Какие приборы заменяет осциллограф

Осциллограф из смартфона: реально или миф?

Дизайн

Что такое осциллограф

Осциллограф — как прибор для измерения и отслеживания частотных колебаний в электрической сети — известен с середины прошлого века. Данными приборами комплектуются все учебные и профессиональные лаборатории, поскольку обнаружить некоторые неисправности или произвести точную настройку оборудования можно только лишь с его помощью. Он может выводить информацию как на экран, так и на бумажную ленту.

Показания позволяют увидеть форму сигнала, рассчитать его частоту и интенсивность, а в результате определить источник его появления. Современные осциллографы позволяют рисовать трехмерные цветные частотные графики.

Конструкция и применение осциллографа

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Простой самодельный осциллограф из смартфона

Хороший осциллограф относится к слишком дорогому оборудованию для обычного радиолюбителя, для которого пайка микросхем и ремонт электроники является только хобби. При необходимости наблюдения за электрическими сигналами без получения сверх точных результатов вполне возможно обойтись самодельным устройством. Такой осциллограф подключается к экрану смартфона и работать под управлением специального бесплатного приложения. Его изготовление обойдется недорого и займет всего пару часов, с учетом сбора материалов.

Материалы

• штекер 3,5 мм от наушников;
• провода;
• термоусадка;
• стабилитрон 2,2В;
• резистор 2,2К;
• резистор 1К;
• тестовая клипса;
• корпус от маркера;
• мебельный гвоздик.

Сборка осциллографа

На рисунке представлена схема простейшего осциллографа — щупа для смартфона, которую необходимо повторить. Очень важно использовать резисторы с такой же цветовой маркировкой, как в примере, поскольку это позволит получить от устройства максимум чувствительности и точности.

Сборку следует начать с подготовки штекера мини-джек 3,5 мм от наушников. С него срезается пластиковая часть, после чего припаиваются 2 проводка как показано в схеме осциллографа.

Припаянные провода необходимо дополнительно закрепить и изолировать. Для этого будет достаточно применить 2 слоя термоусадочной трубки.

Далее к шляпке маленького мебельного гвоздика необходимо припаять одножильный провод.

Место пайки сверху изолируется термоусадкой. Гвоздик будет выполнять функцию плюсового электрода.

Провод с гвоздиком заводится в корпус маркера с удаленным стержнем. В результате электрод должен заменить пишущий наконечник фломастера. Также нужно завести проводок от разъема 3,5 мм в пробитое отверстие в заднем колпачке маркера.

Далее необходимо соединить параллельно и спаять стабилитрон с резистором 1К. К ним согласно схеме прибора припаивается резистор 2,2К.

В корпусе маркера ближе к пишущей части делается боковое отверстие. В него продевается отдельный провод, второй конец которого выходит из задней части фломастера.

К выведенному проводку припаивается стабилитрон с резистором 1К. Также к ним нужно присоединить жилу питания от разъема 3,5 мм. Важно соблюсти полярность, как на схеме. Вторая жила от мини-джека паяется к резистору 2,2К.

Провод с гвоздиком нужно подсоединить к оставшемуся концу резистора 2,2 К. Все соединения защищаются термоусадкой. После этого резисторы и стабилитрон необходимо спрятать в корпусе маркера, закрыв его задним колпачком.

На выходящий сбоку маркера провод, присоединенный к резистору 1К и стабилитрону нужно припаять тестовую клипсу.

После этого аппаратная часть устройства полностью готова.

Далее нужно установить на смартфон приложение Oscilloscope Pro 2. Осциллограф подключается к телефону и может использоваться по предназначению под управлением данной программы. Его тестовая клипса используется как масса, а электрод из гвоздика на маркере является плюсом. Приложение в связке с самодельным устройством позволяет настраивать пороги срабатывания, просматривать форму сигнала на дисплее и многое другое.

Смотрите видео

Организация осциллографа через планшет

Сложность создания датчика для осциллографа через планшет заключается в отсутствии у последнего дискретного линейного входа. Поэтому дополнительным устройством служит телефонная гарнитура со входом для микрофона.

Разводка входных клемм у планшета и телефона должны совпадать. Тогда в клемму для микрофона подсоединяется источник сигнала по схеме, рассмотренной выше.

Так же, как в случае с компьютером (ноутбуком), необходимо установить специальное программное обеспечение для работы с полученным сигналом.

Плюсы и минусы

К плюсам такого решения однозначно можно отнести простоту и дешевизну сборки. Старая гарнитура или один новый разъем практически ничего не стоят, а времени потребуется всего несколько минут.

Но у этой схемы есть ряд существенных недостатков, а именно:

• Малый диапазон измеряемых частот (в зависимости от качества звукового тракта гаджета колеблется в пределах от 30 Гц до 15 кГц).
• Отсутствие защиты планшета или смартфона (при случайном подключении щупов к участкам схемы с повышенным напряжением можно в лучшем случае сжечь микросхему, отвечающую за обработку аудиосигнала на вашем гаджете, а в худшем – полностью вывести из строя ваш смартфон или планшет).
• На очень дешевых устройствах присутствует значительная погрешность в измерении сигнала, достигающая 10-15 процентов. Для точной настройки оборудования такая цифра недопустима.

Осциллограф на базе компьютера в автодиагностике.

В автодиагностике очень часто возникает потребность в наблюдении различных сигналов, т.к. фиксации простого наличия переменного напряжения недостаточно — важно удостовериться в правильности его характеристик: форма, амплитуда, временные интервалы и т.п. Вкупе с программой ведущей обмен с автомобильным контроллером по k-line осциллограф становится мощнейшим оружием диагноста инжекторных двигателей. Отмечу что осциллограф полезен и вне связки с диагностикой инжекторов, т.к. давно и успешно применяется для выявления неисправностей карбюраторных двигателей. Можно для этой цели использовать и обычный осциллограф, многие так и поступают. В моей же ситуации, мне показался более привлекательным путь программного осциллографа на базе звуковой карты с соответствующим программным обеспечением.

Мотивы следующие:
— низкие стоимостные затраты для достижения конечной цели, при условии что компьютер уже используется для диагностики. Звуковые карты продаются по бросовым ценам, а их возможностей вполне хватает. Достаточна звуковая карта с ТТХ: 16 бит, 48 кГц. Например Vibra128 на шине PCI, такая как на фото; наличие очень качественного (и при этом бесплатного) ПО осциллографа как в режиме реального времени, так и в режиме самописца. К примеру, программа Powergraph v2.1 дает такую возможность сохранения и анализа всего периода осциллографической съемки (тем более — получение обыкновенного стоп-кадра), которую вы найдете далеко не у каждого специализированного мотортестера. Воспроизведение «кинофильма» и неспешный анализ записанного является просто кладом для диагноста, потому что имеет преимущество перед осциллографом реального времени при отлавливании ускользающих (intermittent) дефектов;

— высокая помехозащищенность и скорость системной шины персонального компьютера (PCI), что позволяет получить чистый сигнал и отсутствие самовозбуждения даже при измерении вторичного напряжения системы зажигания, что труднодостижимо для осциллографов работающих через внешние порты (USB, COM, LPT), труднодостижимо за те же деньги.

— низкие системные требования к персональному компьютеру. Я лично наблюдал работу Powergraph со звуковой картой ISA на 486-м компьютере. Правда, тормозила программа при этом весьма заметно, но самописец работал — это факт. Для комфортной работы с осциллографом на звуковой карте с избытком хватает P2(333МГц), в то время как для USB-осциллографа требуется, как минимум, P3, и не просто — а старшей линейки (не менее 1ГГц);

— диагональ даже 14″ монитора все-таки поболее будет чем экран самого крутого осциллографа;
— простота использования: луч никуда не убегает, не надо его фокусировать и т.д.;
— не надо занимать рабочее пространство мастерской еще одним громоздким девайсом;
— все сигналы извергаемые автомобилем укладываются в диапазон звуковых частот (16 — 20000Гц) и незачем переплачивать за крутейшую мегагерцовую надпись на фронтоне осциллографа. Разрядности 16-битной карты тоже хватает, кому не хватит — купите 24-битную с дискретизацией 96кГц, т.к. бесплатный софт поддерживает и их.

Подключить стандартную звуковую карту к измеряемым сигналам можно по варианту А.Попова:

Однако, использование стандартной звуковой карты несет в себе некоторое ограничение связанное с её невозможностью измерять постоянное напряжение, что в некоторых случаях ущемляет возможности ремонтника, и во всех случаях является поводом для насмешек со стороны снобов. Этому досадному свойству звуковой карты была объявлена война, которая дала некоторые приобретения. Но есть потери:
1. Звуковую карту нужно доработать. Основным образом доработка заключается в закорачивании входных конденсаторов;
2. Доработанная по п.1 способом звуковая карта отказывается корректно работать со схемой на делителях приведенной выше, т.е. что-то она все-таки показывает, но не во всех измерениях и откалибровать по-прежнему невозможно. Для обхода этого недоразумения потребовалось существенно усложнить схему сопряжения с измеряемым сигналом. Идея подсмотрена здесь: Sound card based multimeter;
3. Некоторые звуковые карты не сдаются. Причем, чем она современнее и навороченнее, тем меньше шансов увидеть постоянку. Убедился в этом загубив несколько карт.

А из-за чего, собственно, такие жертвы? Что такого дает нам возможность видеть постоянку? Например, при наблюдении сигналов зажигания разница некритична, т.к. основные параметры зажигания — длительность искры и остаточные колебания отображаются правдиво, и все это довольно хорошо видно и на стандартной звуковухе, что не удивляет, т.к. сигнал зажигания — быстрый. Обратимся к практике.

Управляющие импульсы на модуль зажигания и вторичка зажигания ВАЗ-2112. Норма.

Как видно, различия в столбцах слева и справа носят скорее эстетический характер — неисправный МЗ отлавливается на обоих типах карт по отсутствию затухающих колебаний.
Но, обратите внимание, что импульс управления в левом столбце имеет противный уплыв на горизонтальном участке обусловленный закрытостью входа стандартной звуковухи. Причем чем медленнее будет сигнал, тем сильнее будут искажения (в конце этого замедления — полный аллес, т.е. прямая линия). Сравните сигналы датчика распредвала полученные на картах обоих типов. Насколько это ограничивает возможности диагноста?

Сигнал датчика распредвала 406дв., холостой ход.

Казалось бы, что и тут стандартной звуковой карты вполне достаточно, т.к. она достоверно определяет временные интервалы. Опровергает эту надежду следующий пример: сигнал неисправного датчика распредвала не дотягивал двух вольт до нуля, и по этой причине ЭБУ отказывался учитывать его сигнал при управлении двигателем. На стандартной звуковой карте эту неисправность не отловить, просто пройдем мимо. Это уже серьезнее…

Доработанная звуковая карта через спецадаптер. По вертикальной шкале вольты.

Сигналы датчика распредвала дв. ВАЗ-2111. Справа сигнал неисправного датчика.

И, наконец, сигналы низкой частоты стандартной звуковухе попросту недоступны. А их немало, их даже большинство (кислородник, датчик положения дросселя, дрейф температурного датчика и др.). Из анализа выпадает немало тестов. Например форму скачка сигнала ДМРВ при включении зажигания (что является одной из достоверных характеристик его здоровья) на стандартной звуковухе не увидеть. Итоговое напряжение после завершения переходного процесса можно посмотреть и вольтметром, а сам переход только запоминающим осциллографом, и только тем что способен показывать постоянную составляющую сигнала, т.е. иметь открытый вход.

Сигнал ДМРВ Bosch при включении зажигания.

К тому же, возможность видеть постоянку позволяет откалибровать шкалу осциллографа в физических величинах — вольтах, миллиамперах, барах, сантиметрах и т.д. Все зависит от начиненности поста датчиками — преобразователями физических величин. Смотреть осциллограммы еще.

За радостью первых осциллограмм (неважно на каком оборудовании полученных) последует недоумение: «А как их толковать?», и здесь вполне уместна аналогия с медициной. По одной и той же кардиограмме работы сердца врачи с разным опытом сделают разные выводы. От менее опытного ускользнет то что более опытный посчитает важным. Т.е. чтобы лучше читать осциллограммы надо их много читать, и количество обязательно перейдет в качество.

На сегодняшний день трудно представить полноценную диагностику без осциллографа, или его старшего брата — мотортестера. Особенно остро он необходим при диагностировании автомобилей имеющих слаборазвитую самодиагностику зашитую в программу ЭБУ (если она вообще есть). Чем «глупее» ЭБУ, тем больший объем диагностических работ перекладывается на внешнее оборудование. Осциллограф — один из их числа. А если речь идет об иномарке, к ЭБУ которой вы не можете подступиться ввиду отсутствия трехкилобаксового сканера, то без осциллографа совсем плохо.
Распространенный случай на автомобилях даже с продвинутой самодиагностикой — ЭБУ зафиксировал множественные пропуски воспламенения в каком-то цилиндре и отключил его форсунку. Пропуски воспламенения могут быть вызваны массой причин, и необязательно пропусками в зажигании. Но даже и в последнем случае ЭБУ не укажет конкретную причину (свеча? провод? катушка?), а просто вырубит форсунку и все — разбирайтесь сами. А осциллограф укажет. Причем, осциллографом можно выявлять и неисправности не имеющие никакого отношения к системе управления, чем кстати и ограничивается в большинстве случаев родная ЭБУшная самодиагностика. Например, по сигналу ДМРВ работающего на холостом ходу двигателя можно обнаружить отклонение от нормы в ГРМ.
Да мало ли где может пригодиться осциллограф!? И не только в ремонте автомобилей, хотя бы и магнитолу чинить. Использование Powergraph может быть полезным еще и там где необходима длительная регистрация сигнала во времени, что собственно и является прямым назначением программы — самописец.
Не обойтись нам и без наблюдения сигналов в реальном времени. Достаточно щелчком мыши запустить другую программу (при неизменном железе) и самописец превращается в real-time осциллограф. Таким же образом можем получить спектроанализатор и генератор. В предлагаемом в этой статье осциллографе отсутствует какая-либо привязка к конкретному ПО, что делает вас независимым в выборе софта который найдете на просторах интернета в великом множестве.

Комплектация осциллографа изображенного на фотографии:

1. двухканальный адаптер в металлическом корпусе с возможностью калибрования каждого канала. Один из каналов разбит на три калиброванных поддиапазона (1:1, 1:10, 1:100), переключение производится одним тумблером на адаптере. Поддиапазон 1:1 позволяет получить качественный сигнал при просмотре низковольтных величин (кислородник, датчики на основе пьезоэлементов, ДМРВ, токовый датчик, микрофон и др.). Входное сопротивление адаптера не хуже 1мОм на каждый канал. Входные сигнальные гнезда адаптера могут быть выполнены в виде тюльпан-аудио, либо BNC (по желанию заказчика). Для исследователей низковольтных сигналов может быть полезен поддиапазон 2:1, в этом случае он вытесняет из адаптера поддиапазон 1:100 (опция);
2. доработанная звуковая карта (PCI);
3. датчики: емкостной — для отображения вторичного напряжения зажигания с кабелем длиной 3м. Универсальный щуп с кабелем длиной 3м.;
4. диск с несколькими вариантами ПО осциллографа, драйвером прилагаемой звуковой карты и мануалом по установке.

Лучшиe прoгрaммы oсциллoгрaфa для ПК на Windows

В следующих разделах представлены краткие обзоры популярных специализированных программ. При выборе следует обратить внимание на простоту обучения, язык интерфейса, иные детали с учетом потребностей конкретного пользователя.

FrequencyAnalyzer

Программа создана для обработки сигналов звукового диапазона. Допустимо изменение частоты измерений. Преобразование в 8 (16) разрядов по выбору пользователя помогает установить необходимую точность. Недостаток – отсутствие русифицированной версии.

Winscope

Этот осциллограф онлайн не только показывает сигнал. При выборе соответствующего режима на экране отображаются фигуры «Лиссажу». Пользователь может изучить спектральное распределение в диапазоне от 20Гц до 20 кГц.

Осциллoгрaф Спeктр в рeaльнoм врeмeни

Multi-Instrument содержит не только осциллограф, но и генератор. Этот набор программного обеспечения дополнен анализатором спектра. Такое оборудование подходит для комплексных испытаний радиоаппаратуры.

Компьютер в роли осциллографа, спектроанализатора, частотомера и генератора

Современная измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного компьютера.

Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, — специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, — спектроанализатор, осциллограф, частотомер… , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях.

Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете.

Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом — как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому — звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, — на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, — примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы.

Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих — аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки.

Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного — к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра.

При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).

Что можно сделать с помощью осциллографа

В мастерской электронщика и электрика если не обязательно, то, по крайней мере, крайне желательно наличие осциллографа. Его используют на ряду с простыми измерительными приборами: амперметром, вольтметром, омметром, в конце концов мультиметром. Из этой статьи вы узнаете об осциллографе — что это такое и для чего он нужен.

Осциллограф — что это?

Все, кто работает с электричеством, знают, что напряжение измеряют вольтметром, а ток амперметром. Но эти приборы показывают только то значение тока, которое есть в момент измерений. Даже при измерении переменных по значению и знаку величин вы получаете какое-то усредненное по определенным алгоритмам или законам значение.

Но с помощью вольтметра можно следить за тем, как измеряется величина, правда, с погрешностями. У стрелочных приборов они обусловлены конструктивными особенностями, а у цифровых также, но добавляются еще и частота дискретизации и другие программные проблемы.

Но как проследить за быстроизменяющимся сигналом, у которого величины изменяются за тысячные и миллионные доли секунды?

Такие измерения крайне важны во многих сферах:

Во всех областях электронике;

При изучении параметров электрооборудования;

В диагностике и настройки систем автомобиля и прочих.

Для этого используют осциллографы и осциллографические пробники. Осциллограф — это тот же вольтметр, только на экране которого показывается не значение напряжения сигнала, а его форма и поведение. Форма сигнала отображается с привязкой к шкале проградуированной в Вольтах (вертикально) и секундах (горизонтально) — для подробного их изучения.

На картинке ниже вы видите примеры изображений на экране осциллографа, красным выделено сколько микросекунд в одном квадратике по горизонтали, а зеленым – сколько вольт по вертикали. Иными словами цена деления на изображении – 1В/дел и 10 мкс/дел.

Сразу стоит отметить, что, в основном, с помощью осциллографов изучают сигнал, который периодически повторяется. Сигналы изменяющиеся произвольным образом изучают с помощью осциллографа с функцией самописца.

Такой функцией обладают преимущественно цифровые осциллографы, но не все цифровые осциллографы умеют записывать осциллограммы в память. На фото ниже изображен аналоговый с электроннолучевой трубкой – он для таких задач не подходит.

Чтобы разобраться каким образом сигнал, который измеряется с периодом в доли секунды замирает на экране можно привести простой пример — стробоскоп. Если любой подвижный предмет периодически освещать коротковременными вспышками света, то в результате вы будете видеть конкретные его положения, как на фотографиях.

При этом, если освещать таким образом вращающийся с определенной скоростью предмет, то при условии, что частота вспышек совпадет со скоростью его вращения — вы будете видеть неподвижный предмет или определенную часть вращающегося предмета обращенного к вам одной и той же стороной в момент вспышки. Если частота вспышек не будет совпадать со скоростью вращения предмета, то вы будете видеть последовательность отдельных его участков в произвольном порядке.

Я встречал и сравнение на примере поезда с бесконечным числом одинаковых вагонов:

Если вспышки буду идти с частотой, совпадающей с частотой смены вагонов перед вами, то вам будет казаться, что каждый раз вы видите один и тот же неподвижный вагон перед собой.

Таким же образом работает и осциллограф — он отображает один и тот же участок периодического сигнала, в результате вы можете изучить особенности его изменения.

В пределах этой статьи мы не будем вдаваться в блоки, из которых он состоит, режимы работы, синхронизации и прочего, давайте рассмотрим что можно сделать с помощью осциллографа.

Осциллограф в электронике

Первое что приходит в голову — это электроника. Вы не можете наглядно увидеть, открылся ли транзистор, и как часто он это делает. Кроме того, при проектировании современных быстродействующих устройств, важно знать не только о самом факте срабатывания полупроводниковых ключей, но и о формах фронтов нарастания и затухания тока и напряжения.

Благодаря этому вы можете узнать насколько правильно подобран режим работы транзистора или другого компонента и о корректности работы радиоэлектронного устройства в целом.

Итак, при проектировании электроники нужно использовать осциллограф для наладки готового изделия и подбора конечных номиналов компонентов, что повышает его надежность.

Осциллограф в ремонте

Ремонт электроники это процесс поиска вышедшей из строя детали, который без необходимого набора инструментов сводится к поочередной замене элементов и узлов до доведения прибора до работоспособности. Иначе говоря — ремонт методом тыка.

Отдельные элементы, например транзисторы, резисторы, индуктивности и конденсаторы зачастую вы можете проверить с помощью мультиметра или универсального транзистор-тестера. С микросхемами дело обстоит иначе.

При ремонте блоков питания вы можете наглядно проконтролировать работу ШИМ-контролера — сердца импульсных преобразователей. Больше нет способов с помощью которых вы можете достоверно убедится в его исправности. Хотя в этом можно убедиться по косвенным признакам.

При ремонте устройств с микроконтроллерами можно проверить работу тактового генератора, наличие сигналов на всех пинах микроконтроллера.

При диагностике усилителей звука, можно увидеть в каком месте исчезает или искажается сигнал.

Ремонт автомобилей

Большинство неисправностей современных автомобилей типа: «не заводится», «провалы при разгоне», «плохо едет и глохнет», — связаны с проблемами в электрической части. Так как все двигателя, которые сейчас устанавливаются, инжекторные, если речь вести о газе или бензине, а если в двигатель работает на дизельном топливе, то у него наверняка стоят форсунки с электронным управлением. То же самое касается и системы зажигания.

Для функционирования систем впрыска и зажигания топлива, расчета моментов срабатывания форсунок и искрообразования, необходимо знать о положении коленчатого и распределительного валов двигателя. Поэтому автомобили оборудованы множеством датчиков.

Для диагностики всех этих систем используют как встроенные протоколы связи, считывают ошибки, так и мотортестеры — приборы которые могут и связываться с системой управления двигателя и работать в роли осциллографа.

Таким образом вы можете узнать о работе датчиков положения, проследить соответствие положения распределительного и коленчатого вала (фазы ГРМ).

С помощью специальных щупов — исправность работы системы зажигания, а по форме осциллограммы определить неисправность катушки, свечей, высоковольтных проводов и наличие импульса на катушки вообще.

Систему зарядки автомобиля можно проверить с помощью осциллографа. Так вы можете диагностировать неисправности диодного моста генератора, не снимая его с автомобиля.

Заключение

Осциллограф помогает увидеть форму сигнала и есть ли он вообще. Это важно и при разработке устройств и при их ремонте. Следует отметить, что можно обойтись и без него, но тогда вы потратите намного больше времени на диагностику прибора, а ремонт превратится в гадание на кофейной гуще.

Осциллограф на автосервисе. Что, для кого и для чего

Применение электроники в автомобиле требует наличия электроизмерительных приборов и в автосервисах. А предоставляемые ими удобства в работе таковы, что традиционные механические, пневматические и гидравлические тестовые методики постепенно вытесняются из практики. Хорошим примером является появление цифрового многоканального осциллографа в качестве ядра такого диагностического стенда, как мотор-тестер.

Что такое осциллограф

Основными параметрами электрического сигнала, неважно, силовой он или измерительный, являются ток и напряжение. Но эти физические величины человеком не воспринимаются, нужен измерительный прибор, преобразующий их значения в наглядный вид. Кроме того, должно проводиться косвенное сравнение с эталоном, то есть метрологическая процедура.

Эти функции выполняются вольтметром или амперметром, которые сейчас объединяются в составе мультиметра, способного измерять и некоторые другие параметры электрических цепей. Но подобные приборы не обладают наглядностью в наблюдении динамики процессов, происходящих к тому же с высокой скоростью. Вот тут и нужен осциллограф.

Данный прибор способен предоставлять информацию об однократных или циклически повторяющихся электрических процессах в графическом виде. По одной оси графика откладывается время, по другой – измеряемая величина. Скорость отслеживания в автомобильном варианте составляет единицы микросекунд у лучших приборов.

В настоящее время осциллографы в автомобильной диагностике выполняются в виде приставок к компьютеру. Принцип работы – цифровой. Это означает, что сигнал дискретизируется во времени аналого-цифровым преобразователем, после чего отсчёты, а их может быть порядка десяти миллионов в секунду, заносятся в память и выводятся на экран ноутбука.

Программное обеспечение прибора позволяет максимально помочь диагносту с сервисными функциями. Значения можно выводить в любой физической величине, по любой шкале, с автоматическим выбором и по нескольким каналам одновременно. А поскольку это всё же не просто прибор из практики радиоинженера, а составная часть мотор-тестера, то организуется и система автоматических тестов двигателя с формированием результатов и подсказок.

Какие узлы и системы подлежат проверке

Тестировать можно практически весь двигатель:

• компрессия и нюансы изменения давления в цилиндрах, работа поршневых колец;
• разрежение на впуске и противодавление на выпуске, состояние катализатора и клапанов;
• параметры практической работы системы зажигания, свечей, катушек, высоковольтных проводов, драйверов, регуляторов опережения;
• работа топливной аппаратуры, форсунок, насоса, регуляторов;
• состояние газораспределения, сохранность фаз, просмотр анимации газообмена в цилиндрах;
• работа дополнительных устройств повышения эффективности мотора – наддува, изменения фаз и высоты подъёма клапанов, геометрии трактов впуска и выпуска;
• сигналы всех датчиков системы управления двигателем и реакция исполнительных механизмов;
• проверка стартёра, генератора, аккумулятора.

По мере увеличения количества электронных систем в автомобилях растёт и роль осциллографа. Фактически диагност со временем превратится в инженера-электронщика, а представители этой профессии давно срослись с осциллографами, и без них работа просто невозможна.

Что представляет собой мотор-тестер и чем они отличаются

В практическом исполнении осциллографы могут быть разными по способностям, уровню сложности, естественно, и по цене. А в рамках мотор-тестера приборные комплексы различаются ещё и комплектацией. Например, могут присутствовать следующие образцы вспомогательного оборудования:

• датчики давления в цилиндрах и разрежения во впускных трактах;
• индуктивные и ёмкостные датчики бесконтактного считывания сигналов различного уровня и назначения;
• универсальные щупы и делители;
• синхронизирующие датчики;
• приспособления для удобства работы с электропроводкой;
• переходники и удлинители;
• кабели связи;
• различное программное обеспечение.

Наряду с такими параметрами оборудования, как амплитудный и частотный диапазоны исследуемых сигналов, частота дискретизации и апертурные способности, помехозащищённость и количество каналов, могут отличаться и возможности по обеспеченности сервисными программами. Они бывают подсказывающими, справочными и обучающими, предоставлять множество дополнительных удобств в работе, иногда понятных только опытным профессионалам, а иногда наоборот – бросающихся в глаза новичкам при первом использовании.

Например, самым сложным и технически продвинутым считается осциллограф Постоловского USB Autoscope IV в полном комплекте датчиков и прочего вспомогательного оборудования. Этот восьмиканальный прибор заслужил и международное признание. Прекрасные характеристики – частота дискретизации до 12,5 МГЦ, при разрядности АЦП до 16 бит. Профессиональный уровень, богатая комплектация.

Но вполне возможно использовать на любом уровне диагностики и приборы попроще, например профессиональный мотор-тестер DIAMAG 2 ничуть не хуже в практике работы, при этом значительно дешевле. Шесть каналов, возможность дифференциального включения по входу, наличие библиотеки тестов, частота дискретизации в 1 МГц вполне достаточна для всех реальных применений в работе диагноста.

Существуют и ещё более практичные приборы, удобные для проведения экспресс-диагностики без фанатизма в глубоком погружении к физическим основам отказов. Например, двухканальный АВТОАС-ЭКСПРЕСС 2М обойдётся ещё дешевле, при этом обязательно быстро себя окупит, поскольку располагает в комплекте всем, что непременно потребуется. Известно, что примерно 95% всех случаев обращения к диагносту не требует больших умственных усилий, сложного оборудования и больших затрат времени. Достаточно простой, но эффективный прибор быстро укажет на источник проблем, что даст отличный старт для предстоящего развития участка автомобильной диагностики.