13. díl - Udělejte si přestávku na kávu a naučte se, jak vrstvit měřicí nástroje v osciloskopech

Osciloskopy Teledyne LeCroy mají čtyři odlišné sady měřicích nástrojů, včetně měřicích gratikul (souřadnicová síť), kurzorů, parametrů a grafů.

Tyto nástroje jsou navrženy tak, aby byly " vrstveny" na více mřížkových osciloskopech LeCroy s MAUI® takže každý přídavek přináší novou úroveň porozumění a vhledu do charakteristik signálu.

Dokonce i na osciloskopech, které nemají možnost více mřížek, jak je znázorněno zde, lze pro další přehled použít několik měřicích nástrojů najednou. Čtěte dále a zjistěte, jak Vám mohou pomoci najít anomálie průběhů a posoudit jejich četnost výskytu v několika jednoduchých krocích.

Obrázek 1: Více mřížkové zobrazení " vrstev "měřicích nástrojů k nalezení skryté závady.

Nejstarším z těchto nástrojů vyvinut v původních analogových osciloskopech je použití kalibrační gratikule. Většina gratikul osciloskopu má deset horizontálních dělení a osm vertikálních dělení. Počítáním počtu polí mezi svislými nebo vodorovnými událostmi na trasování a vynásobením příslušným faktorem měřítka můžete odhadnout amplitudu nebo dobu trvání mezi událostmi.

 Obrázek 2: Relativní svislý kurzor označuje amplitudové úrovně dvou vodorovných čar kurzoru a zobrazuje je v poli popisovače trasování spolu s rozdílem amplitudy.

Kurzory jsou pohyblivé svislé nebo vodorovné čáry promítané na mřížku, které lze zarovnat s významnými prvky stopy. Jednotlivé absolutní kurzory ukazují hodnotu svislého nebo vodorovného bodu, ve kterém jsou umístěny. Duální relativní kurzory ukazují hodnotu a rozdíl mezi dvěma body, ve kterých jsou umístěny. Obrázek 2 znázorňuje příklad relativního vertikálního měření amplitudy hodin od píku k píku. Absolutní amplituda každého kurzoru vzhledem k odsazení stopy spolu s rozdílem mezi kurzory se zobrazí do pole popisovače trasování, jak je znázorněno v detailu.

 K měření časových charakteristik lze zajistit pomocí relativních vertikálních kurzorů tak, že se umístí na dva body jedné stopy nebo více stop, jak je znázorněno na obrázku 3. Kurzory čtou amplitudy na přechodech kurzoru a absolutní čas vzhledem k době spouštění. Amplitudové hodnoty jsou v poli popisovače trasování, zatímco časové hodnoty měřící zpoždění mezi těmito dvěma trasami se zobrazují pod časovým pásem a aktivují pole popisovače.

Obrázek 3: Relativní vertikální kurzory měří časování mezi dvěma signály.

Kurzory jsou rychlou metodou měření v rámci jedné akvizice, ale nejsou příliš přesné. Jejich přesnost závisí na umístění čar kurzoru na trasování.

Parametry automatického měření jsou založeny na standardních definicích výpočtu amplitudy, šířky a dalších typických měření průběhů signálu. Vypočítávají se z každého výskytu signálu při jedné i více akvizicích až do milionů měření. Obrázek 4 znázorňuje šest typických parametrů používaných k charakterizaci obdélníkového signálu.

Obrázek 4: Šest parametrů měření se statistikami používanými k charakterizaci šířkové modulovaného signálu.

Na všech osciloskopech Teledyne LeCroy s uživatelským prostředím MAUI se pro každý parametr automaticky vypočítají klíčové statistické hodnoty, včetně střední, minimální, maximální a směrodatné odchylky. Tyto statistiky můžete zobrazit v tabulce Měření, abyste získali okamžitý a vysoce přesný pohled na to, jak se tento parametr pohyboval v rozsahu mnoha akvizic, na rozdíl od informací z kurzoru, který vám ukáže pouze měření pořízené při poslední akvizici. 

Nyní to začíná být zajímavé – podívejte se na statistiky parametru P3, který čte šířku stopy C1 na obrázku 4. Má střední hodnotu 190μs a rozsah hodnot od 167ns do 240μs. Pod statistikou parametrů je ikonický histogram nazývaný histikon, který zobrazuje rozložení hodnot parametrů. Histicon pro parametr P3 ukazuje, že převážná část naměřených hodnot směřuje k hornímu rozsahu, ale v blízkosti minimální hodnoty z levého rohu je malá odlehlá hodnota.  

Obrázek 5: Sledování parametru šířky pomáhá lokalizovat odlehlejší hodnotu zobrazenou  na histikonu P3.

Většina osciloskopů má schopnost zobrazit naměřené hodnoty buď ve srovnání s instancí měření, která se nazývá graf trendu, nebo v porovnání s časem, který se nazývá graf stopy (Track). Na obrázku 5 byl nad získaným pulzním signálem položen graf stopy P3. Všimněte si prudkého poklesu v blízkosti nula sekund. Toto je umístění minim, která se objevila v histikonu, což nám naznačilo, že by mohlo být odhaleno něco zajímavého, kdybychom se na data podívali jiným způsobem. Pouhé přiblížení poklesu ve stopě ukazuje, kde k události došlo v signálu.

Na některých osciloskopech bychom mohli vygenerovat celý histogram parametru pouhým dotykem na histikonu. Histogramy mají své vlastní parametry měření a kurzory, které poskytují další přehled o statistickém rozdělení, například jaká je minimální/maximální hodnota vyskytující se v určité přihrádce histogramu nebo kolik měření spadá do dané přihrádky.  

Obrázek 1 na začátku příspěvku ukazuje všechny tyto měřicí nástroje "vrstvené "do více mřížkového displeje kombinující získaný průběh, parametry měření se statistikami a histikonu, stopu a histogram parametru šířky, jakož i přiblížení vystředěné na událost minima vyznačenou na stopě signálu.

Přiblížení signálu (vpravo nahoře obrázek 1) ukazuje úzkou anomálii, která je široká pouze 166ns a jinak je poměrně snadné ji přehlédnout. Histogram ukazuje, že 30 z nich se vyskytlo v hodnotách naměřené šířky 770, takže víme, že se vyskytuje asi v 4 % času. Pomocí kombinovaných měřicích nástrojů se během několika minut dozvíte o přítomnosti úzké anomálie, jejím umístění a četnosti výskytu.

[1] Take a Coffee Break and Learn How to "Layer" Measurement Tools
https://blog.teledynelecroy.com/2021/03/take-coffee-break-and-learn-how-to.html
[cit. 23.06.2021]

V tomto seriálu si neklademe za cíl hodnotit, která značka je nebo není nejlepší. Chceme pouze čtenáře upozornit na častá omezení a úskalí, která nemusí být na první pohled při výběru osciloskopu pro vaší práci zřejmá. Chceme vám poskytnout určitý nadhled při výběru nového osciloskopu. Informace, které v seriálu uvádíme, vychází z našich dlouholetých zkušeností s osciloskopy a především s přístroji Teledyne LeCroy, z veřejně dostupných informací a technické dokumentace ostatních výrobců. Abychom se nezabývali touto problematikou jen v teoretické rovině, zaměříme se na technické parametry přístrojů a různé způsoby měření. 

Obsah tohoto seriálu můžete také ovlivnit! Uvítáme vaše komentáře, návrhy témat, vaše zkušenosti, které můžete zasílat na e-mail bohumil.vitovec@blue-panther.cz.

Stejně tak se můžete ozvat, pokud potřebujete radu na míru!

Další díl / Všechny díl