示波器在高頻機械上的應用

什么是高頻波?很多人存在疑問，并且不知道怎么回答這個問題。

其實高頻波是超聲波的一種，他們的區(qū)分標準是頻率。當超聲波的頻率大于100KHz時，我們就稱之為高頻波。高頻波利用摩擦生熱的原理產(chǎn)生大量的熱量達到焊接和熔接的目的。比如我們經(jīng)常遇到的高頻波塑料熔接機，利用的就是頓時產(chǎn)生的巨大能量，熔接目標物體。

高頻塑膠熔接機(簡稱高頻機,英文Hing freguency plastic welder)，是由電子管將電能轉化為電磁波,經(jīng)過振蕩成為高頻電磁場，再過各種傳輸路徑把高頻傳送到鏌具(上極)，PVC膠布在鏌具與接地(即高頻電磁場的上、下極)之間，塑料極性分子發(fā)生極化現(xiàn)象劇烈運動而產(chǎn)生熱量。膠布在模具壓力下達到熔接定型的效果。

高頻機的關鍵技術就是產(chǎn)生高頻電磁場。熔接機的真空管將高壓電能轉換為電磁能，經(jīng)振蕩桶的振蕩，產(chǎn)生高頻電磁場。振蕩桶的振蕩頻率直接影響輸出力的強弱，進而影響產(chǎn)品的熔接好壞，如何測定振蕩頻率然后調節(jié)至適當大小就變得至關重要。在機械化、數(shù)字化的今天，高頻塑膠熔接機振蕩頻率的調節(jié)仍然靠工人憑借經(jīng)驗調節(jié)。這種人工調節(jié)方式常常導致產(chǎn)品熔接有缺陷甚至失敗，生產(chǎn)成本上升，因此使用電子儀器測量最佳振蕩頻率是解決此問題的最佳辦法。

由于電磁能振蕩處于升壓之后，此時的電壓有幾千伏至上萬伏，如何測量高壓環(huán)境下的信號頻率呢?作為通用基礎測量儀器的示波器就可以應付這種情況。有兩種方式可以測量振蕩頻率，一種是直接測量法，使用高壓衰減探頭將信號衰減后輸入示波器實現(xiàn)直接測量，另一種感應法，是使用普通無源探頭感應高壓環(huán)境下的電磁場來實現(xiàn)測量。在測量點的選擇上，感應法是將無源探頭當成感應天線來使用，熔接機正常工作情況下在機器周邊一定范圍內(nèi)都會產(chǎn)生振蕩后的高頻電磁場，探頭在高頻電磁場的任意位置都可實現(xiàn)振蕩頻率測量。在安全性上，感應法無須直接接觸機器電路部分，只需將探頭靠近機器即可，不會對機器和人身造成危害。在性價比方面，由于直接測量法需要外加高壓衰減探頭，成本會比感應法測量高出很多。所以用感應法測量熔接機的振蕩頻率成為最佳選擇。

數(shù)字示波器有兩種方法測量信號頻率：軟件方法和硬件方法。軟件方法就是軟件在示波器內(nèi)存實時存儲的波形中截取其中一段計算平均周期，然后轉換成頻率。硬件方法的頻率是由硬件頻率計測得的，硬件頻率計將計算得到的觸發(fā)電路每秒觸發(fā)次數(shù)作為頻率，因此測量時要保證信號是觸發(fā)狀態(tài)下的。軟件方法和硬件方法在測量規(guī)則波形時測量值是一致的，但對于不規(guī)則波形測量值就會有較大差異，此時軟件方法測得的數(shù)值在不停的改變已失去實際意義，硬件方法測得數(shù)值較穩(wěn)定也更接近平均頻率，可作為參考。并且在測量振蕩頻率時對其精度要求較高，需要精確到小數(shù)點后3位，軟件測量值只到小數(shù)點后2位，硬件頻率計可以達到3位以上。由于對頻率精度要求高，所以最好選擇計使用有源晶振的示波器。由于一般的示波器都是配置的無源晶振，所以筆者選擇了鼎陽SDS1000CFL系列的數(shù)字示波器，其6位實時計數(shù)的有源晶振頻率計完全滿足對測量精度的要求。

筆者在實際測量中發(fā)現(xiàn)，信號噪聲干擾較大，導致硬件頻率計顯示與實際不對，這就要求示波器很夠有很好的過濾處理噪聲的能力，SDS1000CFL以其獨特的數(shù)字濾波功能(含低通、高通、帶通、帶阻)，可有效避免噪聲引起的誤觸發(fā)，使測量值更加精確。下圖為筆者用1KHz，40mV信號模擬受干擾信號得到的測量值，由圖可以發(fā)現(xiàn)打開數(shù)字濾波后的頻率測量值和實際信號一致。