四通道 ScopeMeter 190 系列 II

        現(xiàn)在，最新推出的 Fluke ScopeMeter 190 系列 II 示波器樹立了更高性能標(biāo)準(zhǔn)。這些示波器擁有四個完全浮置的輸入通道，可用于研究可變速電機(jī)驅(qū)動器、三相電源、液壓定位、機(jī)械手系統(tǒng)以及其他復(fù)雜共業(yè)控制器。通過同時查看輸入信號、輸出信號和反饋回路并捕獲瞬變和反射，可將對這些裝置的故障排查大大簡化。從兩個通道提高到四個通道擴(kuò)大了這些堅(jiān)固儀器的使用范圍，甚至可以將它們帶回實(shí)驗(yàn)室中！但是，工作現(xiàn)場才是最新一代 ScopeMeter 示波器大顯身手的地方。

        新型四通道 ScopeMeter 示波器具有原來 190 系列熟悉的用戶界面，可以選擇 100 MHz 或 200 MHz 帶寬，是首款擁有 IP 51 防護(hù)等級的防塵防水示波器。這意味著您可以充滿信心地在條件惡劣的臟亂工業(yè)環(huán)境中使用它們。這些示波器也是第一種具有 1000V CAT III 和 600V CAT IV 安全等級的示波器。由于工業(yè)機(jī)器設(shè)備和功率電子電路通常固定安裝在 III 類和 IV 類工作環(huán)境中，所以對于福祿克來說，用戶安全是一個首要問題。因此，讓 190 系列 II 示波器及其探頭取得這些 IEC 61010 安全等級從一開始就沒有討論的余地。

創(chuàng)新的電能管理

        那么，福祿克是如何在不明顯增加尺寸、重量或功耗的情況下將 ScopeMeter 的功能加倍的呢？對于研發(fā)用的臺式示波器來說，帶寬和存儲器深度是主要的性能驅(qū)動因素；與此不同的是，手持式工業(yè)示波器需要創(chuàng)新的電能管理。這是因?yàn)?，ScopeMeter 示波器的防塵和防水密封外殼內(nèi)無法安裝風(fēng)扇和格柵，每次充電后電池提供的每一瓦特小時電能都用來延長示波器的工作時間。福祿克通過一種大規(guī)模定制集成電路解決了這一電源限制難題（另請參見專題“為實(shí)現(xiàn)單片手持式示波器而努力”）。

        190 系列 II 示波器上的另一個改進(jìn)是增加了一個電池蓋，便于方便地更換電池。原來的 190 ScopeMeter 示波器為了防塵和防水而省去了這個電池蓋，根據(jù)用戶的要求，190 系列 II 型示波器上提供了該電池蓋，為的是便于在工作現(xiàn)場更換電池。容量達(dá) 4800 mAh 的鋰離子電池可在一個工作班次（長達(dá) 7 小時）內(nèi)為 ScopeMeter 供電而無需充電，但有時需要更長時間才能將工作完成。因此，提供了可選的備用電池。

為何要將輸入通道隔離？

        用于分析高電壓的工業(yè)示波器需要完全浮置的輸入通道，這些通道相互隔離。這是為了保護(hù)用戶、被測試設(shè)備以及示波器本身。與 190 系列 II 示波器不同的是，臺式示波器上的輸入接地連接全部是公共連接并與電源接地端相連，這在使用高壓和低壓組合信號的情況下具有潛在危險(xiǎn)性。為了對眾多工業(yè)應(yīng)用中的浮動電壓進(jìn)行精確分析，也需要將各個通道隔離。使用光隔離和電隔離部件的組合（分別用于高頻和低頻信號）來取得完全浮置的輸入，這樣就可保證獲得真實(shí)的浮動讀數(shù)，并在不使用附加差分探頭的情況下為用戶提供保護(hù)。

用戶啟發(fā)的用戶界面

        傾聽用戶的意見也有助于福祿克在其他方面對最新型號進(jìn)行完善。典型的 ScopeMeter 用戶不是典型的臺式示波器用戶，因此像自動觸發(fā)這樣的功能倍受重視。原始 190 系列的用戶界面是在與用戶的交流中發(fā)展而來的，因此，190 系列 II 示波器保留了用戶所信任的熟悉布局，但具有一些精細(xì)的改進(jìn)，例如，按鍵帶照明，顯示屏更大和更加明亮。其他較小但值得一提的改進(jìn)包括一個可增加安裝形式的標(biāo)準(zhǔn)“三腳架”螺紋安裝件以及經(jīng)過改進(jìn)的手帶安裝形式。這是唯一的一款帶有便攜式 PC 上所用的那種 Kensington 鎖的儀器，為的是在進(jìn)行無人看管的測量時防止示波器被盜。

        除了硬件方面的改進(jìn)外，也對軟件功能進(jìn)行了量身定制，以便能更加方便地對工業(yè)設(shè)備進(jìn)行故障排查。例如，通過 100 個屏幕回放功能，用戶可以及時返回以查看快速瞬變或其他容易錯過的信號異常。自然也包括一些人們非常喜歡的功能，例如，用于瞬時觸發(fā)的 Connect & View? 功能、用于在較長時間內(nèi)進(jìn)行分析的 ScopeRecord? 功能以及用于對數(shù)據(jù)繪圖的 TrendPlot? 功能。ScopeMeter 與 PC 相連的方式也進(jìn)行了更新。190 系列 II 示波器將 USB 作為實(shí)際連接標(biāo)準(zhǔn)，帶有一個微型 USB 端口和一個用于連接存儲設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn) USB 端口。這樣就可更加方便地存儲或傳輸波形數(shù)據(jù)點(diǎn)、屏幕副本和儀器設(shè)置，并使用 FlukeView 軟件來下載波形、屏幕副本和儀器設(shè)置。這些 USB 端口也進(jìn)行了隔離，以免用戶和計(jì)算機(jī)受到可能與儀器相連的潛在危險(xiǎn)高電壓的傷害。

使用安全，可隨時應(yīng)對今天工業(yè)控制系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)

        一些因素使得擁有四個通道成為對工業(yè)示波器的一項(xiàng)要求，例如，功率逆變器在可再生能源（太陽能和風(fēng)能）領(lǐng)域中的使用不斷增加，在眾多工業(yè)應(yīng)用中使用可變速驅(qū)動器來降低能耗等。同樣，自動化部件（如 PLC、I/O 設(shè)備和傳感器）在核心工業(yè)應(yīng)用中的廣泛使用正在不斷擴(kuò)大故障排查人員的測量范圍。在這些應(yīng)用以及本文前面提到的那些應(yīng)用中，F(xiàn)luke ScopeMeter 190 系列 II 示波器可滿足人們不斷增加的對安全示波器的需要。

[專題  1]
基本技術(shù)的發(fā)展
當(dāng)福祿克早在 1991 年推出 ScopeMeter 90 系列示波器時，它就有效地創(chuàng)造了手持示波器這個類別，并重新定義了“移動”波形分析。在推出這款堅(jiān)固耐用、電池供電的儀器之前，便攜式示波器仍與相應(yīng)的臺式示波器緊密聯(lián)系。它們需要使用交流電源，重量很大，無法承受惡劣工業(yè)環(huán)境中的沖擊與震動。制造一臺堅(jiān)固化示波器的想法最初產(chǎn)生于在一個北海鉆井平臺上安裝和調(diào)試測量設(shè)備的一份合同，其中需要使用一臺示波器。需要在很短時間內(nèi)完成這項(xiàng)工作，因?yàn)殂@井作業(yè)每停止一個小時，就會產(chǎn)生數(shù)十萬美元的成本，在這樣一個不容出現(xiàn)差錯的工作場所使用一種易受損的臺式儀器，具有潛在的、代價(jià)十分高昂的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，在上世紀(jì) 80 年代，福祿克公司與飛利浦公司進(jìn)行聯(lián)合，協(xié)同開發(fā)手持式示波器，而低功耗的 LCD 平板顯示屏使得這種示波器無論在商業(yè)上還是在技術(shù)上均具有可行性。該示波器的設(shè)計(jì)是從一個與常規(guī)研發(fā)用臺式示波器不同的視角來完成的，因?yàn)楣I(yè)用戶是在一個完全不同的環(huán)境中使用示波器的。故障排查人員常常身處工作現(xiàn)場，身邊沒有交流電源，并且承受著讓裝置再次正常運(yùn)行起來的巨大時間壓力。幾乎沒有時間來設(shè)置量程和進(jìn)行觸發(fā)。這意味著一個容易學(xué)習(xí)和實(shí)用的用戶界面對于 ScopeMeter 的成功至關(guān)重要。自動觸發(fā)（尤其是在頻率非常低的信號上觸發(fā)）必不可少，這樣便產(chǎn)生了 Connect and View? 功能。按鈕必須在操作人員帶著手套時也能夠使用，當(dāng)然，儀器每次充電后必須具有合理的工作時間。

1997 年，原來的 90 系列中加入了緊湊型 120 系列，并在兩年之后由雙通道 190 系列取代。2001 年出現(xiàn)了彩色顯示屏，2010 年，最新型四通道 Fluke ScopeMeter 190 系列 II 示波器問世，將這種示波器的標(biāo)準(zhǔn)再一次提高。

 [專題  2]
為實(shí)現(xiàn)單片手持式示波器而努力
對于 ScopeMeter 示波器，福祿克不會在用戶安全、儀器堅(jiān)固性、電源管理和易用性等方面進(jìn)行任何折衷，因?yàn)檫@些對于工業(yè)示波器用戶來說至關(guān)重要。不過，從雙通道儀器升級到四通道儀器提出了一個有趣的挑戰(zhàn)。四通道需要四個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，并且它們將消耗比雙通道示波器更多的電能，然而，手持式示波器的能耗限制大約為 7 瓦。有趣的是，這種限制并不是源于對更長電池壽命的需要（雖然這是一個問題），而是源于工業(yè)環(huán)境中對防止塵土和水分進(jìn)入儀器外殼的需要。若要提供這種保護(hù)，就不能使用冷卻格柵或者通風(fēng)扇。

為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，福祿克采用了一種專用集成電路 (ASIC)。在單一芯片上集成的功能越多，電路的能量效率就越高。在由眾多芯片或分立元件制造而成的普通電子電路中，大量能量都損失在各個元件間的連接部分中。這種能量以熱量的形式散失，防塵密封外殼內(nèi)的電路就會變得很熱。集成還有一些其他優(yōu)點(diǎn)，其中包括堅(jiān)固性更高，因?yàn)橄斯δ苣K間的潛在信號惡化，并且減少了機(jī)械接點(diǎn)的數(shù)目。這兩個因素會引起沖擊或振動，因此是潛在的故障來源。減少元件數(shù)目會使產(chǎn)品更加可靠，并有助于使最終產(chǎn)品變得緊湊。雖然 ScopeMeter 190 系列 II 示波器還不是一個真正的單片式儀器，但它具有一個獨(dú)特的 ASIC，該 ASIC 集成了用于四個浮置通道以及四個萬用表、數(shù)字存儲器以及大部分處理電路的 ADC。從集成程度方面來看，它的設(shè)計(jì)或許是今年全世界范圍內(nèi)最為復(fù)雜的 10 種設(shè)計(jì)之一。如果沒有 ASIC，開發(fā)一款滿足 7 W 功耗限制、符合 IP 51 防護(hù)等級并且提供工業(yè)示波器用戶所需的性能的四通道 ScopeMeter 示波器將是極為困難的。