Портативні цифрові осцилографи R&S®SCOPE RIDER RTH10ХХ

У статті наведена коротка інформація про цифрові портативні осцилографи серії R&S®Scope Rider RTH1000 компанії Rohde & Schwarz. Ці осцилографи дозволяють здійснювати аналіз як аналогових так і цифрових сигналів. Вони забезпечують функціо­нальність восьми приладів: осцилографа, логічного аналізатора та аналізатора протоколів, реєстратора даних, цифрового мультиметра, аналізатора спек­тру, аналізатора гармонік і частотоміра, а також спе­ціальні режими для побудови XY-діаграм, режим розгортання та випробування по масці, що забезпе­чує можливості необхідні для налагодження будь- яких типів електронних систем.

В. Макаренко

Осцилографи серії R&S®Scope Rider RTH1000 поєднують потужність і функціональність лабора­торних осцилографів з форм-фактором і надійністю портативних осцилографів з живленням від батареї, що робить їх ідеальним інструментом для налагод­ження пристроїв у лабораторіях та аналізу складних проблем у польових умовах.

R&S®Scope Rider RTH1000 перший портативний осцилограф із вбудованою опцією аналізу змішаних сигналів (вісім цифрових каналів) та можливістю проводити аналіз протоколів у цифрових шинах [1, 2]. Фактично цей прилад являє собою цілу вимірю­вальну лабораторію і поєднує вісім приладів в одно­му портативному корпусі. Він забезпечує функціо­нальність восьми приладів: осцилографа, логічного аналізатора та аналізатора протоколів, реєстратора даних, цифрового мультиметра, аналізатора спек­тру, аналізатора гармонік і частотоміра, а також спе­ціальні режими для побудови XY-діаграм, режим розгортання та випробування по масці, що забезпе­чує можливості необхідні для налагодження будь- яких типів електронних систем.

Маючи швидкість захоплення до 50 000 осцило­грам в секунду, він дозволяє швидко виявити рідкісні помилки та оперативно реагувати на зміни в сигна­лі. Система синхронізації з великим вибором функ­цій дозволяє точно виділити потрібні фрагменти аналізованого сигналу.

Займаючи мінімум робочого місця, осцилограф R&S®Scope Rider є ідеальним інструментом навіть для складних завдань, виникаючих під час наукових досліджень та розробок, а також має необхідні вла­стивості для роботи у польових умовах. Зовнішній вигляд осцилографа R&S®Scope Rider RTH1004 на­ведено на рис. 1.

Рис. 1. Зовнішній вигляд осцилографа R&S®Scope Rider RTH1004

Розташування входів 4-канальних осцилографів показано на рис. 2, а двоканальних – на рис. 3. Дво­канальні осцилографи мають вбудований цифровий мультиметр, входи якого розташовані праворуч.

Рис. 2. Розташування входів 4-канальних осцилографів

Рис. 3. Розташування входів 2-канальних осцилографів

Розташування входів логічного пробника, роз’єми USB та LAN розташовані на правій боковій стінці осцилографа (рис. 4) [3].

Ізольовані входи для категорії вимірювань 600 В CAT IV дозволяють проводити безпечні вимірювання в будь-яких умовах. Якщо потрібні додаткові заходи безпеки, R&S®Scope Rider можна керувати дистан­ційно за допомогою веб-браузера через безпроводову мережу, що дозволить користувачеві, що управляє приладом, знаходиться досить далеко від місця вимірювання.

– мережевий роз’єм LAN

– роз’єм USB типу В для дистанційного управління

– компенсація пробника

– роз’єм USB типу А для флеш-накопичувача

– роз’єм логічного пробника

Рис. 4. Розташування елементів на правій боковій стінці осцилографа

П’ять режимів вимірювання, включаючи вбудо­ваний мультиметр (тільки у двоканальних моделях), роблять осцилограф R&S®Scope Rider ідеальним приладом для роботи в польових умовах.

Компанія Rohde&Schwarz випускає декілька мо­делей портативних осцилографів. У табл. 1 наведені основні відмінності між різними моделями осцило­графів R&S®Scope Rider, а у табл. 2 – діапазони частот аналізу різних моделей.

Таблиця 1. Основні відмінності між різними моделями осцилографів R&S®Scope Rider

Таблиця 2. Діапазони частот аналізу різних моделей осцилографів R&S®Scope Rider

Основні характеристики осцилографів R&S®Scope Rider:

• максимальна частота дискретизації 5 ГГц
• максимальний обсяг пам’яті 500 тисяч відліків, 50 млн відліків сегментованої пам’яті
• швидкість захоплення даних 50 000 осцило- грам/с
• роздільна здатність АЦП 10 біт
• ізольовані входи відповідають категоріям CAT IV 600 В/CAT III 1000 В
• кольоровий сенсорний дисплей 7.0″, 800×480 пікселів
• ступінь захисту IP51, відповідно до IEC 60529IP51
• аналіз цифрових сигналів (логічний аналізатор) по 8 каналах, смуга пропускання 250 МГц, частота дискретизації 1.25 ГГц, максимальний обсяг пам’яті 125000 відліків
• чутливість каналу вертикального відхилення від 2 мВ/под. до 100 В/под.
• діапазон зсуву до 200 В
• у 4-канальних моделях функція цифрового мультиметра по кожному з аналогових каналів
• 37 функцій автоматичного вимірювання
• збереження історії та режим сегментованої пам’яті
• аналіз протоколів шин I2C/SPI, UART, CAN/LIN, CAN-FD, SENT
• аналізатор спектру, аналізатор гармонік, ча­стотомір
  • безпроводова локальна мережа та Ethernet для дистанційного керування через Інтернет і швидкого доступу до даних
• просте налаштування параметрів поворотним регулятором (рис. 5)
• великі кнопки для зручності роботи в рукавич­ках
  • нековзна та ударостійка прогумована поверхня
• швидке завершення роботи за рахунок можли­вості документування одним дотиком
• підтримка карток microSD та підключення по USB (пристрій/хост)
• більше 4 годин роботи від акумулятора.

Повністю панель управління і призначення її еле­ментів наведено в [3, 4].

При налагодженні вбудованих в лабораторії або аналізі складних сигналів у польових умовах прилад R&S®Scope Rider поєднує характеристики та мож­ливості лабораторного осцилографа, а також ком­пактність та міцність працюючого від акумулятора портативного пристрою.

Рис. 5. Фрагмент панелі управління R&S®Scope Rider

Система цифрової синхронізації має високу чут­ливість запуску, а 14 типів синхронізації забезпе­чують широкі функціональні можливості для точного виділення необхідного фрагменту складних сигна­лів. Завдяки 37 функціям автоматичного виміру при­лад R&S®Scope Rider забезпечує функціональність лабораторного осцилографа під час аналізу пара­метрів сигналу.

Осцилограф R&S®Scope Rider підтримує microSD-карти об’ємом до 32 ГБ, що дозволяє збері­гати практично необмежену кількість даних, знімків екрану та файлів налаштувань приладу.

Безпечні вимірювання в силовій електроніці

Аналіз сучасних систем електроприводу вимагає вимірювання напруги та струмів обмоток електро­двигуна при одночасному аналізі цифрових керую­чих сигналів. У таких вимірах ключову роль відіграє безпека вимірів.

Осцилограф R&S®Scope Rider має до чотирьох ізольованих вхідних каналів вимірювальної категорії CAT IV 600 В, що дозволяє безпечно проводити ви­мірювання у високовольтних електричних колах.

Подвійна ізоляція всіх вхідних каналів, каналу мультиметра1) та цифрових інтерфейсів, включаю­чи логічні канали (опція змішаних сигналів) дозволяє проводити вимірювання у змішаних колах з різними опорними рівнями. Знижено ризик випадкових ко­ротких замикань та забезпечено можливість без­печних вимірювань у високовольтних електричних установках. Можна проводити вимірювання чутли­вих аналогових чи цифрових керуючих кіл, не жерт­вуючи безпекою.

Завдяки пасивному охолодженню та герметич­ному пило- та водостійкому корпусу портативний осцилограф має ступінь захисту IP51 і забезпечує міцність, необхідну для роботи у жорстких польових умовах. Гумова поверхня з великими клавішами по­легшує роботу в складних зовнішніх умовах.

Меню вибору інструментів аналізу містить 11 пунктів (рис. 6). З піктограм режимів зрозуміло при­значення різних інструментів.

Рис. 6. Меню вибору інструментів аналізу

Аналіз цифрових сигналів

Цифрові сигнали, що управляють, можна аналі­зувати за допомогою 8-канального логічного аналі­затора, який ізольований від аналогових вхідних ка­налів. R&S®Scope Rider має безпрецедентні серед портативних осцилографів можливості щодо син­хронізації та декодування протоколів, забезпечуючи безпосереднє відображення декодованих повідом­лень [5].

Аналіз рідкісних аномалій електричних сигналів

При налагодженні електронних систем часто ви­никає завдання збирання та аналізу рідкісних ано­малій електричних сигналів. Високошвидкісна си­стема збору даних із функцією архіву дозволяє фік­сувати, архівувати і здійснювати аналіз рідкісних збоїв сигналів. Маючи частоту захоплення до 50 000 осцилограм на секунду, яка більш ніж у 1000 разів перевищує частоту стандартних портативних осци­лографів, прилад R&S®Scope Rider здатний виявля­ти сигнали, пропущені іншими осцилографами. З його допомогою можуть бути надійно захоплені та проаналізовані навіть рідкісні збої у сигналах.

У режимі архіву та сегментованої пам’яті при­стрій автоматично зберігає до 5 000 осцилограм в окремому буфері архіву. У будь-який час можна при­пинити збір даних і виконати аналіз будь-якої осци­лограми з буфера архіву за допомогою всіх функцій, що є в осцилографі. Можна детально аналізувати разові аномалії, які зазвичай пропускаються стан­дартними портативними осцилографами.

Логічний аналізатор

При вимірюванні параметрів електроприводу ча­сто необхідно задіяти до чотирьох аналогових вимі­рювальних каналів, що не залишає вільних каналів контролю цифрових управляючих інтерфейсів. Циф­ровий логічний пробник (опція змішаних сигналів – MSO) осцилографа R&S®Scope Rider має вісім до­даткових цифрових входів для аналізу сигналів, що управляють, корельованих за часом з сигналами аналогових каналів (рис. 7). Маючи смугу пропус­кання 250 МГц, частоту дискретизації 1,25 ГГц і на­строюванні порогові значення цей пробник підхо­дить практично для будь-яких цифрових інтерфей­сів.

Рис. 7. Синхронний аналіз аналогового сигналу та сигналів керування по цифровій шині

Цифровий мультиметр

Двоканальна модель R&S® RTH1002 містить до­датково цифровий мультиметра. Він дозволяє про­водити вимірювання постійної та змінної напруги, суми постійної та змінної напруги, опору, цілісності кола та ємності, а також струму або температури при використанні відповідних датчиків.

Чотириканальна версія пристрою R&S®RTH1004 оснащена функцією цифрового вольтметра на кож­ному вхідному каналі. У статистиці відображаються мінімальні, усереднені та максимальні значення з відповідними часовими мітками (рис. 8).

Рис. 8. Відображення виміряних мультиметром даних на екрані осцилографа

 Аналізатор протоколів

Послідовні шини часто використовуються для передавання керуючих сигналів. R&S®Scope Rider – це перший гальванічно ізольований портативний ос­цилограф, який оснащений функціями синхронізації та декодування протоколів для поглибленого пошу­ку несправностей (рис. 8). Цільовий запуск за про­токольними подіями та протокольними даними доз­воляє користувачам вибірково захоплювати відпо­відні події, дані та сигнали. Оскільки осцилограф R&S®Scope Rider підтримує аналіз протоколів по­слідовних шин I2C/SPI, UART, CAN/LIN, CAN-FD, SENT, то він може бути використаний у звичайних лабораторних, у польових умовах, а також в автомо­більному сегменті.

Реєстратор даних

Поодинокі помилки сигналів датчиків або поодинокі збої джерела живлення можуть викликати ком­плексні збої пристрою без видимих вказівок першо­причини.

Функція довготривалого реєстратора даних ос­цилографа R&S®Scope Rider дозволяє контролюва­ти до чотирьох основних вимірювань зі швидкістю 1, 2 або 5 вимірювань за секунду для виявлення таких рідкісних збоїв. Великий обсяг пам’яті 2 млн відліків на канал дозволяє вести запис до 23 днів. Екран ста­тистики (рис. 10) відображає інформацію про міні­мальні та максимальні значення із зазначенням точ­ного часу.

Рис. 9. Вікно відображення аналізатора протоколів

Рис. 10. Екран статистики реєстратора даних

Режим XY-діаграми

Різницю фаз між двома сигналами можна легко виміряти за допомогою спеціального режиму XY- діаграми, в якому також відображаються порівнюва­ні сигнали (рис. 11).

Рис. 11. Екран осцилограма в режимі XY-діаграми

Випробування по масці

У режимі тестування по масці відображається статистика успішних та неуспішних тестів, також є можливість простого завдання маски на основі те­стових сигналів (рис. 12).

Рис. 12. Екран осцилограма в режимі випробувань по масці

Користувальницькі сценарії

Опція сценаріїв користувача дає можливість ви­конувати їх безпосередньо на осцилографі для проведення індивідуальних нестандартних вимірювань (рис. 13). При створенні сценаріїв для керування приладом використовуються стандартні команди SCPI. Зв’язок з оператором забезпечується за до­помогою інтуїтивно зрозумілого інтерфейсу кори­стувача.

Рис. 13. Екран осцилограма в режимі сценарію користувача

Вимірювання коефіцієнта гармонік

Осцилограф дозволяє вимірювати коефіцієнт гармонік у процентах або у дБ. Основна частота може задаватись користувачем у діапазоні від 10 до 100 Гц. Максимальна кількість виміряних гармонік дорівнює 64. Відображення гістограми до 64 гармо­нік на одному екрані. Варіанти відображення ре­зультатів вимірювання:

• всі гармоніки
• непарні гармоніки
• непарні і кратні 3
• непарні і не кратні 3 або визначені користува­чем.

Окрім того на екран виводяться максимальне і мінімальне значення струму. основна частота, повні гармонійні спотворення відносно амплітуди першої гармоніки( (THDF) або відносно середньоквадра- тичного значення (THDR), фазовий зсув відносно першої гармоніки та частота кожної складової.

Вимірювання спектру сигналу

Лінійна або логарифмічна вісь частот, масштабу- вання осі Y у дБм, дБВ, дБА. Для аналізу задаються наступні параметри:

• центральна частота та діапазон частот (лінійна вісь частот)
• початкова та кінцева частота (логарифмічна вісь частот)
• смуга пропускання
• роздільна здатність
• масштаб по вертикалі.

При аналізі можна використати такі вікна: з плос­кою АЧХ у смузі пропускання (Flat-top), Hann, Ham­ming, Blackman, прямокутне. Тип сліду на екрані: нормальний, макс. утримання, мін. утримання, се­редній час.

У точці позначеній маркером відображається аб­солютна частота та амплітуда або частота та амплі­туди відносно еталонного маркера.

Окрім режиму вимірювання спектру доступне швидке перетворення Фур’є (FFT) для одного з вхідних каналів осцилографа. При перетворенні Фур’є на екран виводяться дані аналогічні даним при вимірюванні спектру.

Осцилограф R&S®Scope Rider поставляється з усіма необхідними приладдям:

• пробник напруги 500 МГц, 10:1, 600 В CATIVдля кожного вхідного каналу
• джерело живлення з вилками для ЄС, Велико­британії та США
• акумуляторна батарея
• ремінець

Крім того, доступний широкий асортимент при­ладдя:

• пробники напруги 500 МГц, 100:1
• запасний набір приладдя для пробників напру­ги
• розширений набір деталей для пробників на­пруги
• токові пробники
• автомобільний адаптер 12 В/24 В
• м’яка сумка для перенесення
• жорсткий захисний транспортний кейс
• зарядний пристрій акумулятора.