Матричные осциллографы

Интересные факты

 

в связи со значительной стоимостью профессиональных осциллографов  многие радиолюбители самостоятельно создают осциллографы (и осциллографические приставки к персональному компьютеру)

многие радиолюбители  используют тракт звукозаписи, установленной  в компьютере звуковой карты в  качестве устройства ввода для измерения  низких (20Гц-22 кГц) частот; для ПК дополнительно  требуется программа;

именно экран осциллографа использовался как дисплей для  одной из первых видеоигр Tennis For Two, представляющий из себя виртуальный вариант тенниса. Игра работала на аналоговой вычислительной машине и управлялась специальным игровым контроллером paddle.

Матричный осцилограф содержащий первый компаратор выход которого соединен с первым входом триггера, последовательно соединенные первый счетчик, цифро-аналоговый преобразователь и второй компаратор , выход второго счетчика соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен со вторым входом триггера, блок синхронизации, входы первого компаратора являются первым и вторым входами осциллографа соответственно, вертикальные шины матричной панели которого соединены с выходами дешифратора, вход которого соединен с выходом второго счетчика , второй одновибратор, вход которого соединен с выходом первого счетчика, соединенным с входом второго счетчика, и детекторы, отличающийся тем, что, с целью упрощения осциллографа и расширения области применения за счет обеспечения возможности осциллографирования уровней входных сигналов и их фазовых соотношений, в него введены последовательно соединенные измеритель периода входного сигнала и делитель частоты, два коммутатора, регистр, блок памяти и третий компаратор , вход которого соединен с информационным входом регистра, тактовый вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, а второй вход c первым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен с левым входом измерителя периода входного сигнала, а третий выход со вторым входом делителя частоты, второй вход измерителя периода входного сигнала соединен с выходом первого компаратора, выход триггера соединен с четвертым входом второго; коммутатора и первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, третий вход - с выходом первого счетчика, четвертый вход - с выходом второго, компаратора, выход блока памяти соединен с первым входом третьего компаратора , второй вход которого соединен с выходом первого счетчика,, выход первого коммутатора соединен со вторым входом второго компаратора, выход второго счетчика соединен, с первым входом коммутатора, второй и третий входы которого являются третьим и четвертым входами осциллографа соответственно, четвертый вход первого коммутатора соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя и входом блока синхронизации и является пятым входом осциллографа, входы одной группы первого коммутатора соединены с выходами детекторов, входы которых и входы другой группы первого коммутатора являются входами группы осциллографа.

Изобретение относится к  измерительной технике и предназначено  для обеспечения индикации формы, уровней, фазовых соотношений многоканальных сигналов.

Известна схема осциллографа с матричным экраном. В этом устройстве входы Х и У подключены через соответствующие аналого-цифровые преобразователи (ЛЦП), схемы адресации к матричному экрану, II узлах шин которого находятся светоэлементы.

При подаче периодических  сигналов на Х и У входы, на экране высвечивается светящееся изображение.

Однако в данном устройстве индицироваться могут только периодические  сигналы, однократные сигналы на экране видны не будут, так как  осциллограф не имеет памяти.

Известна схема осциллографа с  матричным экраном и памятью. В этом устройстве вход соединен через  АЦП, схему адресации, память, выходные каскады с горизонтальными шинами матричного экрана. Блок синхронизации  связан с входом устройства, его  выходы подключены к входам коммутатора, у которого выходы соединены с  адресными входами памяти и через  выходные каскады с вертикальными  шинами матричного экрана. В режиме записи, входной сигнал через АЦП  и схему адресации записывается в память. Причем память содержит столько  ячеек памяти, сколько узлов находится  на матричном экране. Эти ячейки распределены по строкам и столбцам, при этом отдельная составляющая входного сигнала записывается в  соответствующий столбец па- мяти, возводя в состояние 1 ячейку памяти, номер строки которой соответствует уровню входного сигнала.

После записи входного сигнала  расположение ячеек памяти, имеющих  со стояние 1, соответствует форме 45 . входного сигнала. В режиме индикации  из памяти последовательно считываются  по столбцам состояния ячеек памяти, зажигая соответствующие ячейки матричного экрана, на котором  высвечивается форма входного сигнала.

Недостатками этого устройства являются большой объем памяти (число ячеек памяти равно числу узлов матрицы экрана), а также невозможность индикации многоканальной информации,

Известен осциллограф  с матричным экраном, аналогичный описанному устройству, в который введены цифровые элементы, обеспечивающие полуавтоматическое измерение характеристик сигнала например амплитуды и длительности временных интегралов.

Наиболее близким к  предлагаемому является матричный  осциллограф, имеющий К входов, которые через усилители соединены с входами соответствующих К компараторов. Другие входы компараторов  соединены с входом цифро-аналогового преобразователя  а выходы через  одновибраторы   соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого, в свою очередь, соединен с входами элементов И, расположенных в узлах матрицы экрана, у которых входы подключены к входам соответствующих триггеров. Выходы триггеров подключены к светоэлементам. Кроме того, выход генератора или синхронизатора через счетчик подключен к входу ЦАП и входу дешифратора, выходы которого образуют Фгоризонтальных шин матрицы экрана, нулевая шина соединена через элемент И с входом счетчика, выход которого подключен к входу другого дешифратора, выходы второго дешифратора образуют вертикальные шины матрицы экрана. Каждая шина подключена к другим входам триггеров, расположенных в соответствующем столбце матрицы экрана.

B режиме записи усиленные К входных сигналов сравниваются в компараторах с линейно возрастающим сигналом на выходе ЦАП, В моменты равенства одного из входных сигналов и сигнала ЦАП на выходе компаратора образуется перепад напряжения, запускающий     одновибратор. Импульс одновибратора через элемент ИЛИ поступает на входы всех элементов матрицы. Но проходит он только на один из этих элементов, который рас>, положен в точке пересечения шин матрицы, имеющих в данный момент логические единицы. При этом триггер, подключенный на выходе данного элемента И, устанавливается в "1" и зажигает световой элемент. По вертикали данный световой элемент расположен на уровне, соответствующем состоянию счетчика, подключенного на вход OAII, т.е. на уровне, соответствующем входному сигналу, По горизонтали световой элемент расположен на уровне, определяемом числом на выходе счетчика дешифратора вертикальных шин. Данное число возрастает линейно во времени, поэтому по горизонтали место горящего светоэлемента соответствует данной временной координате входного сигнала. При равенстве уровней другого входного сигнала и сигнала на выходе ЦАП загорается другой световой элемент, расположенный вдоль выбранной вертикальной шины матрицы. Таким образом, К входных сигналов зажигают

К световых элементов вдоль одной вертикальной шины. В следующий момент времени, когда число на выходе счетчика  дешифратора вертикальных шин возрастает на единицу, зажгутся световые элементы в следующей вертикальной шине и так далее. После окончания процесса записей на экране матрицы горят световые элементы, описывающие в совокупности форму. К входных сигналов. это изображение хранится неограниченно долго, пока включено питание схем. По желанию  процесс записи можно повторить, запустив в работу счетчик дешифратора вертикальных шин.

Назначение

 

Измеритель регистратор  напряжений “УРАН-Интелекон” предназначен для измерения и регистрации оцифрованных аналоговых напряжений по четырнадцати каналам.  В комплект с измерителем регистратором напряжений “УРАН” входит одноименное специализированное ПО  для работы с полученными данными.

 Программа “УРАН”  позволяет производить сравнение  измеряемых параметров напряжений  с заданными допусками. При  выходе за допустимые значения  происходит запись во внутреннюю  энергонезависимую память, что обеспечивает  контроль и анализ полученных  данных, в том числе и при  переходных процессах. 

 Универсальный измеритель-регистратор  аналоговых напряжений “УРАН-Интелекон” является развитием автономного измерителя-регистратора  напряжений "АИР" с улучшением технических характеристик (увеличена частота дискретизации, количество каналов измерения, объем памяти) и увеличением функциональных возможностей (добавлена функция измерения параметров электросети на соответствие ГОСТу).

Режимы работы

 

• УРАН-Интелекон функционирует в трех основных режимах работы
• режиме регистратора (осуществляет запись в энергонезависимую память),
• режиме осциллографа,
• режиме измерителя параметров электроэнергии.

 

При подключении соответствующих  датчиков (токового шунта, сейсмических и акустических датчиков  др.) УРАН-Интелекон может работать в качестве самописца измеряемых процессов (токов, сейсмических, сейсмоакустических сигналов), измерять характеристики электрической сети (гармоники тока и гармоники напряжений).

Основные функции

 

УРАН-Интелекон выполняет измерение, регистрацию, контроль, и передачу данных по запросу с использованием интерфейсов RS-232/RS-485 в режиме реального времени.

В режимах регистратора и  осциллографа УРАН выполняет измерение токов через подключаемые токовые клещи, спектральный анализ, измерение частоты сигнала, сравнение измеренных данных с заданными допусками,

В режиме измерителя параметров электроэнергии УРАН выполняет анализ электросети, анализ качества электроэнергии (измерение в электросети гармоник тока и гармоник напряжения).

 

Дополнительные  функции

 

При подключении соответствующих  датчиков Уран-Интелекон обеспечивает:

• измерение сигналов с сейсмодатчиков и с сейсмоприемников
• измерение сигналов с акустических датчиков
• измерение токов через токовый шунт

 

Интерфейс пользователя

 

Универсальный измеритель-регистратор  аналоговых напряжений "УРАН-Интелекон" имеет на лицевой панели четыре светодиода, которые информирует пользователя о наличии питания и о ходе выполнения программы. Имеется четыре кнопки для задания режимов работы прибора.

 

 

 

Область применения

 

УРАН-Интелекон работает автономно или в составе контролируемой системы. УРАН-Интелекон применяется в нефтяной, газовой,  горной (буровое, геологоразведочное оборудование и др.), металлургической, машиностроительной отраслях промышленности; на объектах тепло- и электроэнергетики и др.

Примеры реализации

 

Автономное  применение:

• Регистрация параметров работы и определение причин аварий электрических машин, генераторов, турбин.
• Исследование электрических сетей (в качестве анализатора качества сети или анализатора качества электроэнергии).
• Регистрация событий при превышении пороговых значений входного сигнала.
• Измерение и запись в энергонезависимую память сейсмических колебаний (амплитуда, частота, количество, длительность) при проведении геофизических исследований.
• Измерение и регистрация скорости горения рабочего материала при буровзрывных работах.
• Измерение и регистрация параметров (пусковой ток, провалы и выбросы напряжения и т.д.) при проведении пуско-наладочных работ.
• Лабораторные электроизмерения и др.

 

В составе  контролируемой системы:

• Мониторинг процессов в электросетях в режиме удаленного аналого-цифрового преобразователя.
• Регистрирующее устройство(регистратор) — прибор для автоматической записи на носитель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств.
• В измерительной технике — совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины.

В регистрирующих устройствах  обычно предусматривается возможность  привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени. Кроме  регистрирующих устройств для записи данных, существуют также устройства регистрации аудиовизуальной информации (магнитофоны, видеомагнитофоны, фото- и кино- и видеокамеры и т. д.).

 

Регистрирующие устройства могут представлять собой неотъемлемые функциональные узлы измерительных  приборов, установок, блоки в составе  информационных, измерительных, контрольных  систем, комплексов, либо самостоятельные  устройства.

 

Виды регистрирующих устройств 

 

• Устройства с регистрацией информации в визуальной форме 
• Цифропечатающие устройства
• Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в виде графиков, диаграмм
• Устройства с регистрацией информации в электронном (безбумажном виде)

Аналоговые  регистрирующие устройства — информация записывается в аналоговом виде на электронном носителе, обычно магнитной ленте. В настоящее время применяются редко, постепенно заменяются на цифровые устройства

Цифровые  регистрирующие устройства — информация записывается в цифровом виде.

 

Примечание: ранее в качестве средств регистрации использовались также перфораторы — устройства для записи цифровой двоичной информации механическим способом — на перфокартах, перфолентах.

Аналоговые устройства регистрации

 

Аналоговая информация может  быть записана либо на электронные  носители, считывание с которых производится с помощью соответствующих технических  средств, либо, на носители, обеспечивающие непосредственное, визуальное считывание информации. По функциональному виду информации выделяют двухкоординатные самописцы (графопостроители или плоттеры), записывающие зависимость одной величины от другой, и самописцы, записывающие изменение величины во времени.