可提供各种功能的手持式示波器

2011-12-27 16:20:06来源: 互联网
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。
  • AEMC OX 7104-C(100 MHz,四通道,$5,995);
  • Fluke 199C(200 MHz,双通道,$2,999);
  • Agilent Technologies U1604A(40 MHz,双通道,$1,651);以及
  • Protek 860F(60 MHz,双通道,$1,686)。

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。

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编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1227/article_4281.html
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