Матричные осциллографы
АОУ ВО СПО «Вологодский колледж связи и информационных технологий»
Курсовая работа
По дисциплине
«электрорадиоизмерения»
На тему:
Матричные осциллографы
выполнил студент
группы СС-311
Мацейский А. А.
Вологда 2013г.
СОДЕРЖАНИЕ
- Осциллограф
- Применение
- Захват строки телевизионного сигнала
- Классификация
- Устройство
- Синхронизация развертки с исследуемым сигналом
- Настройка
- Интересные факты
- Назначение
- Режимы работы
- Основные функции
- Дополнительные функции
- Интерфейс пользователя
- Область применения
- Примеры реализации
- Виды регистрирующих устройств
- Аналоговые устройства регистрации
- Цифровые устройства регистрации
- Устройства записи временных графиков на визуальные носители
- Импульсный матричный осциллограф
Осциллограф
прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; измерения) амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте.
Современные осциллографы позволяют исследовать сигнал гигагерцовых частот. Для исследования более высокочастотных сигналов можно использовать электронно-оптические камеры.
Применение
Один из важнейших приборов в радиоэлектронике. Используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств сред на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал.
Захват строки телевизионного сигнала
Для периодического и оперативного
контроля качественных показателей
телевизионного тракта и отдельных
его звеньев в системах телевещания
применяются специальные
Классификация
По назначению и способу вывода измерительной информации:
- Осциллографы с периодической развёрткой для непосредственного наблюдения формы сигнала на экране (электронно-лучевом, жидкокристаллическом и т. д.) — в зап.-европ. языках oscilloscop(e)
- Осциллографы с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте (шлейфовый осциллограф) — в зап.-европ. языках oscillograph
По способу обработки входного сигнала:
- Аналоговый
- Цифровой
По количеству лучей: однолучевые, двулучевые и т. д. Количество лучей может достигать 16-ти и более (n-лучевой осциллограф имеет nное количество сигнальных входов и может одновременно отображать на экране n графиков входных сигналов).
Осциллографы с периодической развёрткой делятся на: универсальные (обычные), скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные; цифровые осциллографы могут сочетать возможность использования разных функций.
Также существуют осциллографы,
совмещенные с другими
Осциллограф также может существовать не только в качестве автономного прибора, но и в виде приставки к компьютеру (подключаемой через какой-либо порт: LPT, COM, USB, вход звуковой карты).
Устройство
Осциллограф с дисплеем на базе ЭЛТ состоит из электронно-лучевой трубки, блока горизонтальной развертки и входного усилителя (для усиления слабых входных сигналов). Также содержатся вспомогательные блоки: блок управления яркости, блок вертикальной развертки, калибратор длительности, калибратор амплитуды.
Современные осциллографы всё в большей степени переходят (как и вся техника визуализации — телевизоры, мониторы и тп.) на отображение информации на экране ЖК-дисплеев.
Рисунок
Экран
Осциллограф имеет экран A, на котором отображаются графики входных сигналов (у цифровых осциллографов изображение выводится на дисплей (монохромный или цветной) в виде готовой картинки, у аналоговых осциллографов в качестве экрана используется электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением). На экран обычно нанесена разметка в виде координатной сетки.
Сигнальные входы
Осциллографы разделяются на одноканальные и многоканальные (2, 4, 6, и т. д. каналов на входе). Многоканальные осциллографы позволяют одновременно сравнивать сигналы как между собой так и с другими между собой (формы, амплитуды, частоты и пр.)
Управление разверткой
В большинстве осциллографов используются два основных режима развертки:
- автоматический (автоколебательный);
- ждущий.
В некоторых моделях предусмотрен ещё один режим: однократный.
При автоматической развертке генератор развёртки работает в автоколебательном режиме, поэтому, даже в отсутствие сигнала, по окончании цикла развертки происходит её очередной запуск, это позволяет наблюдать на экране луч даже в отсутствии сигнала или при подаче на вход вертикального отклонения постоянного напряжения. В этом режиме у многих моделей осциллографов выполнен захват частоты генератора развёртки исследуемым сигналом, при этом частота генератора развёртки в целое число раз ниже частоты исследуемого сигнала.
В ждущем режиме развертки напротив, при отсутствии сигнала или его недостаточном уровне (либо при неверно настроенном режиме синхронизации) развертка отсутствует и экран гаснет. Развёртка запускается при достижении сигналом некоторого настроенного оператором уровня, причем можно настроить запуск развёртки как по нарастающему фронту сигнала, так и по падающему. При исследовании импульсных процессов, даже если они непериодические (например, непериодическое, достаточно редкое ударное возбуждение колебательного контура) ждущий режим обеспечивает неподвижность изображения на экране. В ждущем режиме развертку часто запускают не по самому исследуемому сигналу, а некоторым синхронным с ним сигналом, например, сигналом импульсного генератора, возбуждающего процесс в исследуемой схеме. В этом случае, запускающий сигнал подаётся на вспомогательный вход осциллографа — вход синхронизации.
При однократном режиме генератор развёртки «взводится» внешним воздействием, например, нажатием кнопки и далее ожидает запуска точно также, как и в ждущем режиме. После запуска развётка производится только один раз, для повторного запуска генератор развёртки необходимо «взвести» снова. Этот режим удобен для исследования непериодических процессов, таких как логические сигналы в цифровых схемах, чтобы последующие запуски развёртки не «замусоривали» экран. Недостаток такого режима развёртки — луч по экрану пробегает однократно, что затрудняет наблюдение при быстрых развёртках и, обычно, в этих случаях прибегают к фотографированию экрана. Этот недостаток ранее устраняли применением осциллографических трубок с запоминанием изображения, в современных цифровых осциллографах запоминание процесса производится в цифровом виде ОЗУ.
Синхронизация развёртки с исследуемым сигналом
Для получения неподвижного изображения на экране каждые последующие траектории движения луча по экрану в циклах развёртки должны пробегать по одной и той же кривой. Это обеспечивает схема синхронизации развёртки, запускающая развёртку на одном и том же уровне и фронте исследуемого сигнала.
Допустим, исследуется синусоидальный
сигнал и схема синхронизации
настроена так, чтобы запускать
развёртку при нарастании синусоиды,
когда её значение равно нулю. После
запуска луч отрисовывает одну или
несколько, в зависимости от настроенной
скорости развёртки, волн синусоиды. После
окончания развёртки схема
Если запуск развёртки не синхронизирован с наблюдаемым сигналом, то изображение на экране будет выглядеть «бегущим» или даже совершенно размазанным. Это происходит потому, что в этом случае, отображаются различные участки наблюдаемого сигнала на одном и том же экране.
Для получения стабильного изображения все осциллографы содержат систему, называемую схемой синхронизации, в зарубежной литературе, не совсем корректно, часто называют триггером.
Назначение схемы
Поэтому, схема синхронизации
имеет как минимум две
Уровень запуска: задаёт напряжение исследуемого сигнала, при достижении которого запускается развёртка.
Тип запуска: по фронту или по спаду.
Правильная настройка этих органов управления обеспечивает запуск развёртки всегда в одном и том же месте сигнала, поэтому изображение сигнала на осциллограмме выглядит стабильным и неподвижным.
Во многих моделях осциллографов имеется ещё один орган управления схемой синхронизации, ручка «СТАБИЛЬНОСТЬ», изменением её положения изменяют чувствительность синхронизации к запускающему событию, меняя её положение можно «загрубить» или, наоборот, облегчить чувствительность к запуску и даже перевести в автоматический режим развёртки.
Как было сказано, почти всегда
предусмотрен вход синхронизации, при
этом имеется переключатель запуска
развёртки «ВНЕШНИЙ/ВНУТРЕННИЙ»
Часто имеется переключатель
на синхронизацию от питающей сети
(в европейских странах и
В специализированных осциллографах имеются и особые режимы синхронизации, например, режим запуска развёртки в момент начала заданной оператором по номеру строки в кадре телевизионного сигнала, что удобно при измерении параметров телевизионного тракта и отдельных его каскадов в системах телевидения.
В других специализированных осциллографах, применяемых при исследовании цифровых (например, микропроцессорных) устройств, схема синхронизации дополняется компаратором кодов и запуск развёртки производится при совпадении заданного оператором двоичного кода (слова) с кодом на шине, например, адреса. Это удобно для поиска причины сбоев при записи/чтении некоторой ячейки памяти и других диагностик.
Настройка
Для работы с осциллографом предварительно необходимо произвести калибровку его канала (каналов). Калибровка производится после прогрева прибора (примерно минут 5). Калибратор встроен в большинство осциллографов. Для калибровки высокочастотных моделей желательно иметь шнур с двумя разъемами (на выход калибратора и на вход осциллографа) иначе возможны искажения сигнала. Для низкочастотных моделей возможно просто коснуться щупом выхода калибратора. Далее ручку вольт/дел. ставится так, чтобы сигнал калибратора занимал 2—4 деления на экране (то есть, если калибратор 1 вольт,- то на 250 милливольт). После этого канал включается на переменное напряжение и на экране появится сигнал. Далее, в зависимости от частоты калибратора, ручка развертки ставится в положение при котором видно не менее 5—7 периодов сигнала. Для частоты 1 килогерц частота развертки, при которой каждый период занимает одно деление экрана равен 1 мс (одна миллисекунда). Далее необходимо убедиться, чтобы сигнал на протяжении этих 5-7 периодов попадал точно по делениям экрана. Для аналоговых осциллографов нормируется, как правило, ±4 деления от центра экрана, то есть на протяжении восьми делений должен совпадать точно. Если не совпадает, следует поворачивать ручку плавного изменения развертки добиваясь совпадения. Заодно проверяется амплитуда (размах) сигнала — она должна совпадать с тем, что написано на калибраторе. Если не совпадает, то необходимо добиться совпадения, поворачивая ручку плавного изменения чувствительности вольт/дел. Необходимо помнить, что если установлена чувствительность канала в 250 милливольт, то сигнал в 1 вольт занимает при правильной настройке 4 деления. После калибровки прибор будет показывать сигнал точно. Теперь можно не только смотреть, но и измерять сигналы.
Интересные факты
в связи со значительной
стоимостью профессиональных осциллографов
многие радиолюбители самостоятельно
создают осциллографы (и осциллографические
приставки к персональному
многие радиолюбители используют тракт звукозаписи, установленной в компьютере звуковой карты в качестве устройства ввода для измерения низких (20Гц-22 кГц) частот; для ПК дополнительно требуется программа;
именно экран осциллографа использовался как дисплей для одной из первых видеоигр Tennis For Two, представляющий из себя виртуальный вариант тенниса. Игра работала на аналоговой вычислительной машине и управлялась специальным игровым контроллером paddle.
Матричный осцилограф содержащий первый компаратор выход которого соединен с первым входом триггера, последовательно соединенные первый счетчик, цифро-аналоговый преобразователь и второй компаратор , выход второго счетчика соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен со вторым входом триггера, блок синхронизации, входы первого компаратора являются первым и вторым входами осциллографа соответственно, вертикальные шины матричной панели которого соединены с выходами дешифратора, вход которого соединен с выходом второго счетчика , второй одновибратор, вход которого соединен с выходом первого счетчика, соединенным с входом второго счетчика, и детекторы, отличающийся тем, что, с целью упрощения осциллографа и расширения области применения за счет обеспечения возможности осциллографирования уровней входных сигналов и их фазовых соотношений, в него введены последовательно соединенные измеритель периода входного сигнала и делитель частоты, два коммутатора, регистр, блок памяти и третий компаратор , вход которого соединен с информационным входом регистра, тактовый вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, а второй вход c первым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен с левым входом измерителя периода входного сигнала, а третий выход со вторым входом делителя частоты, второй вход измерителя периода входного сигнала соединен с выходом первого компаратора, выход триггера соединен с четвертым входом второго; коммутатора и первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, третий вход - с выходом первого счетчика, четвертый вход - с выходом второго, компаратора, выход блока памяти соединен с первым входом третьего компаратора , второй вход которого соединен с выходом первого счетчика,, выход первого коммутатора соединен со вторым входом второго компаратора, выход второго счетчика соединен, с первым входом коммутатора, второй и третий входы которого являются третьим и четвертым входами осциллографа соответственно, четвертый вход первого коммутатора соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя и входом блока синхронизации и является пятым входом осциллографа, входы одной группы первого коммутатора соединены с выходами детекторов, входы которых и входы другой группы первого коммутатора являются входами группы осциллографа.
Изобретение относится к
измерительной технике и
Известна схема осциллографа с матричным экраном. В этом устройстве входы Х и У подключены через соответствующие аналого-цифровые преобразователи (ЛЦП), схемы адресации к матричному экрану, II узлах шин которого находятся светоэлементы.
При подаче периодических сигналов на Х и У входы, на экране высвечивается светящееся изображение.
Однако в данном устройстве индицироваться могут только периодические сигналы, однократные сигналы на экране видны не будут, так как осциллограф не имеет памяти.
Известна схема осциллографа
с матричным экраном и памятью.
В этом устройстве вход соединен через
АЦП, схему адресации, память, выходные
каскады с горизонтальными
После записи входного сигнала расположение ячеек памяти, имеющих со стояние 1, соответствует форме 45 . входного сигнала. В режиме индикации из памяти последовательно считываются по столбцам состояния ячеек памяти, зажигая соответствующие ячейки матричного экрана, на котором высвечивается форма входного сигнала.
Недостатками этого устройства являются большой объем памяти (число ячеек памяти равно числу узлов матрицы экрана), а также невозможность индикации многоканальной информации,
Известен осциллограф с матричным экраном, аналогичный описанному устройству, в который введены цифровые элементы, обеспечивающие полуавтоматическое измерение характеристик сигнала например амплитуды и длительности временных интегралов.
Наиболее близким к предлагаемому является матричный осциллограф, имеющий К входов, которые через усилители соединены с входами соответствующих К компараторов. Другие входы компараторов соединены с входом цифро-аналогового преобразователя а выходы через одновибраторы соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого, в свою очередь, соединен с входами элементов И, расположенных в узлах матрицы экрана, у которых входы подключены к входам соответствующих триггеров. Выходы триггеров подключены к светоэлементам. Кроме того, выход генератора или синхронизатора через счетчик подключен к входу ЦАП и входу дешифратора, выходы которого образуют Фгоризонтальных шин матрицы экрана, нулевая шина соединена через элемент И с входом счетчика, выход которого подключен к входу другого дешифратора, выходы второго дешифратора образуют вертикальные шины матрицы экрана. Каждая шина подключена к другим входам триггеров, расположенных в соответствующем столбце матрицы экрана.
B режиме записи усиленные К входных сигналов сравниваются в компараторах с линейно возрастающим сигналом на выходе ЦАП, В моменты равенства одного из входных сигналов и сигнала ЦАП на выходе компаратора образуется перепад напряжения, запускающий одновибратор. Импульс одновибратора через элемент ИЛИ поступает на входы всех элементов матрицы. Но проходит он только на один из этих элементов, который рас>, положен в точке пересечения шин матрицы, имеющих в данный момент логические единицы. При этом триггер, подключенный на выходе данного элемента И, устанавливается в "1" и зажигает световой элемент. По вертикали данный световой элемент расположен на уровне, соответствующем состоянию счетчика, подключенного на вход OAII, т.е. на уровне, соответствующем входному сигналу, По горизонтали световой элемент расположен на уровне, определяемом числом на выходе счетчика дешифратора вертикальных шин. Данное число возрастает линейно во времени, поэтому по горизонтали место горящего светоэлемента соответствует данной временной координате входного сигнала. При равенстве уровней другого входного сигнала и сигнала на выходе ЦАП загорается другой световой элемент, расположенный вдоль выбранной вертикальной шины матрицы. Таким образом, К входных сигналов зажигают
К световых элементов вдоль одной вертикальной шины. В следующий момент времени, когда число на выходе счетчика дешифратора вертикальных шин возрастает на единицу, зажгутся световые элементы в следующей вертикальной шине и так далее. После окончания процесса записей на экране матрицы горят световые элементы, описывающие в совокупности форму. К входных сигналов. это изображение хранится неограниченно долго, пока включено питание схем. По желанию процесс записи можно повторить, запустив в работу счетчик дешифратора вертикальных шин.
Назначение
Измеритель регистратор напряжений “УРАН-Интелекон” предназначен для измерения и регистрации оцифрованных аналоговых напряжений по четырнадцати каналам. В комплект с измерителем регистратором напряжений “УРАН” входит одноименное специализированное ПО для работы с полученными данными.
Программа “УРАН”
позволяет производить
Универсальный измеритель-
Режимы работы
- УРАН-Интелекон функционирует в трех основных режимах работы
- режиме регистратора (осуществляет запись в энергонезависимую память),
- режиме осциллографа,
- режиме измерителя параметров электроэнергии.
При подключении соответствующих датчиков (токового шунта, сейсмических и акустических датчиков др.) УРАН-Интелекон может работать в качестве самописца измеряемых процессов (токов, сейсмических, сейсмоакустических сигналов), измерять характеристики электрической сети (гармоники тока и гармоники напряжений).
Основные функции
УРАН-Интелекон выполняет измерение, регистрацию, контроль, и передачу данных по запросу с использованием интерфейсов RS-232/RS-485 в режиме реального времени.
В режимах регистратора и осциллографа УРАН выполняет измерение токов через подключаемые токовые клещи, спектральный анализ, измерение частоты сигнала, сравнение измеренных данных с заданными допусками,
В режиме измерителя параметров электроэнергии УРАН выполняет анализ электросети, анализ качества электроэнергии (измерение в электросети гармоник тока и гармоник напряжения).
Дополнительные функции
При подключении соответствующих датчиков Уран-Интелекон обеспечивает:
- измерение сигналов с сейсмодатчиков и с сейсмоприемников
- измерение сигналов с акустических датчиков
- измерение токов через токовый шунт
Интерфейс пользователя
Универсальный измеритель-регистратор аналоговых напряжений "УРАН-Интелекон" имеет на лицевой панели четыре светодиода, которые информирует пользователя о наличии питания и о ходе выполнения программы. Имеется четыре кнопки для задания режимов работы прибора.
Область применения
УРАН-Интелекон работает автономно или в составе контролируемой системы. УРАН-Интелекон применяется в нефтяной, газовой, горной (буровое, геологоразведочное оборудование и др.), металлургической, машиностроительной отраслях промышленности; на объектах тепло- и электроэнергетики и др.
Примеры реализации
Автономное применение:
- Регистрация параметров работы и определение причин аварий электрических машин, генераторов, турбин.
- Исследование электрических сетей (в качестве анализатора качества сети или анализатора качества электроэнергии).
- Регистрация событий при превышении пороговых значений входного сигнала.
- Измерение и запись в энергонезависимую память сейсмических колебаний (амплитуда, частота, количество, длительность) при проведении геофизических исследований.
- Измерение и регистрация скорости горения рабочего материала при буровзрывных работах.
- Измерение и регистрация параметров (пусковой ток, провалы и выбросы напряжения и т.д.) при проведении пуско-наладочных работ.
- Лабораторные электроизмерения и др.
В составе контролируемой системы:
- Мониторинг процессов в электросетях в режиме удаленного аналого-цифрового преобразователя.
- Регистрирующее устройство(регистратор) — прибор для автоматической записи на носитель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств.
- В измерительной технике — совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины.
В регистрирующих устройствах обычно предусматривается возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени. Кроме регистрирующих устройств для записи данных, существуют также устройства регистрации аудиовизуальной информации (магнитофоны, видеомагнитофоны, фото- и кино- и видеокамеры и т. д.).
Регистрирующие устройства могут представлять собой неотъемлемые функциональные узлы измерительных приборов, установок, блоки в составе информационных, измерительных, контрольных систем, комплексов, либо самостоятельные устройства.
Виды регистрирующих устройств
- Устройства с регистрацией информации в визуальной форме
- Цифропечатающие устройства
- Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в виде графиков, диаграмм
- Устройства с регистрацией информации в электронном (безбумажном виде)
Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в аналоговом виде на электронном носителе, обычно магнитной ленте. В настоящее время применяются редко, постепенно заменяются на цифровые устройства
Цифровые регистрирующие устройства — информация записывается в цифровом виде.
Примечание: ранее в качестве
средств регистрации
Аналоговые устройства регистрации
Аналоговая информация может
быть записана либо на электронные
носители, считывание с которых производится
с помощью соответствующих
- Матричный подход
- Мать одиночка как социально явление
- Маффины «Шоколадные маффины»
- Махинации с договорами долевого участия в строительстве
- Машина для нарезания гастрономических продуктов МРГ - 300 А. Кондитерская электрическая печь КЭП – 400
- Машина для планировки местности
- Машина для просеивания муки
- Матричные игры
- Матричные игры
- Матричные игры
- Матричные методы в маркетинговых исследованиях
- Матричные методы стратегического анализа портфеля продуктов
- Матричные операции в вейвлетном базисе
- Матричные организационные структуры
