淺析多通道隔離示波器在浮動(dòng)測量中的應用

許多行業(yè)的技術(shù)人員和工程師在工作中常常需要對兩個(gè)或多個(gè)信號進(jìn)行浮動(dòng)測量，即測量各點(diǎn)之間沒(méi)有參考地電位的多端信號，這種測量通常也稱(chēng)為差分測量，被測量信號也稱(chēng)為差分信號。文章主要介紹了多通道隔離示波器在浮動(dòng)測量中的應用，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兩個(gè)或多個(gè)信號進(jìn)行浮動(dòng)測量，即測量各點(diǎn)之間沒(méi)有參考地電位的多端信號，這種測量通常也稱(chēng)為差分測量，被測量信號也稱(chēng)為差分信號。

為達到差分測量的目的，現有技術(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(jiàn)表一。

從上表看，傳統方法一般采用使接地系統無(wú)效的技術(shù);后端隔離方法，一般采用隔離變壓器的技術(shù)，人為地將信號公共線(xiàn)與地電位斷開(kāi);但這種技術(shù)會(huì )有一定的危險，因為它不僅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力，雖不會(huì )立即引發(fā)故障，但可能在將來(lái)引發(fā)電擊或火災等危險。(見(jiàn)圖1)

圖1采用斷開(kāi)地線(xiàn)的方法進(jìn)行浮動(dòng)測量對人和設備很危險

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)測量的方式。兩種探頭的接觸體都不需要接地，并且探頭系統作為一個(gè)整體與示波器的機殼接地端隔離。但是，它們對測量設備的成本和復雜性提出了新的要求;可能需要獨立的電源，并且其增益和偏差特征必須作為因數計入每次測量;配有差分探頭的示波器側重于性能和安全(帶寬、隔離)，犧牲了外形構造的優(yōu)勢，如可移動(dòng)性和成本。

近五年來(lái)，針對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)測量技術(shù)即中端多通道隔離技術(shù)(IsolatedChannel技術(shù))應運而生，使安全、經(jīng)濟、方便地進(jìn)行浮動(dòng)測量成為可能。

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)隔離通道的可現場(chǎng)使用的實(shí)驗室示波器。它的四個(gè)隔離通道輸入體系結構給“正”輸入和負基準導線(xiàn)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)不同于傳統的隔離技術(shù)，而是在測量系統的的中端，即示波器內部的電路結構發(fā)生了改變。(見(jiàn)圖2)

圖2傳統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)驗室數字存儲示波器，基本結構與傳統示波器一致，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(xiàn)與市網(wǎng)地線(xiàn)高阻抗隔離，同時(shí)在傳統示波器多功能的基礎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，打印機并口和CF卡驅動(dòng)器等集于一身。

3、多通道隔離示波器的應用

多通道隔離技術(shù)發(fā)展已基本成熟，以美國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)間內就在醫療設備維修、工業(yè)電源設計、電機功率分析等需要浮動(dòng)測量的領(lǐng)域應用開(kāi)來(lái)。

3、1在醫療設備維修中的應用

醫療設備與人性命休戚相關(guān)，在現代治療中，其作用越來(lái)越重要，越來(lái)越先進(jìn)，體積也越來(lái)越大，費用也越來(lái)越高，如何及時(shí)、安全、可靠地維修設備，成為各大醫療機構需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。TPS2000系列示波器小巧便攜，可用電池供電，大大提高了設備維修的速度。又因醫療設備大部分直接作用于人體，要求絕對安全接地，以防觸電;醫療設備又多是大型電子設備，對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，在醫療設備的維修中的優(yōu)越性就非常明顯。

3、2在工業(yè)開(kāi)關(guān)電源設計中的應用

在現在能源越來(lái)越緊張的情況下，如何減少能耗，提高產(chǎn)品的競爭力，已成為工業(yè)電源設計時(shí)考慮的重中之重，所以設計時(shí)隨時(shí)檢測功率及功率相關(guān)的參數，就突顯重要了。TPS2000具有相應的功率分析套件，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(kāi)關(guān)損耗(包括開(kāi)通，截止和傳導損耗)的分析，諧波失真測量達到50次，dv/dt和di/dt游標的，可大大縮短設計周期。

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(wú)功功率，功率因數，波峰因數，相位關(guān)系等

圖4用TPS2000進(jìn)行功率分析

3、在野外測量中的應用

此外，多通道隔離示波器在野外測量中的使用比較廣泛。一些工程師常需要去野外測量一些信號，而野外電源不方便，或者根本沒(méi)有，測量條件較差，該系列示波器提供了長(cháng)達八小時(shí)的電池供電解決方案及背光功能，解決了工程師測量中的問(wèn)題;同樣對衛星發(fā)射設備維護維修中的測量也大大提高了工作效率。

4、結束語(yǔ)

可見(jiàn)，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、準確、經(jīng)濟的多通道浮動(dòng)測量解決方案，并把人身和設備安全放在首位。在將來(lái)多通道隔離示波器的應用會(huì )越來(lái)越多，以滿(mǎn)足技術(shù)人員更復雜的測量。