淺析多通道隔離示波器在浮動(dòng)測(cè)量中的應(yīng)用

許多行業(yè)的技術(shù)人員和工程師在工作中常常需要對(duì)兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量，即測(cè)量各點(diǎn)之間沒有參考地電位的多端信號(hào)，這種測(cè)量通常也稱為差分測(cè)量，被測(cè)量信號(hào)也稱為差分信號(hào)。文章主要介紹了多通道隔離示波器在浮動(dòng)測(cè)量中的應(yīng)用，給大家分享。

1、引言

許多行業(yè)的技術(shù)人員和工程師在工作中常常需要對(duì)兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量，即測(cè)量各點(diǎn)之間沒有參考地電位的多端信號(hào)，這種測(cè)量通常也稱為差分測(cè)量，被測(cè)量信號(hào)也稱為差分信號(hào)。

為達(dá)到差分測(cè)量的目的，現(xiàn)有技術(shù)有隔離變壓器、差分探頭和隔離通道等。這幾種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)比較可見表一。

從上表看，傳統(tǒng)方法一般采用使接地系統(tǒng)無效的技術(shù);后端隔離方法，一般采用隔離變壓器的技術(shù)，人為地將信號(hào)公共線與地電位斷開;但這種技術(shù)會(huì)有一定的危險(xiǎn)，因?yàn)樗粌H升高了示波器上存在的電壓，增加了操作人員被電擊的可能性，而且還累積了示波器電源變壓器絕緣體上的應(yīng)力，雖不會(huì)立即引發(fā)故障，但可能在將來引發(fā)電擊或火災(zāi)等危險(xiǎn)。(見圖1)

圖1采用斷開地線的方法進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量對(duì)人和設(shè)備很危險(xiǎn)

差分或隔離探頭提供了一種安全可靠的使接地示波器可以進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量的方式。兩種探頭的接觸體都不需要接地，并且探頭系統(tǒng)作為一個(gè)整體與示波器的機(jī)殼接地端隔離。但是，它們對(duì)測(cè)量設(shè)備的成本和復(fù)雜性提出了新的要求;可能需要獨(dú)立的電源，并且其增益和偏差特征必須作為因數(shù)計(jì)入每次測(cè)量;配有差分探頭的示波器側(cè)重于性能和安全(帶寬、隔離)，犧牲了外形構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)，如可移動(dòng)性和成本。

近五年來，針對(duì)后端隔離變壓器和前端差分探頭技術(shù)的缺陷，一種新的浮動(dòng)測(cè)量技術(shù)即中端多通道隔離技術(shù)(IsolatedChannel技術(shù))應(yīng)運(yùn)而生，使安全、經(jīng)濟(jì)、方便地進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量成為可能。

2、多通道隔離示波器的工作原理

多通道隔離示波器是一種具有2個(gè)或4個(gè)隔離通道的可現(xiàn)場(chǎng)使用的實(shí)驗(yàn)室示波器。它的四個(gè)隔離通道輸入體系結(jié)構(gòu)給“正”輸入和負(fù)基準(zhǔn)導(dǎo)線提供了真實(shí)且完整的通道間的安全電氣隔離。

這種多通道隔離技術(shù)不同于傳統(tǒng)的隔離技術(shù)，而是在測(cè)量系統(tǒng)的的中端，即示波器內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。(見圖2)

圖2傳統(tǒng)示波器與多通道隔離示波器的原理比較

多通道隔離示波器本質(zhì)是一高集成多功能的實(shí)驗(yàn)室數(shù)字存儲(chǔ)示波器，基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)示波器一致，但在隔離上從儀器本身隔離出發(fā)，主要反映在兩個(gè)方面：(1)通道間采用了完全電氣隔離技術(shù)，(2)輸入端地線與市網(wǎng)地線高阻抗隔離，同時(shí)在傳統(tǒng)示波器多功能的基礎(chǔ)上又增加了電池供電和功率分析等功能，并將與外部聯(lián)接的接口RS232，打印機(jī)并口和CF卡驅(qū)動(dòng)器等集于一身。

3、多通道隔離示波器的應(yīng)用

多通道隔離技術(shù)發(fā)展已基本成熟，以美國(guó)泰克公司最近推出的TPS2000系列示波器為最具有代表性;其特有的多通道隔離的技術(shù)，自推出后得到了廣大科研人員和工程技術(shù)人員的關(guān)注，短短時(shí)間內(nèi)就在醫(yī)療設(shè)備維修、工業(yè)電源設(shè)計(jì)、電機(jī)功率分析等需要浮動(dòng)測(cè)量的領(lǐng)域應(yīng)用開來。

3、1在醫(yī)療設(shè)備維修中的應(yīng)用

醫(yī)療設(shè)備與人性命休戚相關(guān)，在現(xiàn)代治療中，其作用越來越重要，越來越先進(jìn)，體積也越來越大，費(fèi)用也越來越高，如何及時(shí)、安全、可靠地維修設(shè)備，成為各大醫(yī)療機(jī)構(gòu)需要解決的一個(gè)重要問題。TPS2000系列示波器小巧便攜，可用電池供電，大大提高了設(shè)備維修的速度。又因醫(yī)療設(shè)備大部分直接作用于人體，要求絕對(duì)安全接地，以防觸電;醫(yī)療設(shè)備又多是大型電子設(shè)備，對(duì)維修用的電子儀器的抗干擾性提出了要求，TPS2000通道間是隔離的，在醫(yī)療設(shè)備的維修中的優(yōu)越性就非常明顯。

3、2在工業(yè)開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在現(xiàn)在能源越來越緊張的情況下，如何減少能耗，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，已成為工業(yè)電源設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重中之重，所以設(shè)計(jì)時(shí)隨時(shí)檢測(cè)功率及功率相關(guān)的參數(shù)，就突顯重要了。TPS2000具有相應(yīng)的功率分析套件，此套件包括高壓探頭，電流探頭，功率分析模塊和功率分析軟件，可進(jìn)行開關(guān)損耗(包括開通，截止和傳導(dǎo)損耗)的分析，諧波失真測(cè)量達(dá)到50次，dv/dt和di/dt游標(biāo)的，可大大縮短設(shè)計(jì)周期。

圖3用TPS2000進(jìn)行諧波分析

而且還可以進(jìn)行功率波形分析，包括：–相位分析，有功功率，無功功率，功率因數(shù)，波峰因數(shù)，相位關(guān)系等

圖4用TPS2000進(jìn)行功率分析

3、在野外測(cè)量中的應(yīng)用

此外，多通道隔離示波器在野外測(cè)量中的使用比較廣泛。一些工程師常需要去野外測(cè)量一些信號(hào)，而野外電源不方便，或者根本沒有，測(cè)量條件較差，該系列示波器提供了長(zhǎng)達(dá)八小時(shí)的電池供電解決方案及背光功能，解決了工程師測(cè)量中的問題;同樣對(duì)衛(wèi)星發(fā)射設(shè)備維護(hù)維修中的測(cè)量也大大提高了工作效率。

4、結(jié)束語

可見，多通道隔離示波器以其優(yōu)越的性能為工程師和廣大科研工作者提供了快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的多通道浮動(dòng)測(cè)量解決方案，并把人身和設(shè)備安全放在首位。在將來多通道隔離示波器的應(yīng)用會(huì)越來越多，以滿足技術(shù)人員更復(fù)雜的測(cè)量。