Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2011 №12

Японские цифровые осциллографы и регистраторы корпорации Yokogawa

Дьяконов Владимир


Японская корпорация Yokogawa Electric Corporation ведет свою историю с 1915 года. Тогда архитектор Тамисуке Иокогава (Tamisuke Yokogawa) открыл в Токио исследовательский институт электроизмерительных приборов, что надолго определило профиль фирмы. В 1955 г. было подписано соглашение о техническом сотрудничестве с фирмой Foxboro (США), а в 1963 г. совместно со знаменитой фирмой Hewlett-Packard в Я понии была основана компания Yokogawa-Hewlett-Packard, Ltd., которая в 1995 г. была переименована в Hewlett-Packard, Ltd. Сейчас Yokogawa Electric Corporation по выпуску электронных осциллографов занимает четвертое место в мире, уступая лишь американским конкурентам Tektronix, Agilent Technologies и LeCroy. Однако в литературе возможности и особенности осциллографов фирмы Yokogawa не отражены, и данная статья восполняет этот пробел.

Обзор осциллографов корпорации Yokogawa

Корпорация Yokogawa выпускает осциллографы необычного дизайна, как правило, с опцией встроенного принтера и расширенными возможностями по отображению сложных (в том числе смешанных) сигналов. Цифровые осциллографы серии DL представляют собой широкополосные и многофункциональные измерительные приборы, которые могут отображать на экране в режиме реального времени электрические сигналы в широком диапазоне частот: от постоянного тока до 1,5 ГГц. Эти приборы могут быть полезны не только при измерении электрических процессов, но и при исследовании физических, химических и биологических явлений, преобразованных в электрические сигналы. Более широкополосные приборы других фирм описаны в [3].

Основные преимущества цифровых осциллографов DL:

  • Запись данных, предшествующих срабатыванию запуска записи.
  • Наблюдение одиночных событий.
  • Большой объем памяти осциллограмм.
  • Математическая обработка сигнала в режиме реального времени.
  • Интерфейсы связи с ПК: SCSI, GP-IB, RS-232, Centronics, Ethernet, USB.
  • Встроенный принтер.
  • Запись данных на внешний носитель: 1,44″ диск, ZIP-диск, флэш-карта, магнитооптический диск, встроенный жесткий диск.
  • Минимальное разрешение: 1 мВ/дел.

В таблице 1 приведены данные некоторых широко распространенных (в том числе на российском рынке) осциллографов корпорации Yokogawa.

Таблица 1. Параметры некоторых осциллографов серии DL корпорации Yokogawa

Параметр Серия DL
1620 1640 (L) 9040 (L) 1720Е 1740Е (L) 9140 (L) 9240 (L) 7440 7480
Полоса частот, МГц 200 200 500 500 500 1000 1500 500 500
Частота выборки / эквивалентная частота, Гвыборок/с 0,2/50 5/2500 1/100 5/2500 10/2500 2/100
Каналов аналоговых 2 4 4 2 4 4 4 8
Каналов логических Нет 16 (опция) 16 (опция)
Память, Мточек 8 8 (32) 2,5 (6,25) 1 2 (8) 2,5 (6,25) 4, 16
Разрешение, бит 8–13
Чувствительность, В/дел. 0,002–10 0,002–5 0,002–10 0,002–5 0,002–10
Погрешность измерения уровня, % 1,5
Диапазон временной развертки 2 нс/дел. – 800 с/дел. 500 пс/дел. – 50 с/дел. 1 нс/дел. – 50 с/дел. 500 пс/дел. – 50 с/дел. 1 нс/дел. – 50 с/дел.
Погрешность опорного генератора, ррm 50 10 50 10 50
Прикладные программы измерений I2C + SPI Power supply Analysis
Комплект поставки Сетевой кабель, пробник (по 1 шт. на канал), руководство пользователя, крышка передней панели
Экран TFT, 6,4″, цветной TFT, 8,4″, цветной TFT, 6,4″, цветной TFT, 8,4″, цветной TFT, 8,4″, цветной
Интерфейсы RS-232, GP-IB + USB (опция), Ethernet + USB (опция) GP-IB (NI PCMCIA-GPIB card), USB, Ethernet (опция), PC card GP-IB, USB, Ethernet (опция) GP-IB (NI PCMCIA-GPIB card), USB, Ethernet (опция), PC card SCSI (опция), GP-IB, USB, Ethernet (опция)
Габариты, мм 220×266×224 350×200×178 220×266×264 350×200×178 373×211×355
Масса, кг 3,9 6,5 6 6,5 10

Осциллографы серии DL 9000

Корпорация Yokogawa, в отличие от своих главных конкурентов (Tektronix, Agilent, LeCroy), не выпускает осциллографы с полосой частот исследуемых сигналов более 1,5 ГГц. Это связано с тем, что цена таких приборов достигает заоблачных высот, и массовой потребности в них нет. Наиболее высокочастотными являются приборы DL 9240 с полосой частот 1,5 ГГц. Выпускаются также осциллографы DL 9040 и DL 9140 с полосой частот исследуемых сигналов 0,5 и 1 ГГц. Внешний вид приборов этой серии показан на рис. 1. Приборы имеют только аналоговые входы.

 Внешний вид осциллографа DL 9240 корпорации Yokogawa

Рис. 1. Внешний вид осциллографа DL 9240 корпорации Yokogawa

Осциллографы этой серии имеют очень высокую эквивалентную частоту выборок — до 2500 Гвыборок/с, что позволяет с малыми искажениями наблюдать перепады с длительностью порядка 1 нс и меньше. Длина записи на канал составляет 2,5/6,25 Мслов, при этом возможна запись данных, предшествующих запуску развертки. Скорость обновления данных достигает 25 000 форм сигналов/с на канал. Возможен просмотр и анализ до 2000 последних форм сигналов после окончания сбора данных.

Хотя приведенные параметры ныне далеки от рекордных для приборов такого класса ведущих фирм мира, осциллографы обеспечивают простоту захвата и выделения аномалий исследуемых сигналов с сохранением данных до момента запуска. Они имеют большой набор режимов синхронизации для обработки сигналов сложной формы, универсальные функции масштабирования и поиска и функцию длительного «аналогового послесвечения» (Dot Density Display), а также могут проводить курсорные и автоматические измерения. Возможны опции анализа интерфейсов последовательной передачи данных I2C, SPI, CAN, LIN и анализа источников питания (опция), есть также опция установки встроенного принтера и жесткого диска.

Вид экрана осциллографов этой серии показан на рис. 2. В данном случае отображается симметричный прямоугольный импульс (меандр), искажаемый встроенными фильтрами низких частот: граничная полоса фильтров выбирается из меню в правой части экрана.

 Экран осциллографа серии DL 9000  при отображении меандра,  обработанного встроенными фильтрами

Рис. 2. Экран осциллографа серии DL 9000 при отображении меандра, обработанного встроенными фильтрами

С помощью опций осциллографы позволяют исследовать сложные сигналы, например от различных шин. На рис. 3 дан пример исследования сигналов шины I2C.

 Пример исследования сигналов шины

Рис. 3. Пример исследования сигналов шины I2C

Приборы оснащены различными интерфейсами для работы с персональным компьютером (ПК):

  • Разъем USB-шины типа А интерфейса связи с периферийными устройствами: 2 порта на передней панели.
  • Интерфейс платы PC-card: 2 порта.
  • Подключение USB-PC типа В (розетка): 1 порт.
  • Ethernet (опции): разъем RJ-45 — 1 порт.
 Работа с программным модулем анализа источников электропитания

Рис. 4. Работа с программным модулем анализа источников электропитания

Осциллографы корпорации Yokogawa предусматривают установку опции — встроенного принтера. Внешний вид прибора со встроенным принтером показан на рис. 5. Принтер обеспечивает оперативную распечатку содержимого экрана (или только осциллограмм), что очень полезно при подготовке отчетов по научным исследованиям или по результатам испытания тестируемых компонентов.

 Осциллограф Yokogawa со встроенным принтером

Рис. 5. Осциллограф Yokogawa со встроенным принтером

Осциллографы смешанных сигналов DL 9000

Отдавая дань появлению на современном рынке осциллографов смешанных сигналов (аналоговых и логических совместно), Yokogawa выпустила серию осциллографов высокого класса DL 9000L (рис. 6). Основные технические характеристики этой серии осциллографов представлены в таблице 2. Все эти осциллографы имеют 4 аналоговых канала и 16 или даже 32 канала для логических и цифровых сигналов с заданными уровнями логических перепадов.

 Внешний вид осциллографа смешанных сигналов Yokogawa DL 9700L

Рис. 6. Внешний вид осциллографа смешанных сигналов Yokogawa DL 9700L с логическими пробниками

Таблица 2. Технические характеристики осциллографов смешанных сигналов серии DL 9700L

Тип прибора DL9710L DL9705L DL9510L DL9505L
Число каналов 4/16 4/16 4/32 4/32
Полоса частот, ГГц 1 0,5 1 0,5
Максимальная тактовая частота, МГц 250
Максимальная частота выборки, Гвыборок/c 5
Память, Мслов 6,25
Габариты, мм 350×200×285
Вес, кг 8

Осциллографы серии DL 9000 имеют обширные возможности для совместной работы с персональными компьютерами и необходимое программное обеспечение для этого. Они могут работать с мощной матричной системой MATLAB фирмы The Math Works [45] — одной из лучших систем для создания и обработки сигналов различной формы, имеющих средства для связи с измерительными приборами (в частности, с цифровыми осциллографами) и дистанционного управления ими. Специальная программа Viewer 1 позволяет выводить наблюдаемые осциллографом сигналы (как аналоговые, так и цифровые — рис. 7) без ограничений, связанных с размерами экрана осциллографа.

 Просмотр сигналов с осциллографов  серии DL 9000

Рис. 7. Просмотр сигналов с осциллографов серии DL 9000 на экране дисплея ПК

Осциллографы смешанных сигналов DL 7000

Серия осциллографов смешанных сигналов DL 7000 представлена 500-МГц моделями с 4 и 8 аналоговыми каналами. В мире выпускается очень немного осциллографов с числом аналоговых каналов выше 4, так что в этом классе приборов осциллограф Yokogawa DL 7480 (рис. 8) уникален.

 Осциллограф серии DL 7480 фирмы Yokogawa

Рис. 8. Осциллограф серии DL 7480 фирмы Yokogawa

Осциллографы этой серии для работы со смешанными сигналами опционально снабжаются 16-разрядным адаптером и пробником (рис. 9). Они могут также оснащаться встроенным принтером для распечатки осциллограмм. Внешний вид такого осциллографа показан на рис. 9. Для хранения осциллограмм и настроек прибора используется накопитель на гибком диске, в наше время заменяемый модулями флэш-памяти.

 Осциллограф серии DL 7480  с опцией смешанных сигналов и встроенным принтером

Рис. 9. Осциллограф серии DL 7480 с опцией смешанных сигналов и встроенным принтером

Осциллографы DLM/DL 6000

Новая серия осциллографов DLM/DL 6000 включает 4-канальные модели с полосой частот 0,5, 1 и 1,5 ГГц, а также модели для исследования смешанных сигналов с 16- и 32-разрядными логическими входами. Внешний вид осциллографов этой серии представлен на рис. 10.

Осциллограф серии DLM/DL 6140

Рис. 10. Осциллограф серии DLM/DL 6140

У этих приборов на передней панели уже есть разъемы для универсальной последовательной шины USB, позволяющие подключать к ним модули флэш-памяти: во-первых, их удобно применять, а во-вторых, у них большая емкость памяти.

Осциллографы DL 1700

Два 500-МГц осциллографа — DL 1720E и DL 1740E — отличаются лишь числом аналоговых каналов: их 2 и 4. Внешний вид осциллографа Yokogawa DL 1740E показан на рис. 11. Входов для логических сигналов у этих приборов не предусмотрено. Для сохранения осциллограмм и настроек прибора используется накопитель на гибком диске.

Осциллограф Yokogawa серии DL 1740E (вид спереди)

Рис. 11. Осциллограф Yokogawa серии DL 1740E (вид спереди)

Осциллографы DLM 2000

В серию DLM 2000 входят осциллографы смешанных сигналов среднего класса с полосой частот 200, 350 и 500 МГц. Это небольшие приборы оригинального внешнего вида (рис. 12) с большим экраном (21 дюйм по диагонали), размещенным над панелью управления. В большинстве случаев такая конструкция обеспечивает более удобное расположение осциллографа на рабочем столе: он занимает меньшую площадь.

Осциллограф Yokogawa серии DLM 2054

Рис. 12. Осциллограф Yokogawa серии DLM 2054

Большой размер экрана этих осциллографов позволяет разместить на нем несколько окон с представлением в них различных графиков (осциллограмм). Например, на экране, показанном на рис. 12, одновременно построены осциллограммы сигналов с аналоговых входов, осциллограммы сигналов с логических входов, два параметрически заданных графика (фигуры Лисажу) и спектр одного из сигналов.

Осциллографы DL 1620/1640

Два 200-МГц осциллографа (DL 1620/1640) (рис. 13) имеют, соответственно, два и четыре канала для аналоговых сигналов. Эти приборы отличаются большим объемом памяти (8 Мбайт, а в DM 1640L она расширяется даже до 32 Мбайт). Возможно их питание от блока батарей. Это самые легкие из осциллографов Yokogawa: их вес меньше 4 кг. А площадь основания корпуса не превышает площади листа писчей бумаги формата А4.

Осциллограф Yokogawa серии DL 1640L

Рис. 13. Осциллограф Yokogawa серии DL 1640L

Для хранения данных используется встроенный дисковод для PC-карт или ZIP-дисков, опционально предусмотрена поддержка USB и Ethernet, есть цифровой фильтр реального времени. TFT ЖКД дисплей с размером по диагонали 6,4 дюйма имеет широкий угол обзора.

Осциллографы-регистраторы класса DL 750 Scope Corder

Большинство современных цифровых осциллографов выполняет функции регистраторов — приборов, запоминающих и регистрирующих большое число отсчетов сигналов. Как правило, частота взятия отсчетов у таких приборов невелика, но зато время регистрации значительно и может достигать многих часов и суток. Память приборов должна быть достаточно большой, чтобы длительно хранить зарегистрированные данные.

Корпорация Yokogawa выпускает ряд таких приборов под обобщенным названием Scope Corder. Одним из первых приборов этого класса является осциллограф-регистратор DL 750 Scope Corder, внешний вид которого показан на рис. 14. Прибор регистрирует достаточно скоростные процессы, вплоть до звуковых заметок. На его основе созданы и другие серии таких приборов.

Осциллограф Yokogawa серии DL 750 Scope Corder

Рис. 14. Осциллограф Yokogawa серии DL 750 Scope Corder

Осциллограф-регистратор DL 750 имеет очень четкий цветной SVGA жидкокристаллический дисплей большого размера (10,4 дюйма), позволяющий наблюдать одновременно 16 аналоговых и 16 логических сигналов (рис. 15). Общий объем памяти прибора достигает 1 Гслов. 12-разрядный АЦП со скоростью кодирования 10 Мвыборок/c позволяет получать высокое качество изображения многих сложных сигналов, как на экране дисплея, так и на бумаге, при распечатке принтером. Для хранения данных используются накопители на гибком диске, PC-карте и встроенном жестком диске емкостью 20 Гбайт.

Экран дисплея осциллографа-регистратора DL 750 Scope Corder

Рис. 15. Экран дисплея осциллографа-регистратора DL 750 Scope Corder

Осциллограф оснащен принтером с шириной печати 200 мм с разрешением при печати 1600 dpi. Пример стандартной распечатки на листе бумаги формата A4 представлен на рис. 16. Возможна также распечатка длинных последовательностей сигналов вдоль бумажной ленты (отсюда происходит название Corder — регистратор длинных «нитей»). Специальная функция GigaZoom позволяет нажатием одной кнопки выполнить отображение или распечатку большого пакета данных размером в 1 Гслов.

Пример распечатки принтером данных осциллографа-регистратора

Рис. 16. Пример распечатки принтером данных осциллографа-регистратора

Есть и специальные функции печати, например распечатка изображений, полученных от двухкоординатного самописца (рис. 17). Этими возможностями обладают и последующие серии этих приборов. Функция регистрации разнообразных зависимостей очень полезна при применении осциллографов-регистраторов в промышленности, для хранения результатов работы сложных технических систем и устройств.

Пример организации печати

Рис. 17. Пример организации печати параметрически заданных графиков

В архитектуре DL 750 Scope Corder есть ряд новшеств. Прежде всего это относится к введению шести каналов цифровой обработки аналоговых сигналов (рис. 18). Это позволяет организовать 6 дополнительных каналов, представляющих результаты сложной цифровой обработки сигналов. Можно автоматически измерить ряд параметров сигналов и задать математические операции, которые нужно выполнить по отношению к этим параметрам.

Архитектура канала ЦОС DL 750 Scope Corder

Рис. 18. Архитектура канала ЦОС DL 750 Scope Corder

Осциллограф-регистратор DL 850

Еще один осциллограф-регистратор серии DL 850 показан на рис. 19. В стандартном исполнении модель DL 850 является усовершенствованной версией регистратора DL 750. Модель DL 850V включает несколько дополнительных функций специально для применения прибора в разработке и исследовании автомобильных устройств и систем.

Осциллограф Yokogawa серии DL 850 Scope Corder

Рис. 19. Осциллограф Yokogawa серии DL 850 Scope Corder

У новых приборов значительно увеличена производительность. Максимальная частота выборки — 100 Mвыборок/с. Это в 10 раз быстрее, чем у Scope Corder DL 750. Модели DL 850 и DL 850V имеют 128 каналов, что тоже в несколько раз больше, чем у предыдущей модели. Удвоена максимальная емкость памяти — до 2 Гслов, а также значительно увеличена скорость обмена данными с ПК.

Большой выбор сменных дополнительных модулей. Всего доступно 15 сменных модулей, включая новый высокоскоростной модуль напряжения, многоканальный модуль напряжения, модуль дополнительных логических входов и модуль мониторинга шины CAN (для модели DL 850V). Эти модули подходят для широкого спектра измерительных задач, например высокоскоростной оцифровки, высоковольтной развязки и при многоточечных измерениях. Для подключения модулей используются отсеки и разъемы на правой (рис. 20а) и левой (рис. 20б) стенках корпуса. Это устраняет загромождение ими передней панели приборов.

Осциллограф-регистратор DL 850

Рис. 20. Осциллограф-регистратор DL 850: а) правая стенка корпуса; б) левая стенка корпуса

Шина передачи данных CAN широко применяется в автомобильном транспорте и промышленных системах для связи датчиков и модулей управления электронными устройствами ECU (electronic control units). Новый модуль мониторинга шины CAN позволяет осциллографам DL 850V визуализировать обмен данными по CAN, проводить мониторинг сигналов датчиков и видеть их взаимодействие с другими сигналами управления. Этот модуль помогает в разработке и модернизации всех видов транспортных средств, а также бытовой и промышленной электроники с использованием технологии CAN.

Осциллограф-регистратор SL 1400

Осциллограф-регистратор Yokogawa серии SL 1400 Scope Corder (рис. 21) имеет встроенные дисководы для FDD, ZIP и PC-карт. В приборы этой серии встроен жесткий диск 30 Гбайт (диск на 40 Гбайт — опция). Предусмотрены модули измерения частоты, ускорения, напряжения и т. д. Опционально предусмотрены питание от источника постоянного тока с напряжением 12 В и оснащение прибора принтером.

Осциллограф Yokogawa серии SL 1400 Scope Corder

Рис. 21. Осциллограф Yokogawa серии SL 1400 Scope Corder

Основные характеристики SL 1400 Scope Corder:

  • Одновременное измерение и анализ до 16 аналоговых и 16 логических каналов.
  • Полоса пропускания: 3 МГц (зависит от типа модуля).
  • Максимальная частота выборки: 10 Мвыборок/с.
  • Максимальная длина записи: 50 Мслов/канал (опция).
  • Мгновенное отображение 1 Гслов (GigaZoom).
  • Запись данных, предшествующих запуску развертки.
  • Сбор данных с высокой скоростью и быстрый отклик.
  • Одновременная высоко- и низкоскоростная регистрация с использованием функции двойного захвата (DualCapture).
  • 11 съемных модулей позволяют обеспечить высокоточные измерения с малым уровнем шума, а также возможность измерений различных видов сигналов (напряжение/ток/температура/механическое напряжение/колебание/частота).
  • 6 каналов цифровой обработки сигнала.
  • Большой набор режимов синхронизации для обработки сигналов сложной формы.
  • Универсальные функции масштабирования и поиска.
  • Функция веб-сервера.
  • Пользовательские математические функции.
  • Встроенный принтер (опция).
  • Встроенный жесткий диск на 40 Гбайт (опция).
  • Интерфейсы:
    – разъем USB типа А интерфейса связи с периферийными устройствами: 2 порта;
    – подключение USB-PC типа В (розетка): 1 порт;
    – Ethernet (опция): разъем RJ-45 — 1 порт;
    – GP-IB: 1 порт;
    – RS-232: 9-контактная розетка D-sub.
  • Габариты: 355×250×225 мм.
  • Вес: 8 кг (без принтера).

Осциллограф-регистратор SL 1000

Осциллограф-регистратор высокоскоростного сбора данных SL 1000 (рис. 22) имеет скорость сбора данных 100 Мвыборок/c при 16 аналоговых каналах c 12/16-разрядными АЦП. Этот прибор не имеет своего дисплея и может осуществлять сбор данных с четырьмя независимо выбранными частотами выборки. При этом сбор данных возможен и без ПК. Данные сохраняются на встроенном жестком диске или жестком диске ПК. В состав прибора входит 8 двухканальных модулей, но они могут быть разными.

Осциллограф-регистратор Yokogawa серии SL 1000

Рис. 22. Осциллограф-регистратор Yokogawa серии SL 1000 для высокоскоростного сбора данных

Опция работы с матричной системой MATLAB

Все описанные приборы корпорации Yokogawa ориентированы на эффективную работу с современными компьютерами, в первую очередь персональными. Для этого они комплектуются програм-мными опциями. Из них особенно стоит отметить опцию матричной системы компьютерной математики MATLAB. Эта система стала международным стандартом обеспечения технических вычислений, проведения математического моделирования различных технических систем и устройств и математической обработки данных, получаемых от цифровых измерительных приборов и систем [45]. Для совместной работы с MATLAB поставляется программный модуль Toolkit, имеющий простой и удобный интерфейс пользователя и хорошо знакомый всем, кто работает с системой МATLAB (рис. 23).

Окно мастера Toolkit связи осциллографов Yokogawa  с матричной системой MATLAB

Рис. 23. Окно мастера Toolkit связи осциллографов Yokogawa с матричной системой MATLAB

Заключение

Японская компания Yokogawa Electric Corporation, занимающая четвертое место в мире по разработке и производству цифровых осциллографов, сосредоточила свое внимание на выпуске приборов бюджетного и среднего классов с полосой частот не выше 1,5 ГГц. Но в этом классе ее приборы выгодно выделяются своей необычной эстетикой и расширенными возможностями по обработке и регистрации сложных сигналов. Корпорация лидирует в выпуске осциллографов-регистраторов, находящих широкое применение в промышленности и в тонких научных исследованиях.

Литература

  1. Дьяконов В. П. Современная осциллография и осциллографы. М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
  2. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Измерительные приборы и массовые электронные измерения. М.: СОЛОН-Пресс, 2007.
  3. Дьяконов В. П. Сверхскоростная осциллография: вчера, сегодня и завтра // Компоненты и технологии. 2010. № 4.
  4. Дьяконов В. П. MATLAB — новые возможности в технологии осциллографии // Компоненты и технологии. 2009. № 10.
  5. Дьяконов В. П. MATLAB и Simulink для радиоинженера. М.: ДМК Пресс, 2011.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке