Jak wybrać oscyloskop

Autor: Alan Tong, Technical Director, Pico Technology

Wprowadzenie

Dla wielu mechaników wybór nowego / pierwszego oscyloskopu może być trudną decyzją - istnieją bowiem setki różnych modeli do wyboru, w różnych przedziałach cenowych i o różnych parametrach technicznych. Poniższy artykuł ma za zadanie wyjaśnić ogólnie kluczowe parametry techniczne oscyloskopów. Mam nadzieję, iż ułatwi to wybór odpowiedniego narzędzia i pomoże uniknąć kosztownej pomyłki.

oscyloskop jaki

W pierwszej kolejności

Pierwszym krokiem przy wyborze oscyloskopu jest poświęcenie nieco czasu na przemyślenie gdzie i do czego będzie on używany. Materiały reklamowe i specyfikacje techniczne należy na razie odłożyć na bok.

Pytania na które należy sobie odpowiedzieć:

Wyposażony w powyższe informacje, możesz zacząć zastanawiać się na oscyloskopem odpowiednim do Twoich aplikacji.

Analogowy kontra Cyfrowy

W artykule skupiam się bardziej na oscyloskopach cyfrowych (DSO - Digital Storage Oscilloscope), ponieważ w dzisiejszych czasach są to najczęściej kupowane oscyloskopy. Zanim opiszę na co zwracać uwagę przy wyborze oscyloskopu cyfrowego chciałbym chociaż w dużym skrócie opisać oscyloskopy analogowe.

Wielu inżynierów od czasu do czasu używa oscyloskopów analogowych, jednak powoli większość z nich zamienia oscyloskop analogowy na cyfrowy. Niemniej jednak znajdzie się grupa inżynierów która lubi obsługiwać i „czuć” oscyloskop analogowy ze względu na funkcje których oscyloskop cyfrowy jeszcze nie oferuje.

Jeśli jednak nadal zastanawiasz się nad oscyloskopem analogowym to powoli wybór takowego na rynku jest coraz mniejszy. Tylko kilku producentów wciąż oferuje oscyloskopy analogowe. Część z nich choć w ciągłej sprzedaży oparta jest raczej na starej technologii i często mają niewielką wydajność.

Kupno używanego analogowego oscyloskopu może wydawać się dobrym ruchem pod względem ekonomicznym. Jednak zanim to zrobisz, upewnij się czy są do niego dostępne części zamienne i serwis. W inny razie może się okazać, że to był jednak zły wybór pod względem finansowym.

Kilka kryteriów które są zaletą oscyloskopów cyfrowych

Nowoczesne oscyloskopy cyfrowe w związku z możliwością podłączenia ich do komputera PC, mogą być w pełni zintegrowane z systemami automatycznego pomiaru. W związku z niższą ceną / kanał, oscyloskopy cyfrowe są często używane jako końcowe urządzenia systemu akwizycji danych.

Pasmo

Pierwszy parametr który należy rozważyć to pasmo. Pasmo może być definiowane jako maksymalna częstotliwość sygnału, który może przejść przez wzmacniacz kanału wejściowego. Wynika z tego, iż szerokość pasma oscyloskopu musi być większa niż częstotliwość którą chcesz mierzyć w czasie rzeczywistym.

Celem projektantów oscyloskopów jest osiągnięcie możliwie dokładnego odwzorowania przebiegu. To odwzorowanie jest znane pod angielską nazwą Maximally Flat Envelope Delay (MFED). Odpowiedź tego typu zapewni doskonałą wierność odwzorowania impulsu z minimalną wartością zniekształceń (overshoot - przerost amplitudy na grzbiecie impulsu, undershoot - przerost amplitudy u podstawy impulsu, ringing - dzwonienie, gasnące drgania na grzbiecie impulsu). Ponieważ oscyloskopy cyfrowe składają się z wzmacniaczy, tłumików, przetworników analogowo cyfrowych, przekaźników etc, MFED jest celem do którego można się tylko zbliżyć ale nigdy nie da się osiągnąć w 100%.

Warto zauważyć, że większość producentów określa pasmo jako częstotliwość przy której amplituda sygnału sinusoidalnego zostanie zmniejszona do 71% jej rzeczywistej amplitudy (spadek amplitudy o 3dB).

Należy również pamiętać, że jeżeli sygnał wejściowy nie jest czystą sinusoidą, będzie on zawierał harmoniczne o wyższych częstotliwościach. Na przykład, czysty 20 MHz prostokąt oglądany na oscyloskopie z pasmem szerokości 20 MHz będzie wyświetlany praktycznie jako sinusoida. Decydując się na zakup oscyloskopu powinieneś kupić oscyloskop o szerokości pasma pięć razy wyższej niż maksymalna częstotliwość sygnału, który chcesz zmierzyć. Niestety, szerokopasmowe oscyloskopy są drogie więc pozostaje nam pójście na kompromis.

W niektórych oscyloskopach podawana przez producenta szerokość pasma, nie jest dostępna we wszystkich zakresach napięcia. W związku z tym należy przed zakupem bardzo uważnie sprawdzać specyfikacje techniczną.

Częstotliwość próbkowania

W analogowych oscyloskopach było łatwiej – wybierało się po prostu wymaganą szerokość pasma i to tyle. W oscyloskopach cyfrowych częstotliwość próbkowania jak i wielkość bufora jest równie ważna. Częstotliwość próbkowania jest podawana głównie w megapróbkach na sekundę (MS/s) lub gigapróbkach na sekundę (GS/s). Zgodnie z kryterium Nyquista częstotliwość próbkowania powinna być przynajmniej dwa razy większa od częstotliwości mierzonej. Dla analizatora widma może to kryterium się sprawdza, jednak oscyloskop potrzebuje przynajmniej 5 próbek na okres aby w miarę dokładnie odtworzyć przebieg, w przeciwnym wypadku zobaczymy niewiarygodną sinusoidę.

Większość oscyloskopów ma dwa różne tryby częstotliwości próbkowania wykorzystywane w zależności od charakteru mierzonego sygnału:

20 MHZ przebieg prostokątny mierzony przy częstotliwości próbkowania równej 50 MS/s.

Rysunek 1A: 20 MHz przebieg prostokątny mierzony przy częstotliwości próbkowania równej 50 MS/s.

Przykładowo 12-bitowy oscyloskop ADC-212/100 może próbkować z częstotliwością 100 MS/s sygnały nieokresowe lub 5 GS/s sygnały okresowe. Rysunek 1A przedstawia 20 MHz przebieg prostokątny mierzony przy częstotliwości próbkowania równej 50 MS/s — trudno nazwać to przebiegiem prostokątnym w porównaniu do przebiegu na Rysunku 1B, który przedstawia przebieg przy częstotliwości próbkowania ETS 1 GS/s. 1 GS/s brzmi bardzo dobrze, ale należy pamiętać, że jeśli sygnał jest zmienny (np. sygnał wideo, szum, sygnały cyfrowe) to funkcja ETS nie będzie działać. W takim wypadku należy skorzystać z próbkowania realnego, którego częstotliwość próbkowania jest zwykle niższa.

 20MHZ przebieg prostokątny przy częstotliwości próbkowania 1GS/s.

Rysunek 1B: 20MHz przebieg prostokątny przy częstotliwości próbkowania ETS 1GS/s.

UWAGA: Producenci zwykle podkreślają najlepiej brzmiące parametry ze specyfikacji. Należy zawsze uważnie sprawdzać zapisy w specyfikacji, czy podana częstotliwość próbkowania ma zastosowanie do wszystkich typów sygnałów, czy tylko do sygnałów okresowych. Może się okazać, iż wybrany oscyloskop tak naprawdę nie jest dopasowany do Twoich potrzeb.

Niektóre oscyloskopy mają różne zakresy częstotliwości próbkowania, w zależności od liczby kanałów w użyciu. Zazwyczaj próbkowanie w trybie jednego kanału jest dwa razy większe niż w trybie dwukanałowym: po raz kolejny zalecam więc uważne czytanie specyfikacji.

Wielkość bufora

Wielkość bufora pamięci jest prawdopodobnie najmniej rozumianym parametrem w oscyloskopach cyfrowych, co jest przykre, gdyż jest jednym z ważniejszych.

Oscyloskop przechowuje przechwycone próbki w buforze pamięci, w związku z czym dla danej częstotliwości próbkowania określa, jak długo może pobierać sygnał zanim pamięć się przepełni.

Relacja między częstotliwością próbkowania a rozmiarem bufora pamięci jest istotna gdyż oscyloskop z dużą częstotliwością próbkowania ale małym buforem będzie mógł używać maksymalną częstotliwość próbkowania tylko w kilku największych zakresach podstawy czasu. Rysunek 2A pokazuje 200 mikrosekund sygnału wideo przechwycone przy użyciu 1 k bufora pamięci. Taki bufor pamięci ogranicza częstotliwość próbkowania do 5MS/s (1k / 200 µs) mimo iż sam oscyloskop ma możliwość próbkowania przy 100 MS/s.

video waveform

Rysunek 2A: 200 µs sygnału wideo przechwycony do bufora o rozmiarze 1 K próbek .

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że przebieg został przechwycony w sposób zadowalający. Jednakże ograniczenie małego bufora pamięci objawi się gdy będziesz chciał powiększyć fragment przechwyconego przebiegu np. zafalowania. Rysunek 2B przedstawia powiększone zafalowania przy wykorzystaniu 1K bufora pamięci. Zafalowanie trwa około 5ms więc jest reprezentowane przez 25 próbek w pamięci co jest wystarczające dla normalnego widoku, jednak przy powiększeniu tego odcinka na cały ekran 25 punktów to za mało.

oscyloskop przebieg 1K

Rysunek 2B: Powiększenie zafalowania przy buforze 1K.

Rysunek 2C przedstawia ten sam sygnał wideo z powiększonym fragmentem zafalowania przechwyconym przez oscyloskop z 128K buforem pamięci, w związku z czym mamy więcej niż 3000 punktów aby wyświetlić ten fragment na całym ekranie. Różnica w szczegółowości odwzorowania jest zauważalna.

oscyloskop przebieg 128K

Rysunek 2C: Powiększenie zafalowania przy buforze 128 K.

Przykład z życia wzięty

Aby zrozumieć związek między szerokością pasma, częstotliwością próbkowania i wielkością bufora pamięci, warto rozważyć przykład z życia wzięty. Rozważmy próbę przechwycenia jednej ramki sygnału USB (1.1). Ramka trwa 1ms i jest szeregowo przesyłana z prędkością 12 Mbps, czyli dla uproszczenia można założyć iż mamy do przechwycenia sygnał prostokątny o częstotliwości 12 MHz, który trwa 1ms.

Rozdzielczość i dokładność

W elektronice cyfrowej zmiana sygnału na poziomie 1% nie stanowi zazwyczaj problemu, jednak w elektronice audio, zniekształcenie na poziomie 0.1% jest dużym problemem. Większość nowoczesnych oscyloskopów cyfrowych jest zoptymalizowana do użytku z szybkimi sygnałami cyfrowymi i oferują tylko 8 bitową rozdzielczość (8 bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy), w związku z czym może wykryć 0.4% zmianę sygnału (100/256).

Przy 8 bitach, zakres napięć jest dzielony na 256 kroków (2 ^ 8 = 256). W zakresie ustawionym na ± 1 V jeden krok odpowiada 8mV. Jest to wartość dobra do wyświetlania sygnałów cyfrowych, ale pozostawia wiele do życzenia przy wyświetlaniu sygnałów analogowych, szczególnie przy korzystaniu z funkcji analizatora widma.

Do pomiaru sygnałów audio, szumów, wibracji czy obserwacji zmian prądu lub ciśnienia, oscyloskop z 8 bitowym przetwornikiem jest zwykle niewystarczający i należałoby rozejrzeć się za oscyloskopem z przetwornikiem 12 a nawet 16 bitowym.

Dokładność oscyloskopów cyfrowych nie jest zwykle uważana za istotny parametr. Za pomocą oscyloskopu można dokonać pomiarów z dokładnością do kilku procent (większość 8 bitowych oscyloskopów mierzy napięcie z dokładnością ok 3%).

Oscyloskopy o większej rozdzielczości pozwalają na pomiar z dokładnością do 1% lub lepszą. W takim wypadku nawet przy napięciu stałym możemy bardzo dokładnie określić jego wartość bez użycia multimetru.

Oscyloskopy o dużej rozdzielczości (12 i więcej bitowe) o dużej dokładności pomiaru DC są czasem określane jako oscyloskopy precyzyjne.

Funkcja Wyzwalania

W oscyloskopach funkcja wyzwalania synchronizuje poziome przemiatanie z konkretnym punktem przechwytywanego sygnału. Wyzwalacz (trigger) pozwala na ustabilizowanie na ekranie przebiegu okresowego oraz przechwytywanie sygnałów nieokresowych. W zależności od typu badanego sygnału warto spojrzeć na opcje wyzwalania oferowane przez producenta. Wszystkie oscyloskopy cyfrowe oferują podstawowy zestaw funkcji wyzwalania (źródło, poziom, zbocze, pre i post trigger), ale różnią się w bardziej zaawansowanych opcjach wyzwalania. Czy dana zaawansowana funkcja będzie akurat przydatna zależy wyłącznie od charakteru mierzonego sygnału. Przykładowo wyzwalanie impulsowe przyda się podczas badania np. przebiegów cyfrowych.

Pewne specyficzne tryby wyzwalania zależne od konkretnej aplikacji (na przykład testowanie dysków twardych) są dostępne tylko za dodatkową opłatą i są instalowane jako aplikacje bądź aktualizacje oprogramowania (firmware’u) oscyloskopu.

Zakresy wejściowe i sondy

Typowy oscyloskop oferuje pełny zakres napięć wejściowych regulowany w przedziale od ± 16 mV do ± 40 V (2mV/działkę do 5V/działkę). Wyższe napięcia można mierzyć za pomocą sond z dzielnikiem 10:1 i 100:1. Ważną rzeczą jest, aby sprawdzić, czy oscyloskop oferuje taki zakres aby zmierzyć wymagany przez Ciebie sygnał. Jeśli typowo mierzysz małe sygnały o amplitudzie mniejszej niż 50mV to warto zastanowić się nad zakupem oscyloskopu o rozdzielczości 12 lub 16 bitowej. Oscyloskop o rozdzielczości 16 bitowej ma 256 razy większą rozdzielczość niż 8 bitowy co pozwala na „powiększenie przechwyconego sygnału” nawet do poziomu mili czy mikro woltów.

Sprawdź też, czy sondy które masz zamiar wykorzystać pasują do szerokości pasma oferowanego przez oscyloskop. Niektórzy producenci szukając oszczędności dostarczają sondy o niższym paśmie niż sam oscyloskop – natomiast sondy o wyższym paśmie są dostarczane jako opcja za dodatkową opłatą. Większość sond umożliwia przełączanie tłumienia w zakresie 1:1 - 10:1. Wszędzie gdzie jest to możliwe, korzystaj z ustawienia 10:1, ponieważ minimalizuje to obciążenia w obwodzie badanego urządzenia i zwiększa ochronę przed przeciążeniami w przypadku przypadkowego podłączenia do wysokiego napięcia.

Dla bardzo szybkich sygnałów (>200 MHz), pasywne sondy sprawiają problemy powodowane przez pojemności przewodów sondy. Ten problem może zostać rozwiązany przez zastosowanie aktywnych sond FET, które posiadają wzmacniacz. W przypadku pomiarów sygnałów wysokiego napięcia, np. ±100 V, napięcia głównego czy między fazowego, bezpieczną opcją jest zastosowanie izolowanej sondy różnicowej.

Rozmiary

Oscyloskopy cyfrowe zasadniczo dzielą się na trzy kategorie: tradycyjne stacjonarne, przenośne i podłączane do komputerów PC.

Celem budowy cyfrowych oscyloskopów laboratoryjnych jest zazwyczaj osiągnięcie wysokiej wydajności co niestety ma odzwierciedlenie w kosztach. Funkcje, takie jak analiza widma FFT, interfejsy PC, dysk czy połączenie z drukarką są dodatkowym drogim wyposażeniem.

Ręczne przenośne oscyloskopy mają wiele oczywistych zalet dla serwisantów, jednak ich małej rozdzielczości i rozmiarów wyświetlacze, trudno odczytuje się w świetle słonecznym a czas pracy baterii jest jeszcze stosunkowo krótki. Jeśli dodatkowo oczekujemy od niego konkretnego poziomu wydajności – to takie rozwiązanie będzie jeszcze stosunkowo drogie.

Oscyloskopy podłączane do komputerów PC zyskują coraz większą popularność, ponieważ oferują ekwiwalentne parametry co oscyloskopy stacjonarne przy znacznie niższej cenie. Powód oszczędności jest oczywisty, komputery PC są ogólnie dostępne i większość inżynierów już je posiada w związku z czym prawie „za darmo” na biurku masz duży kolorowy wyświetlacz, szybki procesor, dysk twardy i klawiaturę. Możliwość zapisu przebiegów referencyjnych, eksportu danych do arkuszy kalkulacyjnych czy edytorów tekstu, dostępna jest praktycznie od ręki.

Oscyloskopy oparte na PC występują w dwóch odmianach: zewnętrznej i wewnętrznej. Wewnętrzne oparte na PC zwykle są w formacie karty PCI. Teoretycznie powinny być tańszą opcją, ale nie zawsze tak jest. Główną wadą karty PC są zakłócenia występujące wewnątrz komputera, które działają negatywnie na podłączone karty rozszerzeń. Inną kwestią jest mobilność; oscyloskopy w formacie PCI są związane na stałe z jednym nieporęcznym komputerem.

Oscyloskopy zewnętrzne oparte na komputerze PC mają postać małego pudełka, które łączy się z komputerem przez USB. Wszystkie analogowe komponenty elektroniczne oscyloskopu znajdują się na zewnątrz komputera w związku z czym problem zakłóceń jest rozwiązany. Drugą zaletą zewnętrznych oscyloskopów jest przenośność - mogą być używane zarówno z komputerem stacjonarnym jak i notebookiem czy nawet netbookiem.

Podsumowanie

Tak jak dinozaury, analogowe oscyloskopy dotarły już do końca swoich dni. Natomiast oscyloskopy cyfrowe z dużą wydajnością w rozsądnej cenie zostaną na rynku dłużej. Jedyne co w takim wypadku pozostaje to wybór odpowiedniego typu.

Jeśli zastanawiasz się nad zakupem zastosuj się do poniższych wskazówek:

Podsumowując w kolejności od parametru najważniejszego: Szerokość pasma, częstotliwość próbkowania (w czasie rzeczywistym i/lub ETS) i rozmiar bufora pamięci. Uważaj jednak gdyż w większości oscyloskopów cyfrowych nie ma możliwości zwiększenia szerokości pasma czy częstotliwości próbkowania, więc jeśli zakupisz oscyloskop o zbyt niskich parametrach to tak już zostanie do końca.

Oscyloskop samochodowy - najlepszy wybór

Autor : Sebastian Janowicz, PRODiS - Profesjonalna Diagnostyka Silnika

Po powyższym uogólnionym wstępie, spróbuję teraz określić jaki oscyloskop wybrać do diagnostyki pojazdowej. Jeszcze lata temu gdy wchodziły proste systemy zapłonowe, w profesjonalnych warsztatach samochodowych dominowały oscyloskopy analogowe. Jako, że służyły one głównie do testowania przebiegu iskry, nie było wymagane duże pasmo przenoszenia. Ogromną natomiast zaletą był sposób przedstawienia przebiegu na oscyloskopie, przebieg był czysty, bez szumu i bez zniekształceń, które powodowane są przez cyfrowe oscyloskopy niskiej klasy. Na zdjęciu obok można zobaczyć przebieg iskry wraz z przebiegiem narastania prądu na cewce.

Jak można zauważyć na wykresie istnieje bardzo wysoka pionowa linia. To impuls wyładowania, który trwa bardzo krótko, dlatego też linia ta jest bardzo cienka. Możliwość dokładnego zobrazowania takiego przebiegu to jedna z wielu zalet oscyloskopów analogowych i tak też twierdzi większość diagnostów, którzy niegdyś pracowali na takich oscyloskopach.

Oscyloskopy te jednak były bardzo duże, ciężkie i nieporęczne. Wymagały wózka bądź innego stałego miejsca, były niemal niemobilne. Postęp w technologii urządzeń pomiarowych z opóźnieniem, ale zaczął się także przekładać na branżę motoryzacyjną. Powstawały oscyloskopy cyfrowe, które jednak nie potrafiły odwzorować przebiegu tak idealnie jak oscyloskopy analogowe. Wszystko z powodu zbyt niskiej częstotliwości próbkowania która na tamte czasy wynosiła sporo poniżej 1MS/s. Dlatego nadal tak wiele osób poleca oscyloskopy analogowe dla tej branży. Obecna technologia jednak tak daleko poszła do przodu, że dla oscyloskopów próbkowanie rzędu kilkuset MS/s to standard. Dzięki temu odwzorowanie powyższego przebiegu to już żaden problem dla systemu cyfrowego, co chociażby widać na poniższym przykładzie (zbliżony sygnał z innego systemu zapłonowego)

 

Jakie więc próbkowanie jest nam potrzebne? Nie będziemy się skupiać na wzorach czy matematyce, tylko na zwykłej logice. Co zatem potrzebujemy mierzyć w pojazdach i jakie elementy wymagają diagnostyki oscyloskopem? Poniżej przedstawię tylko kilka z nich, biorąc pod uwagę częstotliwości na jakich pracują:

Wybierając oscyloskop musimy zwrócić uwagę nie tylko na sygnały najszybsze ale też na te najwolniejsze, gdyż dobre urządzenie potrafi zobrazować jedne i drugie. Może się to wydać dziwne, bo jak oscyloskop może źle pokazać sygnały wolne, o tym w dalszej części tego artykułu. Patrząc na nasz wykaz, najszybszą magistralą jest Flexray, której szybkość wynosi do 10Mbit/s, oznacza to, że aby dobrze zobrazować ten przebieg potrzebujemy oscyloskopu z próbkowaniem minimum 40MS/s. Nie stanowi żadnego problemu dla większości aktualnie produkowanych oscyloskopów. Co jednak z przebiegami wolnymi jak chociażby ten poniższy z przepływomierza?

Dziwnym może się wydać fakt, że nie każdy oscyloskop pokaże to tak jak byśmy chcieli. Kłopotliwy jest tak zwany tryb przewijania w oscyloskopach. Polega on na tym, że przy wolnych ustawieniach podstawy czasu (czyli czasu jaki chcemy zobaczyć na jednym ekranie) oscyloskop zamiast zbierać sygnał do pamięci i odtwarzać go na ekranie co kilka sekund, wyświetla na ekranie punkt, który rysuje przebieg od lewej do prawej, bez zbędnych opóźnień, w pełni na żywo. Testując zatem przepływomierz, mamy na żywo wyrysowany przebieg, który możemy w danej chwili zatrzymać i przeanalizować.

Tego już niestety nie zrobi dla nas oscyloskop analogowy gdyż przy tak wolnych podstawach czasu, na ekranie zobaczymy jedynie przesuwający się punkt. To największy minus oscyloskopów analogowych. Łatwo z tego wywnioskujemy, że obserwacja czujników wolnozmiennych na oscyloskopach analogowych jest bardzo uciążliwa co można zobaczyć na animacji.

W tym momencie doszliśmy do jednej z zasadniczych cech, która kieruje nas na wybór oscyloskopu cyfrowego. Oscyloskopy te jednak różnią się parametrami i co ciekawe także sposobami pracy. Możemy sobie wyobrazić przebieg, gdzie na ekranie mamy sygnał z wadliwego przepływomierza. Standardowy oscyloskop pracujący w trybie przewijania używa bardzo małego bufora pamięci a co za tym idzie, nie ma zbytniej możliwości powiększenia takiego przebiegu i przeanalizowania zaznaczonych szczegółów

    

Na pierwszy rzut oka te przebiegi wyglądają podobnie, pobrane zostały z tego samego przepływomierza dla identycznego zakresu napięcia wejściowego. Tak natomiast wyglądają po powiększeniu zaznaczone obszary.

    

Co pierwsze rzuca się w oczy to sposób powiększenia tego fragmentu. Na przebiegu z lewej widać wyraźnie załamania, które da się jeszcze bardziej powiększyć, przebiegu z prawej już więcej nie powiększymy gdyż to maksimum na co pozwala nam oscyloskop. Dodatkowo zaznaczę, że powiększenie na oscyloskopie po prawej zajęło wprawnemu operatorowi 15 sekund, natomiast dla oscyloskopu po lewej zaledwie 3 sekundy.

Inny przykład, mamy na ekranie kilka przebiegów z systemu zapłonowego. Bez powiększenia wyglądają jak na rysunku z lewej. Co jednak gdy chcemy przeanalizować jeden z nich, gdyż widać, że coś z nim nie gra? W standardowym oscyloskopie nie mamy zbyt wiele możliwości, możemy przesunąć przebieg na środek ekranu (inaczej się nie da) i powiększać go zwiększając podstawę czasu, o ile pamięć próbek jest wystarczająco duża (kilka tysięcy próbek nie wystarczy) to zobaczymy szczegóły naszego impulsu jak na poniższym zdjęciu. Czy widzicie błąd w sygnale? Na powiększeniu widać, że brakuje podtrzymania iskry.

W motoryzacji jednak nie zawsze jest tak pięknie i nie zawsze przebieg błędny pojawia się w sposób ciągły. Często jest tak, że błąd występuje raz na jakiś czas, załóżmy raz na parę sekund czy minut. Wychwycenie tego na oscyloskopie nawet z dużą ilością pamięci jest niemal niemożliwe. Tu z pomocą przychodzą urządzenia, które maja możliwość ciągłego zapisu powiedzmy na dysk twardy. Niestety niewiele urządzeń ma taką możliwość a jeśli nawet to rejestracja odbywa się przy częstotliwości próbkowania maksimum kilku kiloherzów, co jest niewystarczające do analizy sygnałów zapłonu czy wtrysku.

Pewną alternatywą jest tak zwany rekorder występujący w niektórych oscyloskopach. Działa to jak kamera, która zapamiętuje kolejne ekrany. Minusem natomiast tej funkcji jest czas martwy między kolejnymi zapisami. Dzieje się tak dlatego, że oscyloskop pobiera sygnał a następnie zatrzymuje akwizycję gdyż musi przesłać przebieg do wolniejszej pamięci rekordera. W tym momencie następuje dziura w zapisie, ponieważ badany przebieg ciągle się zmienia a oscyloskop ma swoją pauzę. Może to nie brzmi źle, lecz co w przypadku gdy wadliwa część pojawi się właśnie w tym czasie martwym? Będziemy szukać, szukać i nic nie znajdziemy. Jedyną alternatywą pozostaje szybka rejestracja ciągła na dysk lub do dużej pamięci wewnętrznej, co widać wraz z powiększeniem na poniższych zrzutach.

Sygnał z czujnika ABS Seata Alhambry o amplitudzie nieco ponad 80mV oraz powiększenie wypadającego ząbka (na środku)

Zalety tej funkcji to z pewnością:

Dużo już było mówione o konieczności wyboru oscyloskopu względem potrzeb użytkownika. To od nich i od zasobności portfela zależy co wybierzemy. Jeżeli można by podzielić stopień zaawansowania w diagnostyce oscyloskopem to na jego podstawie śmiało da się określić czego w zasadzie potrzebujemy. Najbardziej sensowny według mnie podział przedstawia się następująco:

  1. Początkujący, gdzie oscyloskopu używamy tylko do sprawdzania napięć i prądu za pomocą odpowiednich sond
  2. Podstawowy, w którym oscyloskop służy już nam do porównywania przebiegów do wzorców
  3. Średnio zaawansowany, gdzie analizujemy przebiegi, sprawdzamy ich złożenie i elementy, dokonujemy na nich pomiarów, sprawdzamy przesunięcia
  4. Zaawansowany to już etap dla osób, które lubią główkować, które wgłębiają się w to co widzą, potrafią analizować szczegóły. Na tym etapie posługujemy już się czujnikami, które mierzą ciśnienie sprężania ale oprócz tego pokazują na tym samym wykresie momenty otwarcia i zamknięcia zaworów, synchronizację wału i wałka (rzeczywiste a nie czujnikowe) a także podciśnienie. Potrafimy też analizować przebiegi z wydechu i kolektora ssącego, które dostarczają nam informacji o wypadaniu zapłonu i kierują podejrzenia na dany cylinder. Także na tym etapie analizujemy zależności ciśnienia Common Rail, czasu otwarcia wtrysku i wypełnienia zaworu regulującego ciśnienie, co umożliwia określenie czy to wtrysk, zawór lub pompa jest sprawcą złej pracy silnika.

Biorąc pod uwagę powyższe etapy, śmiało mogę powiedzieć, że do pierwszych dwóch wystarczy prosty mobilny 8-bitowy oscyloskop o paśmie nawet paru MHz i próbkowaniu paru MS/s. To sprzęt z najniższej półki cenowej i o najprostszej budowie. W etapie trzecim może to już być za mało, gdyż dla dobrej analizy potrzebne jest szybsze próbkowanie i większy ekran, potrzebny nam będzie oscyloskop stacjonarny lub przenośny minimum z 5" LCD.

Czwarty etap ze względu na złożoność wykonywanych analiz i wymóg ich dokładności sugeruje, że oscyloskop powinien mieć dużą rozdzielczość pionową minimum 12 bit (chociażby do analizy tętnień na szynie paliwowej czy innych małozmiennych elementów, które pomagają nam w diagnostyce silnika), duże próbkowanie aby dobrze określić czas i przesunięcie oraz pasmo powyżej 10MHz. Na tym etapie już diagnostyka robi się na tyle czasochłonna (operowanie kursorami, powiększanie, rozciąganie, przesuwanie i analizowanie), że oscyloskopy stacjonarne czy ręczne stają się nieporęczne, gałkologia zaczyna powodować frustracje a mały ekran męczyć wzrok. Do takiej pracy potrzeba już dużego ekranu współpracującego z myszką co daje nam szybkość, dokładność i swobodę.

Dlatego z doświadczenia śmiało mogę powiedzieć, że nad wyborem oscyloskopu dla pierwszych trzech etapów nie ma się co zastanawiać, prawie każdy obecnie produkowany sprzęt będzie odpowiedni. Jednak przy zaawansowanej diagnostyce potrzebny jest sprzęt przeznaczony typowo dla branży motoryzacyjnej z dopracowanym, intuicyjnym oprogramowaniem. Taki właśnie dla Państwa stworzyliśmy, to modele PicoScope 4223 i 4423.

*Do testów porównawczych użyte zostały oscyloskopy: analogowy Tektronix 2220, Siglent SHS806 oraz PicoScope 4423