Разработка переносного осциллографа с одной микросхемой
Переход от двухканальных приборов к четырехканальным ставит интересную задачу перед конструктором. Для четырехканальных приборов требуется четыре аналого-цифровых преобразователя (АЦП), которые будут потреблять больше энергии, чем два преобразователя, при этом потребляемая мощность переносного осциллографа ограничивается приблизительно семью ваттами.
Интересно, что это ограничение не является следствием необходимости в продолжительном сроке службы батареи (хотя, это тоже нужно учитывать), а возникает в результате необходимости защитить корпус от проникновения пыли и влаги при использовании в промышленной среде. Это требование делает невозможным использование охладительных решеток и вентиляторов.
Чтобы решить поставленную задачу, компания Fluke обратилась к специализированным интегральным схемам (ASIC). Чем больше функций выполняет одна микросхема, тем более энергоэффективным будет весь прибор, построенный на эттой основе. В обычных электронных схемах, построенных на нескольких микросхемах или дискретных компонентах, большое количество энергии теряется в соединениях компонентов. Эта энергия выделяется в виде тепла, и вся электронная начинка может просто сгореть в пыленепроницаемом герметичном корпусе.
Использование специализированных интегральных схем имеет и другие преимущества. В их числе – более надежное осуществление измерений за счет исключения возможного искажения сигнала между функциональными блоками и снижения количества механических контактов.
Следует учитывать возможность выхода из строя любого компонента общей схемы прибора в результате удара, вызванного падением, или отрицательного воздействия вибрации.
Сокращение количества компонентов также делает производство более надежным и способствует уменьшению внешних размеров готового устройства. Хотя осциллограф ScopeMeter Fluke 190 серии II еще не является настоящим моносхемным прибором, он имеет уникальную схему ASIC, в которой объединены преобразователи АЦП четырех плавающих каналов, а также четыре мультиметра, цифровая память и большая часть схемы обработки.
С точки зрения уровня интеграции, прибор имеет, пожалуй, одну из 10 наиболее сложных конструкций, произведенных в этом году во всем мире. Без использования схемы ASIC было бы очень сложно разработать четырехканальный осциллограф ScopeMeter, который бы отвечал ограничению по потребляемой мощности 7 Вт, соответствовал стандарту IP 51 и обеспечивал уровень производительности, необходимый пользователям в промышленных условиях
Еще одним усовершенствованием приборов Fluke 190 II стала крышка батарейного отсека, упрощающая замену батареи. В оригинальном приборе ScopeMeter Fluke 190 первой серии эта крышка не использовалась, с целью повышения защиты от проникновения пыли и влаги. Теперь в моделях Fluke 190 серии II крышка батарейного отсека появилась в ответ на просьбы пользователей упростить процесс замены батареи в полевых условиях.
Литиево-ионная батарея емкостью 4800 мАч обеспечивает работу прибора ScopeMeter Fluke 190 II в течение одной смены (до 7 часов) без необходимости зарядки, однако бывают ситуации, когда приходится работать дольше, чтобы отремонтировать и снова запустить линию. Для таких случаях предусмотрена возможность использования запасной батареи.
Для чего необходимо изолировать входные каналы?
Для промышленных осциллографов, которые используются для анализа высоких напряжений, необходимо наличие "плавающих" входных каналов, изолированных друг от друга. Это необходимо как для защиты пользователя, проверяемого оборудования, так и самого прибора. В отличие от моделей 190 серии II, на настольных осциллографах используются общие входные заземляющие разъемы, замкнутые на землю сети питания, что может приводить к возникновению потенциально опасных ситуаций при одновременной работе с сигналами высокого и низкого напряжения.
Изолирование каналов также необходимо для получения точного анализа плавающего напряжения в большинстве областей промышленности. Использование в осциллографах ScopeMeter Fluke 190 II элементов оптической и гальванической развязки (для высоко- и низкочастотных сигналов соответственно) позволяет получить полностью "плавающие" входы, которые обеспечивают получение истинных показаний плавающего напряжения, а также защиту пользователя без необходимости применения дополнительных щупов дифференциального напряжения.
Интерфейс, созданный по пожеланиям пользователей
Отзывы пользователей помогли компании Fluke усовершенствовать новые модели еще в нескольких направлениях. Типичные пользователи ScopeMeter – это не простые пользователи настольных осциллографов, поэтому такие функции, как автоматическая настройка запуска развертки, крайне важны. Пользовательский интерфейс оригинальной 190 серии разрабатывался при взаимодействии с пользователями, поэтому модели 190 серии II не только унаследовали проверенный и знакомый формат, но и получили незначительные улучшения, например подсветку клавиш и более яркий дисплей.
Среди других небольших, но ценных доработок можно выделить резьбовую вставку под стандартный штатив, расширяющую возможности установки, и улучшенное крепление для наручного ремешка. Это также единственный переносной инструмент с замком безопасности Kensington, используемым на ноутбуках, который позволит предотвратить кражу осциллографа, когда он находится без надзора во время измерения в течение длительных промежутков времени.
Помимо улучшений в аппаратной части, также были усовершенствованы и программные функции, которые призваны упростить процесс ремонта промышленного оборудования. Например, функция воспроизведения 100 экранов позволяет пользователю вернуться в прошлое и просмотреть быстрые переходные процессы или другие аномалии сигнала, которые можно легко пропустить. Прибор также оснащен и стандартными функциями, такими как Connect & View™ для мгновенного запуска развертки, ScopeRecord™ для проведения продолжительных по времени анализов и TrendPlot™ для построения графиков данных.
Кроме того, изменился способ подключения осциллографа ScopeMeter к ПК или ноутбуку. Поскольку USB является де-факто стандартным интерфейсом передачи данных, модели Fluke 190 серии II оснащены портом mini-USB и стандартным портом USB для подключения запоминающих устройств. Это позволяет загружать осциллограммы, снимки экрана и настройки прибора с помощью программного обеспечения FlukeView и делает процесс хранения и передачи данных удобнее.
Порты USB также изолированы для обеспечения защиты пользователя и компьютера от потенциально опасных высоких входных напряжений, которые могут поступать на прибор.
Безопасность и готовность к решению задач современного промышленного управления
Такие факторы, как возросшая степень использования инверторных преобразователей при разработке возобновляемых источников энергии (солнечной и ветровой), а также электроприводов с регулируемой скоростью для сокращения энергопотребления во многих областях промышленности, сделали наличие четырех каналов в промышленных осциллографах обязательным требованием.
Аналогичным образом широкое использование компонентов автоматических систем, таких как контроллеры ПЛК, датчики и устройства ввода/вывода в основных областях промышленности расширяет границы профессиональной сферы специалистов по ремонту оборудования.
Осциллографы Fluke ScopeMeter 190 серии II отвечают возрастающим потребностям в безопасных приборах для применения в этих и других областях промышленности, о которых говорилось выше.
