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标题: 可提供各种功能的手持式示波器 [打印本页]
作者: admin    时间: 2014-10-12 13:22
标题: 可提供各种功能的手持式示波器
        手持式示波器（handheld oscilloscope）曾被认为是桌上型款式的小兄弟，但现在它们的性能水平大致上已经可与大哥哥们相匹敌，同时还增加了桌上型仪器所无法提供的电池供电作业和可移植性（portability）。为了找出这类仪器的致胜方式，我对下列四款价格差异很大的产品进行了一项全面性的评估。
        Tektronix 也有一款手持式示波器 THS730，但该公司决定不参加此次的评估。我以Agilent的20 MHz 的函数产生器Agilent 33220A来作为信号源。
        这四款型号示波器都有内建的数位万用电表（digital multimeter，DMM），并且都有示波器探针（probe）和 DMM 探针。除 Fluke 以外，其它款式的标准配置中都包括了通信缆线和软件。它们均能提供 RMS 电压、峰值到峰值（peak-to-peak）电压以及频率等测量。所有仪器都有某种形式的频谱分析功能，并且除 Protek 以外，其它的款式都带有一个数据记录器（data recorder）。
        Agilent 与 Protek 的这两款产品不仅在价格上相当，而且它们的韧体和软件也让我相信：它们的来源相同。因此我把它们列在一些，仅指出它们的相似处和差异性。
        对手持式示波器，有些东西的意义要高于桌上型仪器。例如，电池寿命、现场更换电池的功能，以及在日光下屏幕的可读性等，这些因素对桌上型示波器并没有太大的意义。
AEMC OX 7104-C



        AEMC 的 OX 7104-C 是市场上唯一的一款四通道手持式示波器。它有 12位的分辨率、100 MHz 的带宽，以及触控屏幕显示，这些让它可以在性能表列中名列前茅（图 1）。你最好需要可携能力（AEMC 还有一款 3995 美元的双通道版本），才能证明其 5,995 美元价格的合理性。否则，你能找到很多性能和价格都差不多的桌上型示波器，不过，与 AEMC 的 12位分辨率相比，它们基本上都只有 8位的分辨率。

        OX 7104-C 最突出的物理（physical）特性是它的触控屏幕和探针。探针缆线透过永久连接的适配器接到示波器的上方。只要你接上探针，仪器就会知道，它并且会检测探针的衰减等级。探针可提供就近照明（handy light），此一照明可透过探针把手上的一个按键来进行控制。
        AEMC 的交流主适配器很大，但电源是在内部（inline）。因此，它的标准交流插头只占电源插座盒（power strip）上的一个位置。电源线（power cord）的示波器端有一个四脚插头，它看起来似乎能以多种方式插入。但所幸不是这样。
        你也可以用独立的适配器，它提供连接缆线用的 BNC 插座。我用一个适配器将一台函数产生器连接到示波器上。其它适配器提供了用于 DMM 探针的香蕉插座（banana jack）。它很好用，因为你能够将多个通道混合与匹配，从而将示波器探针、DMM 线，或一些配件（如电流探针）连接到任意通道上。本次评估中的所有其它示波器都有两个示波信道和一个 DMM 信道。
        触控屏幕可以让你不用按键就可以操作仪器，不过按键排列得很整齐。如果你用触控笔，可以有一种以上的方式来启动某一功能。例如，可以轻点屏幕上信道的彩色框或透过菜单来改变一个信道的配置。不用时，触控笔可以放在机壳的背面。
        AEMC 的手持式示波器带有一个谐波分析仪，是为电源质量分析而设计的，覆盖范围为40 Hz 到 450 Hz。在低电压时，直到 5 kHz 我都能获得可靠的结果。我用一个正弦波和一个方波来对分析仪进行测试，如我所预料的那样，只看到了正弦波的基波和方波的奇次谐波。
        谐波分析仪可显示到一个信号频谱的第 30 阶谐波，每个谐波下面有一个检查方框（check box）。点击该方框就可以显示该谐波的波幅与相位信息。屏幕亦可显示信号的 RMS 波幅和总谐波失真。
        AEMC 的 SX-Metro 软件可以将 OX 7104-C 的数据输入到一台 PC，并远程控制示波器的工作（在示波器模式）。我先用 RS-232 连接，PC 很快识别出了示波器。而用可选的以太网连结时情况却不同。我必须进入 SX-Metro 的 Options 功能选单之中，修改 IP 地址，以便与示波器相匹配。我的 PC 上不断出现通信错误，因此我还是回头去用 RS-232 来进行软件评估。
        如要对PC 传送一幅屏幕影像，就必须使用示波器的档案管理员。我发现它的用法不清楚，要多次尝试后才会明白。我还发现，通信缆线的插头很难插。你必须按住插头的释放键，才能插入插座，不仅如此，接下来还必须轻微地摇动插头，以确保连接牢固。如果推的力气太大，可能会弄坏夹子。另外，要小心用于通信和电源接头的塑料盖弹起，不过盖子是连接到设备上的，所以不会遗失。
        AEMC OX 7104-C 是一款强大的仪器。它的带宽和分辨率都足以成为很多桌上型示波器的替身，并且它还有独一无二的能力，即将其四个通道来与示波器与 DMM 输入进行混合和匹配。虽然该仪器有一些怪癖，尤其是在储存供 PC 下载的档案时，并且它的价格似乎过高。
Fluke 199C ScopeMeter


        Fluke 199C ScopeMeter 的价格只有 AEMC 的一半，但却将近是Agilent 和 Protek 产品的两倍，在这批仪器中它有最高的带宽（200 MHz），以及最高的采样率：2.5 Gsamples/s（图2）。Fluke 是手持式示波器市场的提倡者，而 199C 距最初的 ScopeMeter 已经有了相当大的进步。与其先前的产品比较，199C 好用多了。虽然按键靠得有点近，但排列整齐，且四个软键（soft key）也易于理解。
        在这四款评估的产品中，它的屏幕是最大的。室内使用时明亮清晰，但塑料盖反光太强，在室外无法看清扫描线。示波器左侧有一个提带，不过提带也可以移到右侧，这让它成为这四款机型中唯一一款适用于左撇子的机型。不过移动提带后会盖住通信埠。Fluke 示波器亦带有最坚固的支架，也是唯一一款有提带，可以悬挂使用的机型。
        ScopeMeter 有两个专用按键，分别标着“Zoom”（缩放）和“Replay”（回放）。缩放键可将 time/div 减半，这样就能快速地将波形放大 2 倍。回放键给出了一个过去的链接，可以按逆时间顺序查询最后 100 个的屏幕显示。当退出回放功能时，数据就遗失了，因为示波器要开始继续记录另外100 个屏幕的数据。
        Fluke 记录器的功能很突出。它有三种模式，其中两种用于示波器，而不只是用于 DMM。示波器的趋势图（trend plot）可以用于记录一些测量值，如 Vpk-pk、VAC、上升时间和频率。我用它来记录 Vpk-pk 和频率，因为它们在函数产生器上很容易改变。Scope Record 选项可以将一长串示波器的撷取存到设备的内存中。DMM 记录器可以绘出某个选定的 DMM 测量。我选择的是 VRMS，并产生一份趋势图。
        趋势图可以让你看到一个信号的长期变化。199C 会一直记录数据，直到填满内存，然后会压缩数据以释放出一半内存，于是使设备的容量加倍。记录的大小为每一输入 27,000 个点。你可以设定仪器为当内存满时停止记录，并且可以用 time/div 键增加或减小 time/recorder 屏幕。
        FlukeView 软件可以从仪器的屏幕获得一张快照（snapshot），但它并不能提供实时的示波器更新。它还提供该仪器的有限在线控制（limited online control），前提是你能从程序的 Instrument 菜单中发现此一功能。你可以改变模式（示波器、仪表、记录器），并且可以取消（recall）设置。可以用记录器实时捕捉 DMM 的测量，以及将设置、打印，和日志数据储存到 PC。另外还可以在第一次下载一个波形后，获得一个输入信号的频谱。
        Fluke 199C 是一款功能强大的手持式示波器。如果你是左撇子，它是你唯一的选择。在电气应用中，你经常需要腾出双手，此时提带就很有用了。该软件擅于下载数据，以便进行离线的保存和分析。也许唯一的不足之处是高度反光的屏幕盖。
Agilent 与 Protek 的设备

        由于这两款仪器拥有惊人的相似之处，不可能只提到一款而忽略掉另一款。因此，我先讨论一下它们的相似之处，然后再指出两者的差别。
        这两款仪器的使用者接口都使用了四个软键和一个转盘（wheel）。（我发现 Protek 的转盘容易旋转，而 Agilent 的困难些，经常需要用上两只手。）软键可用来设置参数，如示波器的垂直和水平刻度尺、触发、测量功能、算术及实用程序（utility）等。有一款实用程序可以打开或关闭用于闪存的仪器 mini-USB 连接端口和标准 USB 埠。但必须到工具菜单中找寻才能发现打开 USB 埠的设置。在 USB 关闭时，无法进行通信或访问（access）闪存。

        测量功能包括峰值到峰值、RMS、频率、上升时间和下降时间。进行测量时先按一下相对应的软键，并用转盘浏览各个选项。算术菜单可以用于选择 FFT 以及滤波窗口（Hamming、Hanning、Blackman 或矩形），并且可以在屏幕上实时获得频谱图。

        按下Meter 键，会出现一个有三个软键选项的空白屏幕：Volt Meter（电压表）、Ohm Meter（奥姆表），和 Aux Meter（辅助表）。按辅助表（F3）键，可以选择温度、电流、湿度和压力。对电压表而言，你可从其中选择 AC/DC、最小/最大以及相关的测量。要回到其它电表功能时，必须按 Meter 键，这样就回到最上面的 Meter 菜单；这里没有“back”（返回）键。按奥姆表键可以测量电阻、二极管、连续性（continuity）和电容。（不过我还没有找到藏在奥姆表中的电容。）你可以重复按 F1 键来进行选择。

        Agilent（图 3）与 Protek（图 4）使用者接口唯一一项明显的区别是发生在进入 DMM 模式时的屏幕画面。Agilent 屏幕画面说明了 Meter 功能，而 Protek 屏幕则是一片空白，然后显示软键的功能。
        两台仪器都可以将屏幕和波形数据储存在USB随身碟上。你可以将屏幕存成绘图格式，以便用来输入到报表，也可以将数据存成文字格式，以便汇入到 Excel 或其它软件之中。另外也可以把屏幕存成可以用 PC 软件打开的专有格式。
        两款仪器上的 PC 软件也极其相似，都正好在水平标尺（time/div）标志的“Horizon”字上。该软件可以让你完全控制仪器，并实时获得屏幕更新。它还可以让你检视测量参数、以数字形式储存波形，以及撷取屏幕。一旦完成软件安装，并打开每 一部仪器的 USB 功能，就能点击虚拟的（virtual）电源键，建立通信。
        但还是要说明一下两者在硬件、韧体和 PC 软件上的差别。Agilent 提供用于垂直与水平屏幕设置的按键。Protek 则是让所有的设置修改都是透过菜单来完成的。Agilent 使用彩色屏幕，而 Protek 的屏幕则是黑白的，而黑白屏幕在阳光下要比Agilent、AEMC 和 Fluke 的彩色屏幕来得容易阅读。Protek 机型比 Agilent 多出 20MHz。两家公司均提供 20MHz 和 40 MHz 的机种，而 Protek 还提供一款 60 MHz 的型号。Agilent 带有用于记录DMM 测量结果的记录器功能。Protek 没有这项功能。
        其它的物理性差别还有：只有Agilent 有提带。两台仪器都有皮套，但Protek 的比较松。Protek 也是四台仪器中唯一一款可以安装任何 AA 电池的机型，这意味着你可以在任何地方买到备用电池。其它机型则要求你购买专用的电池组。Protek 的支架设计要求使用者推及拉，以便将其锁定在固定的位置上。当我第一次尝试要收起支架时，几乎把它弄坏掉。
        虽然两台仪器的示波器BNC 接口都装在上方，但 Agilent 的外壳使连接器凹进去。这使得探针难以连接和锁定，除非你的手指特别细。
        Protek 的电源键则带给我一些问题。它有些紧。我每次开关仪器时，都必须用手指甲将它拉出来。我第一次关机时，这个按键整晚都卡在那里，直到耗尽电池的电。
        尽管PC 的软件（Agilent PC Link 和 Protek WaveLink）几乎相同，但安装过程却有差别。对 Protek而言，只需要执行 Setup 程序，就很容易地把驱动程序和示波器应用程序安装好。一旦启用 USB 端口后，与仪器的通信就变得简单的多了。
        Agilent 则要求分开安装驱动程序。开始时，我没有办法让 Agilent U1604A 与 PC 通信。我觉得问题出在 Protek 驱动程序上，因为它使用了与 Agilent 相同的档案。在与 Agilent 的技术支持工程人员经过几次电话沟通和 e-mail的往返后，问题也没有解决。解决办法是：把PC 的硬盘重新格式化（reformat），将所有的 Protek 驱动程序移除。即便如此，Agilent 的安装也不好使用。很容易出错，使 PC 无法与示波器通信。
        由于 Agilent U1604A 和 Protek 860F 的作业和价格是如此的相似，只能根据微小的差异作出选择。如果你需要 PC 连接功能，就选 Protek 吧，除非 Agilent 能更新自己的软件安装程序。如果你需要可以在现场更换的电池，或者需要多出的 20 MHz 带宽，那么也应该选择 Protek。如果重视的是示波器基本设置按键、记录器功能、彩色屏幕或提把，那就该选 Agilent 的产品。
作者简介

Martin Rowe是EDN杂志的姊姊刊物Test & Measurement World杂志(www.tmworld.com)之高级技术编辑。



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