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记录仪,数据采集仪

存储记录仪是虽不具备数字示波器的采样速度,但可以在没有隔离放大器的情况下用于多种信号而无需担心电位差的波形记录•存储仪器。

※点击标题会显示详细内容。

01.存储记录仪是什么?

▶ 存储记录仪的测量原理
作为波形观测装置具有代表性的有示波器、电磁示波器、笔式示波器(包括笔式记录仪),但随着数字技术的发展,模拟示波器被数字示波器取代,电磁示波器、笔式示波器被存储式记录仪(瞬态记录仪)取代。

这种存储式的记录仪就是存储记录仪。存储记录仪的基本结构如图1-1所示。由A/D转换器、数据存储器、波形显示部分、打印机以及控制这些的CPU构成。通过A/D转换器将输入的模拟信号进行数字转换,并将其保存在存储器中,作为波形进行显示或打印出来。
▶ 与模拟记录仪的比较
在此说明笔式示波器、电磁示波器等模拟记录仪被存储记录仪取代的理由。
笔式示波器是按输入信号的振幅比例运作伺服电机,移动记录笔进行记录的自动平衡式记录仪,具备几十Hz的响应速度,但因为是通过机械方式实现振幅的,所以响应速度有限,而且若是油墨式的,还需要进行维护保养。

接下来说到电磁示波器,它是使用高灵敏度的反射电流检测元件,根据输入信号的振幅振动,反射光源发出的光,照射在感光纸上进行记录的仪器。这种方式可以进行送纸速度200cm/Sec(5ms/cm)的高速记录,具备几kHz的响应速度,但是正因为高速,感光纸的运行成本以及反射电流检测元件的处理存在难点。

存储记录仪的记录打印部分采用了热敏点阵打印机(8点/mm的高分辨率),而且没有记录笔的工作部分,因此普遍可靠性高,而且采样速度具备20MS/s(50ns) 的高速响应。
另外,还带有丰富的触发功能,可以只导出所需的波形数据,从而抑制运行成本。而且不仅功能•性能提升,主机而变得低成本化,这些理由使得存储记录仪逐渐取代了电磁示波器、笔式记录仪。
▶ 存储记录仪各部分的名称•功能
配备有用于波形显示的彩色液晶屏以及用于打印的打印机。不论是显示还是打印都可按一定程度的信号速度进行实时绘制。(以超过10kS/s的采样速度在画面上实时显示)

采样速度最高为2MS/s,虽比数字示波器低,但其优点在于可以在没有隔离放大器或绝缘放大器的情况下用于多种输入信号而无需担心电位差。

存储数据可以保存在主机内置的SSD或CF卡、U盘中。
每个输入单元基本可以输入2CH,还有可以最大输入DC1000V(AC700V)的单元,还能够支持动态应变或热电偶、逻辑输入等单元的替换。

通过USB或LAN连接电脑可进行数据传送或远程操作。
▶ 存储记录仪的用途(与数字示波器、数据采集仪的区别)
现在,记录•波形观测装置分成三大类:高速领域的示波器、中低速领域的存储记录仪、低速领域的数据采集仪。至于如何来选择的话,可以根据所要测量的信号波形的频率或记录间隔来选择,或是测量回路上GND电位不同的情况下,根据输入信号的电压值等来决定。

数字示波器在观测高速现象方面是优先选择,但因为示波器通道之间共地,因此在测量回路中测量有GND电位差的地方或测量有强•弱电混合存在的机电一体化控制回路等的时候,可能会引起回路之间的短路或接地故障之类的事故。

存储记录仪的通道之间是绝缘的,因此可以在观测工频电源的AC波形同时进行DC控制系统的测量或是变频器、逆变器的输入输出之间的波形记录等,在前面所述的强•弱电混合回路方面的测量中发挥实力。

另外,由于提高了采样速度,具备了音频领域以上的f特性,通过后面所述的各种丰富的输入单元,还可进行机械•振动之类的物理测量。图1-6所示为各领域分类的信号波形的频率范围以及所对应的波形观测装置的范围。

02.数字示波器与存储记录仪的比较

▶ 不需要隔离放大器、绝缘放大器
存储记录仪和数字示波器的最大区别在于,输入通道之间以及主机与输入之间是否绝缘。

存储记录仪的输入通道都是绝缘隔离的。数字示波器或所谓的A/D转换电路都是输入通道与一侧接地的。

观测电路板上的电信号等情况时,因为是观测共地的多点信号,因此数字示波器比较适合,但如图2-1所示的同时观测功率转换器(变频器或逆变器)的输入和输入的情况时,如果用数字示波器,则会在内部发生短路。

在这种存在电位差的信号多点输入的场合,存储记录仪的作用异常重要。

为数字示波器的情况时,必须要借助隔离放大器或绝缘放大器来进行输入。
▶ 分辨率和精度的区别
分辨率是指对输入信号进行模拟•数字转换时的粒度。

为数字示波器的情况时,分辨率以8比特(256点)居多,打个比方假如是在±10V的量程下,最小可以读到的刻度值为满量程的20V除以256个点得到的0.078V。

存储记录仪的主流为12比特(4096点),在同样的条件下,可以读到的刻度值为0.0048V。分辨率为24比特的则可以读到0.000001192V的刻度值。
另外,精度的区别上也是存储记录仪比较有利,一般的数字示波器为±1%fs 〜 3%fs ,而存储记录仪则为 ±0.01%rdg±0.0025%fs 〜 ±0.5%fs。

设备的位移或振动等可通过传感器输出从而更细致的观看。
▶ 通道数多,支持多种信号
数字示波器一般都是4通道的,而存储记录仪根据机型不同,可以支持从2通道到54通道的信号输入。

除此以外,还支持多种信号,可替换输入单元。

有可输入电压DC1000V (AC600V)的模拟单元、可连接热电偶•应变计•加速度传感器的单元、可连接高精度电流传感器的单元等。

另外,不仅是信号输入,还有可进行函数信号发生或任意波形发生功能的信号输出的单元。

存储记录仪活跃于马达或变频器• 逆变器的电压、电流波形和控制信号混合记录、汽油机的畸变和点火波形记录等数字示波器无法实现的机电一体化领域。

03.存储记录仪的测量功能

▶ 存储记录仪的基本测量功能
用记录功能长时间记录变动的同时,在发生突发现象时用存储记录功能记录下来。

■FFT功能
频率分析功能,可把握振动等的频率成分。

■逻辑记录功能
除了模拟输入以外,还能够进行逻辑记录。通过数字•模拟混合记录,可以做到定序•时序等的测量。

04.触发功能

▶ 触发功能和触发类型
触发功能是存储记录仪的设置功能中很重要的一部分。进行高速瞬态记录时,用人的手去进行开始/停止是不可能的,而更为复杂的类型的开始/停止利用此触发功能则可以轻松完成。

以下介绍存储记录仪所具备的触发功能的相关内容。

存储记录仪的触发源类型如图4-1所示。除了手动触发以外,各触发源之间按AND/OR来进行触发。另外,模拟通道之间以及逻辑通道之间也分别可以各自按AND/OR的条件来进行触发。

■电平触发
输入信号超过或低于所设触发电平则触发成立。
另外,为防止由干扰引起的误触发,可设置触发滤波器。

■窗口内部触发
输入信号进入所设的上下限范围时触发成立。

■窗口外部触发
输入信号偏离所设的上下限范围时触发成立

■电压下降触发
工频电源(50/60Hz)专用的触发,可检测瞬间电压下降、瞬间掉电等。设置峰值(或有效值),输入信号低于这个值时触发成立。

■周期触发
偏离所设时间宽度时触发成立。可利用频率变动等进行触发。

■有效值触发
可利用有效值电平进行触发。

■逻辑触发
通过逻辑输入的逻辑类型进行触发。

■定时触发
在指定的开始时间以及停止时间内在每个指定的时间间隔进行触发。
开始   '00-1-1 0:00
停止   '00-1-2 0:00
时间间隔  1:00

■外部触发
通过外部信号进行触发。利用无电压接点信号以及5–0V的信号进行触发。另外,外部触发有输入和输出2个,可通过连接另一台存储记录仪进行输出,同步进行触发。

■手动触发
通过按下操作部分的手动触发键进行触发。
▶ 关于触发模式
利用下述模式设置测量结束后是否重复受理触发。

■单次(single)模式
仅受理1次触发,触发1次后仅记录这1次的记录长度后结束测量。

■连续(repeat)模式
连续受理触发。未触发时处于等待触发的状态。

■自动(auto)模式
连续受理触发。经过约1秒后未触发的情况下,自动按记录长度记录波形。
 
▶ 关于预触发
测量时,将设置记录长度的记录开始点作为0%,记录结束点作为100%,设置触发点处于%之几。通过设置这种预触发,可以确认到触发(故障•异常发生)之前的情况。

05.存储记录仪的使用方法•设置示例

▶ 行业领域类别的使用示例
1. 电气•电力相关领域
■电源分析(瞬间掉电、瞬间电压下降、电源干扰、谐波分析)
■电气控制系统故障分析
■断路器•磁截止特性分析
■漏电•接地故障回路检测
■发电机•负载断开试验
■电池充放电试验
■伺服电机•反馈系统分析
■磁卡回放信号分析等
■变频器输入输出分析

2. 汽车•电车•交通领域
■汽车•发动机控制试验
发动机燃烧分析、ECU信号分析、ABS、悬挂系统、导航系统、安全气囊、4WD、变速器、各种行驶振动试验、各种传感器信号分析等
■电车控制试验
各种电子控制试验、变频器马达控制试验、列车运行控制试验等。刹车特性、振动分析等。

3. 制造•机械领域
■钢铁•化学各种工厂控制分析
工厂各种工控信号分析、电磁阀等、控制系统异常分析。
■工厂设备维护保养、马达•轴承振动分析
■液压设备压力试验
■设备机械、固有频率的分析
■注塑机的各种控制分析
■旋转设备、异常诊断
■焊接电流测量
■各种自动化设备、异常分析

4. 维护•保养领域
■电梯加速度试验、电气控制异常分析
■各种旋转设备诊断

5. 其他
■材料试验(压缩、拉伸、负荷、振动、冲击试验等)
■医疗相关(心电波形记录、与各种ME设备组合的测量)
■建筑•土木(振动、冲击试验、物体的固有振动分析)
■化学(火药爆炸试验、压力分析)
▶ 直流电源的输入输出特性测量示例
目的:
测量电源开关接通后输出的上升时间。

要点:
利用电源开关ON时初级侧输入的上升沿进行电平触发。

1) 记录长度的设置
想要录2秒左右,所以设置100ms/DIV、Shot长度(记录长度) 20DIV。

2) 输入量程的设置
初级侧为AC100V,则P-P值为282V,因此通道1设为100V/DIV。次级侧为DC5V,因此第2个通道设为1V/DIV。

3) 触发条件的设置
开关ON则0→100V(rms),触发电平要设为0V以上的斜率↑。在此设为10V。

4) 预触发的设置
因为需要开关ON以后的数据,所以预触发设为10%。

5) 触发模式设置
仅一次因此设为单次(single)模式。

6) 记录打印的设置
想要在触发成立后自动开始打印时,在状态(设置)画面将自动打印设为ON。
想要自动保存到外部存储器时,选择各种媒介,选择保存格式的二进制格式或文本格式并设为ON即可。
另外,即使自动打印设为OFF,在画面上抓取到数据的话,之后也可以通过打印键进行记录的打印,因此此处设为OFF。

7) 等待触发设置
确认输入线的连接,按开始键。出现触发等待的显示即可。

8) 记录
接通电源开关。无误的话则波形数据抓取完毕后结束。
▶ 直流电源的输入输出特性测量示例2
目的:
测量电源开关接通后输出的下降时间。

要点:
利用AC电源的下降沿进行触发。用通道1的电平触发无法进行触发,因此使用峰值检测方式的电压下降触发,或者DC输出的电压电平的下降沿进行触发。另外,有线路用逻辑探头的情况下,可以使用输入的逻辑电平1→0进行触发的方法。
此处介绍使用电压下降触发的测量步骤。如果能够理解此电压下降触发,即可进行AC电源的瞬间掉电•瞬间电压下降的测量。

■利用电压下降触发的测量

1) 记录长度的设置
想要录5秒左右,因此设置500ms/DIV*10DIV。

2) 输入量程的设置
初级侧为AC100V,则P-P值为282V,因此通道1设为100V/DIV。次级侧为DC5V,因此第2个通道设为1V/DIV,显示设为ON。

3) 位置的设置
为不使通道1和2重叠,将零位设置在60%、10%附近。(获得数据后即使各通道重叠,也可在之后变更位置,因此重叠也无碍。)

4) 触发条件的设置
通道1选择电压下降触发,设为5V。

5) 预触发的设置
因为需要开关OFF以后的数据,所以将预触发设为10%。

6) 触发模式的设置
仅一次因此设为单次(single)模式。

7) 记录打印的设置
(与"直流电源的输入输出特性测量示例"相同)

8) 触发等待设置
连接输入线,按下开始键。出现触发等待的显示即可。

9) 记录
将电源的开关关闭。无误的话波形数据抓取结束。

※连接图与图5-1相同。

■利用线路用逻辑探头的测量
进行触发条件的设置变更以及逻辑通道显示的设置变更。其他与前面所述的设置相同。

1) 触发条件的设置
利用逻辑输入进行触发,因此要进行逻辑触发的设置。以chA1[0.×.×.×]4、chA1从1→0的条件进行触发。

2) 逻辑通道的显示
让通道显示画面中显示逻辑通道A1。

3) 之后的与前面项目设置相同。

通过这项应用,在定序控制回路等发生自保持回路被重置的故障时,可利用自保持回路电压的有无进行触发,对电源回路等进行故障分析。
▶ 马达的启动电流波形测量
目的:
通常用电流计等进行的测量无法测量瞬态的负载电流变动或启动电流等。但存储记录仪可以与钳形电流传感器搭配从而轻松的利用波形电平进行测量。

要点:
使用钳形电流传感器,用启动电流进行触发。使用转换比功能可直接读取电流值。所使用的钳形电流传感器为9018型。输出率为AC500A→AC200mV。另外,调出跟踪光标可测量最大值以及冲击电流的时间,最后使用参数运算功能求得最大值。

1) 记录长度的设置
根据负载设置不同,此处设为0.5秒,50ms/DIV下10DIV。

2) 输入量程的设置
所用钳形电流传感器的输出为AC200Mv,因此量程设为50mV/DIV,零位设为50%。

3) 转换比的设置
在系统的转换比设置画面上选择2点转换,如图5-12所示设置。转换比的有效•无效通过ENG设置,设为10的3次•6次单位,因此可按K•M•G单位读取。

电压   转换比2点数值       单位符号
HIGH 侧  0.2000E+00 → 5.0000E+02   [A]
LOW 侧  0.0000E+00 → 0.0000E+00

4) 预触发的设置
触发之后是必要的,因此设为10%。

5)~8)(与"直流电源的输入输出特性测量示例"相同。)

6)最大值运算的执行
在状态(设置)画面中选择参数运算并设为ON,指定仅通道1运算。因为有数据残留,将闪烁光标移到参数运算ON的地方,则功能键的GUI显示有执行键,按下它。在画面上即显示最大值的结果。