎn)，其中包括堅(jiān)固性更高，因?yàn)橄斯δ苣K間的潛在信號(hào)惡化，并且減少了機(jī)械接點(diǎn)的數(shù)目。這兩個(gè)因素會(huì)引起沖擊或振動(dòng)，因此是潛在的故障來(lái)源。減少元件數(shù)目會(huì)使產(chǎn)品更加可靠，并有助于使最終產(chǎn)品變得緊湊。雖然 ScopeMeter 190 系列 II 示波器還不是一個(gè)真正的單片式儀器，但它具有一個(gè)獨(dú)特的 ASIC，該 ASIC 集成了用于四個(gè)浮置通道以及四個(gè)萬(wàn)用表、數(shù)字存儲(chǔ)器以及大部分處理電路的 ADC。從集成程度方面來(lái)看，它的設(shè)計(jì)或許是今年全世界范圍內(nèi)最為復(fù)雜的 10 種設(shè)計(jì)之一。如果沒(méi)有 ASIC，開發(fā)一款滿足 7 W 功耗限制、符合 IP 51 防護(hù)等級(jí)并且提供工業(yè)示波器用戶所需的性能的四通道 ScopeMeter 示波器將是極為困難的。