第三代万用表——“视波表”

【转帖】第三代万用表——“视波表”的设计原理与功能



　　万用表从指针到数字显示历经半个多世纪的发展，已经成为电工，电子必不可少的测量工具。随着工业和科技进步，现在的测试环境发生了翻天覆地的变化，交流变频调速，开关电源，电子控制器的广泛应用，数据网络的形成无疑都对测试提出更高的要求。指针和数字万用表只能提供测量结果与数据，无法直观区别信号和噪声的瞬间特性，无法显示在电路中非正弦信号的动态及干扰信号的严重程度，就无法对引起故障的根本原因作出分析。过去为了解决这个问题，不得不搬用昂贵而笨重的示波器出场，但对许多现场测试是不现实的。
　　“视波表”故名思意，就是看到波形的表，视波表的波形再现与传统示波器有着根本的不同；示波器主要用来进行波形分析和波形记录，注重频率响应宽范围，其测量精度以dB为单位，准确性比较低，操作相对要繁杂许多；而视波表强调测量功能的准确性，波形再现仅是现场故障诊断的辅助手段，所有测量参数都以数码形式显示出来，结果更直观。
　　电子电路的成熟和大规模集成电路的出现，为万用表能够看到被测信号的波形提供了可行的条件。下面就VC301真有效值数显视波表和ET521A现场故障自动视波表的设计原理与功能介绍如下：
　　大家知道，数字万用表是采用采样速率2～3次/秒的双积分式A/D，其优点是，测量分辨率高，抗干扰能
力强，成本低廉，外围电路简单成熟。缺点是不能采集波形。而高速多路A/D芯片和双积分A/D共同组成视波万用表电路，一方面改善传统数字万用表采样速率较低的不足，同时将被测信号的波形也通过高速A/D取样，送到CPU进行处理，最后将测试结果以数码方式显示和波形再现出来。
　　　　　　　　　　　
　　以VC301为例，输入电路采用并联分压方式，从300mV到600V量程分别在各自的分压电阻上并联不同的补偿电容。以使被测信号能够展宽到20kHz。其它功能转换电路如真有效值测量，电阻测量，温度测量，电容测量等同传统数字万用表一样，在此不再重复。被测信号经功能转换电路后，一路送双积分A/D 转为数字信号给CPU处理，显示测量数据；另一路经缓冲电平转换电路送采样速率44kSa/S的高速A/D，高速A/D 对被测信号波形进行一个周期内超过20个点的采样，经CPU运算还原出被测波形的形状，由128X64的LCD显示出来。
　　VC301采用ES7真有效值转换器，使得非正弦波信号测量得以实现，加上20kHz模拟带宽电路，在音频范围内，可以进行准确的测量；在观测波形方面，由于高速A/D采样速率的限制，只能观察到约2kHz以内的信号波形。适合工频范围内如变频电源，可控硅整流电路及机电设备控制电路的检测。VC301还有一个主要特点；在测量过程中，每次按下“HOLD”键，测量结果将被存储下来，内部存储器可以保留100组数据，实现了现场无纸记录。
　　由于“视波表”可以根据用户使用的测量范围设计不同带宽及不同功能，使之以最低的成本，发挥最大的测试潜力。ET521A是针对家电维修人员而设计的便携式综合检测自动视波表。开创了现场故障诊断系列产品之先河。家电维修大多数是上门服务，要求检测仪器功能要齐，体积要小，价格要低。ET521A完全满足了上述要求；集100MSa/S采样速率，25MHz通道带宽的数字存储自动示波表；数字LCR电桥，宽范围60000μF超级电容测量，10μH～1H/300Hz～156kHz高频电感自动量程测试，大于60M电阻量程；6600码自动量程数字万用表，同时可以检测到2kV/20kHz的行频高压波形；还有正弦波信号发生器，数字频率计及晶振和遥控器检测等功能。
　　ET521A在设计上充分考虑功能的实用性，自动量程的数字万用表芯片和由FPGA/100MSa/S组成的高速A/D采样电路，以及双核CPU控制，使面板等低速管理和FPGA 高速器件分别用不同CPU控制，使资源优化最合理。为了用最少的按键选择实现被测信号波形实时再现。在经高速A/D采样后数字处理时，设计一个自适应波形再现的数据处理程序；当被测交流信号经连续10：1分压后，已经变为mV信号，此信号大了容易使显示的波形超出LCD可视范围，信号太小不容易观测。如果增加可变增益放大器等附加电路，增加整机成本和设计的复杂性。自适应计算就是测量被测信号时，将其幅值和频率测到，通过改变数字信号使送显到LCD的代码，将波形再现的高度和波形个数控制在容易观测的屏幕范围内。显示波形幅值大小与被测信号无比例关系，只是观测的方便。要想了解测试参数，将选择到数码显示方式，其测量结果一目了然。用户在使用过程中，不需要繁琐的操作，只要按下“AUTO”自动键，被测波形自动捕捉，由320X240点阵式LCD 显示出来。
　　为了现场家电维修更方便的检测，ET521A在出厂前存储部分彩电关键点波形图，当维修人员在检测时，可以调出典型图与被测波形同屏比较，这就是ET521A独有的对比功能。
　　在此平台上，可以针对不同行业绩用户群体，设计出不同需要的现场故障诊断仪器，如增加高频测试和手机电源高速采样功能，方便手机故障检测，增加汽车故障码读出，可以方便各类汽车维修。显而易见“视波表”的出现，打破通用测量的概念，方便了现场故障诊断，使更多人使用上就是针对他们需要而设计的实用的测试工具。

[ 本帖最后由炉工于 2008-10-30 11:29 编辑 ]

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