АСК-4106 — комбинированный прибор-приставка к ПК (ЦЗО+генератор)

Описание прибора АСК-4106:

Прибор комбинированный АСК-4106 (далее — прибор) сочетает возможности осциллографа двухканального цифрового запоминающего и генератора сигналов произвольной формы двухканального цифрового. Прибор работает совместно с компьютером по интерфейсам USB 1.1 или LPT в режиме EPP. Смотрите также: Статья "Измерения по заданной траектории в USB-лаборатории (измерительный комплекс АСК-4106)"
Статья "Виртуальная USB-лаборатория АКТАКОМ — прорыв в будущее"

Назначие прибора АСК-4106:

Прибор состоит из двух функциональных модулей: модуля двухканального цифрового запоминающего осциллографа и модуля генератора сигналов произвольной формы.
Модуль двухканального цифрового запоминающего осциллографа предназначен для изучения сигналов от внешних устройств, их отображения на мониторе компьютера, измерения параметров сигналов и математической обработки с помощью программного обеспечения.
Модуль генератора предназначен для выдачи сигналов произвольной формы, включая стандартные, а также задаваемые пользователем с помощью математических выражений или графически.
Модули могут работать как независимо друг от друга, так и совместно под управлением соответствующего программного обеспечения. Для одновременного управления работой модулей осциллографа и генератора необходим модуль АСЕ-1005 (встраивается непосредственно в прибор), который имеет гальваническую развязку по интерфейсу USB. Модуль АСЕ-1005 устанавливается в прибор при сборке или в сервис-центре.
Прибор применяется для наладки, ремонта, лабораторных исследований и испытаний приборов и систем, используемых в радиоэлектронике, связи, автоматике, вычислительной и измерительной технике, приборостроении.

Осциллограф

Измерение параметров сигнала — двумя перемещаемыми курсорами, а также автоматическое измерение частоты и амплитуды синусоидального сигнала; размаха, длительности и периода импульсного сигнала; параметров переходной характеристики — выброса и времени нарастания.

В стробоскопическом режиме при коэффициентах развертки менее 1 мкс/дел. возможна нестабильность амплитуды отображаемого сигнала до ±2%, а также искажение формы сигнала или его отсутствие на краях собираемого буфера данных в пределах 10 нс.
Максимальное входное напряжение не более двукратного превышения полной шкалы для каждого предела, но не более 100 В пикового значения при сопротивлении входа 1 МОм и не более 5 В пикового значения при сопротивлении входа 50 Ом.      

Примечания:

1. Допустим кратковременный случайный срыв синхронизации при входном синусоидальном сигнале частотой менее 10 кГц на коэффициентах отклонения 20 мВ/дел. и менее.
2. Допустима нестабильность изображения сигнала на экране по горизонтали в пределах ±1 выборки.      

      Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры в пределах рабочей области температур — не более предела основной погрешности на каждые 10 °С изменения температуры.

Генератор:

• Количество выходных каналов: 2.
• Диапазон частот выходного сигнала: от 0,1 Гц до 10 МГц.
• Частота сигнала, воспроизводимая генератором, определяется его тактовой частотой и длиной сигнала по формуле:
• f = fT/N, где: f — частота сигнала; fT — тактовая частота генератора, может быть установлена в одно из 16 значений: максимальное — 80 МГц, каждое последующее — в 2 раза меньше — 40 МГц, 20 МГц, 10 МГц и т. д. до 2,441 кГц; N — длина сигнала: любое четное целое число выборок в диапазоне от 8 до 131000.
• Основная относительная погрешность воспроизведения частоты не превышает ±0,05%.
• Дополнительная погрешность воспроизведения частоты, вызванная изменением температуры в пределах рабочей области температур не превышает 0,05% на каждые 10°С изменения температуры.
• Максимальный размах выходного напряжения:
  на нагрузке 1 МОм ±2,5 В.
  на нагрузке 50 Ом ±1,25 В.

• Шаг дискретной установки выходного напряжения:
  на нагрузке 1 МОм не более 1,5 мВ.
  на нагрузке 50 Ом не более 1,0 мВ.

• Неравномерность уровня выходного синусоидального напряжения в диапазоне частот относительно уровня на частоте 1 кГц не превышает ±1 дБ.
• Длительность фронта и среза (каждого в отдельности) прямоугольного сигнала не превышает 20 нс.

Выбор формы для обоих каналов: независимый.
Максимальное число точек на канал: 131000.
Частота среза отключаемого фильтра нижних частот: 15 МГц ±20%.
Максимальная тактовая частота: 80 МГц.

Общие характеристики:

• Прибор предназначен для работы с компьютером по интерфейсам USB 1.1 или LPT в режиме EPP.
• Питание: 220 В ±10%, 50 Гц.
• Потребляемая мощность: не более 20 Вт.
• Время непрерывной работы: не менее 8 ч.
• Время установления рабочего режима: не более 15 мин.
• Срок службы прибора: не менее 6 лет.
• Электрическая прочность изоляции между входом сетевого разъема и корпусом прибора выдерживает без пробоя испытательное напряжение.
• частотой 50 Гц и эффективным значением 1,5 кВ в нормальных условиях, в течение не менее 2 с.
• Электрическое сопротивление изоляции цепи питания относительно корпуса прибора не менее 50 МОм при испытательном напряжении 1000 В.
• Электрическое сопротивление защитного заземления между зажимом защитного заземления и всеми доступными токопроводящими частями, соединенными с зажимом защитного заземления, не более 0,5 Ом.
• Рабочие условия эксплуатации:
• температура +5…+40 °С
• относительная влажность воздуха не более 80 % при 25 °С
• атмосферное давление от 630 до 800 мм рт. ст.

Условия хранения: температура –30…+50 °С
относительная влажность воздуха 30…80 %
Габаритные размеры (ширина х высота х глубина) 260х70х210 мм.
Масса не более 2,0 кг.      

Особенности запуска программы осциллографа-анализатора:

Заголовки, имеющие золотой ключ являются дополнительными опциями программного обеспечения осциллографа–анализатора АСК-4106-РО5 и измерительного комплекса АСК-4106-РО7. При первом запуске программы осциллографа-анализатора необходимо ввести ключ доступа, который приобретается как отдельная опция и соответствует подключенному прибору. Можно отказаться от ввода ключа, в этом случае программа запустится в демонстрационном режиме. В этом режиме доступны все функции программы, но данные не считываются из прибора, а «придумываются» математическим эмулятором (см. «Использование эмулятора сигналов»). Если программа запущена без подключенного прибора, она также автоматически перейдет в демонстрационный режим.
Для приобретения ключа доступа, который позволяет работать с программой осциллографа-анализатора и поставляется как отдельная опция, необходимо связаться с поставщиком оборудования.

Модуль осциллографа

Главная панель:

Комбинированный прибор АСК-4106 имеет понятный и удобный интерфейс, который может настраиваться пользователем. Например, пользователь может выбрать внешний вид и цветовое оформление панелей прибора, цветовую схему для осциллограмм, язык панелей (русский или английский), включить и записать свой вариант звукового сопровождения событий и др.
К услугам пользователя — всплывающие подсказки, «прилипающие» панели (прилипшие панели располагаются вплотную друг к другу и перемещаются совместно, как одно окно).
Каждый режим работы комбинированного прибора выполнен в виде отдельного окна, которые пользователь может располагать в удобном для себя участке экрана монитора.

Для осциллографа-анализатора:

Дополнительные функции программы осциллографа-анализатора

Программа осциллографа-анализатора содержит следующие дополнительные функции:
1. Произвольное масштабирование отображаемых данных, дополнительный обзорный график.
2. Двухуровневая аварийная сигнализация в режиме цифрового самописца.
3. Режим послесвечения (цифровой люминофор).
4. Вычисление фазового сдвига между каналами.
5. Режим цифрового вольтметра.
6. Автоматическое измерение параметров фронтов и импульсов.
7. Спектральный анализ (БПФ) и спектральная цифровая фильтрация сигнала.
8. Вычисление следующих специальных функций:
- сумма, разность, отношение или произведение двух выбранных каналов;
- среднее геометрическое двух выбранных каналов;
- производная выбранного канала;
- интеграл выбранного канала;
- интеграл произведения каналов;
- корреляция двух выбранных каналов; - передаточная функция двух выбранных каналов.
9. Статистические вычисления и гистограмма распределения вероятности.
10. Режим управляемой эмуляции сигналов, используется для работы программы при отсутствии реального прибора (с тестовыми или учебными целями).
11. Встроенный калькулятор формул.
Для приобретения ключа доступа, который позволяет работать с профессиональной версией программы и поставляется как отдельная опция, необходимо связаться с поставщиком оборудования. Вы можете отказаться от ввода ключа, в этом случае программа запустится в демонстрационном режиме. В этом режиме доступны все функции программы, но данные не считываются из прибора, а «придумываются» математическим эмулятором (см. «Использование эмулятора сигналов»). Если Вы запустите программу без подключенного прибора, она также автоматически перейдет в демонстрационный режим.

Для стандартной программы:

Основной график
Является главным средством отображения результатов измерений. Содержит изображения измеренных сигналов, дополнительных кривых, меток, курсоров и т. д. Подробное описание элементов графика и операций с ним см. в разделе «Индикация принятых сигналов». По левому краю основного графика может перемещаться ползунок, обозначающий уровень запуска канала A или B.
Если включен режим цифрового вольтметра (см. «Цифровой вольтметр»), то поверх графика отображается панель, отображающая результаты измерения среднеквадратической, амплитудной и средней величин сигналов по обоим каналам. Аналогично, если включен режим определения фазового сдвига (см. «Вычисление фазового сдвига»), то поверх графика отображается панель с результатом определения фазового сдвига. Вы можете свободно передвигать эти панели мышью в любое место главной панели или даже совсем вынести их за пределы родительской панели: в этом случае они будут отображаться как отдельное окно.
Обзорный график
Запоминающий осциллограф оснащен аппаратным буфером на 128 килобайт по каждому каналу. График длиной более чем в 130000 точек, изображенный даже на полном экране монитора с разрешением по горизонтали в 800 точек, будет весьма приблизительным. Поэтому на основной график обычно выводится только небольшая часть записанного сигнала. Для того, чтобы оператор мог иметь общее представление о характере информации полного буфера и выбрать нужную часть для подробного отображения, служит обзорный график в нижней части панели. Вы можете изменить размер или совсем убрать обзорный график, передвигая мышью вверх или вниз границу между основным и обзорным графиками.
Как с помощью курсоров обзорного графика и элемента прокрутки выбирать нужную часть сигнала для подробного просмотра, Вы можете прочитать в разделе «Индикация принятых сигналов».      

Автоматическая настройка на сигнал

По этой команде программа будет пытаться автоматически подобрать оптимальные для поданного сигнала настройки прибора — горизонтальную и вертикальную развертку и уровень синхронизации.

Определение импульсных параметров сигнала

Пользователю комбинированного прибора АСК-4106 доступны курсорные измерения, с возможностью отображения разности между двумя курсорами. Программа имеет выдающиеся возможности автоматического определения стандартных параметров импульсных сигналов. Вычисления параметров проводятся по указанному участку сигнала.

Канал — выбор канала, по которому проводятся измерения.
Статус — строка, показывающая состояние измерений параметров импульса. Возможны следующие сообщения:
Параметры успешно определены — определены все возможные параметры;
Только «восходящие» параметры — определены только параметры, измеряемые на восходящем фронте;
Только «спадающие» параметры — определены только параметры, измеряемые на спадающем фронте;
Только параметры фронтов — определены только параметры, измеряемые на восходящем и спадающем фронтах;
Параметры не определены — никакие параметры не определены.
Справа от строки статуса расположены три вспомогательных статусных светодиода, показывающие успешность определения параметров (сверху вниз) периода, спадающего фронта и восходящего фронта. Успешное определение параметров отображается зеленым цветом, ошибка — красным.
Параметры — числовые поля, отображающие результаты измерений. Неопределенные параметры отображаются «недоступными». Используемые алгоритмы определения параметров описаны в разделе «Определение импульсных параметров».
Алгоритмы, используемые для определения параметров импульсов, могут использоваться для выполнения такой распространенной задачи, как выделение из отображаемого участка сигнала целого числа периодов.      

Спектральный анализ (быстрое преобразование Фурье)

Программа позволяет провести спектральный анализ выделенного участка сигнала. Для этого используются алгоритмы прямого и обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ).
В режиме БПФ пользователь может видеть:

• Число точек дискретизации сигнала, по которым проводится преобразование.
• Число точек для преобразования после передискретизации (ближайшее сверху число — степень двойки).
• Передискретизация необходима для использования алгоритма быстрого преобразования.
• Осн. частота — основная частота сигнала. Определяется по максимальному модулю коэффициентов разложения.
• Коэфф. н. и. (%) — коэффициент нелинейных искажений в процентном выражении.
• Частота — частота, соответствующая точке спектра, отмеченной курсором.
• Уровень — уровень в точке спектра, отмеченной курсором, относительно максимума (принимается за 0 дБ).
• Мощ. фильтра (%) — мощность фильтра в процентном выражении. Отношение мощности пропускаемых фильтром гармоник к полной мощности сигнала. Пользователь может установить число первых коэффициентов разложения, отображаемых на графике спектра. Это число не может быть больше половины базы.

График БПФ отображает спектр выбранного сигнала в логарифмической шкале «частота-амплитуда». По желанию пользователя может также отображаться фазо-частотная зависимость. Для измерений используется вертикальный курсор.
При включенном режиме преобразования Фурье Вы можете использовать возможность спектральной фильтрации сигнала. Суть его в том, что перед обратным преобразованием анализируемого сигнала Вы можете оставить в нем только те частоты, которые Вам нужны, и подавить нежелательные.
По желанию пользователя на графике может отображается фазо-частотная зависимость.

ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ:

Для осциллографа-анализатора

Для стандартной программы

Кроме аппаратной фильтрации сигнала в цепях запуска, не влияющей на результаты оцифровки сигнала, система обладает возможностями цифровой фильтрации измеренного сигнала. Эти функции реализованы на программном уровне и действуют только на отображение уже собранных данных. Включить и выключить фильтрацию можно с помощью панели цифровой фильтрации. Простейшую фильтрацию обеспечивает алгоритм накопительного фильтра. Для каждой точки времени отображается среднее за указанное количество сборов значение сигнала. Таким образом, подавляются случайные шумовые составляющие сигнала. Для каждой точки времени отображается среднее за указанное количество сборов значение сигнала. Количество точек для усреднения задается пользователем в диапазоне от 0 до 50.
Полиномиальный фильтр не требует повторных измерений. Используется быстрый алгоритм многопроходного биноминального сглаживания. Количество проходов задается пользователем в диапазоне от 0 до 50. Резкие броски сигнала «размазываются» по ближним точкам, тем самым подавляются высокочастотные шумы. Может сильно искажать сигнал, имеющий «угловатую» форму. Включенный накопительный или полиномиальный фильтр действует на оба канала в выделенном временном диапазоне.
Большие возможности представляет использование спектрального фильтра. Для использования этой функции необходимо включить режим преобразования Фурье (см. раздел «Спектральный анализ»). В результате этого преобразования исследуемый сигнал представляется как суперпозиция гармонических колебаний с различными частотами, амплитудами и фазами. С помощью графических элементов панели Фурье-анализа пользователь может указать программе проводить обратное преобразование, предварительно усилив или ослабив указанные компоненты сигнала. Спектральный фильтр будет действовать только на тот канал, для которого проводится быстрое преобразование Фурье. Для того, чтобы указать программе участок сигнала, который необходимо подвергнуть обработке, обозначьте его начало и конец по временной шкале курсорами основного графика главной панели (о курсорах см. «Использование курсоров основного графического окна для измерений). Как правило, для спектральной фильтрации периодического сигнала удобнее использовать участок, содержащий целое число периодов основной частоты. Программа позволяет сделать это автоматически простым двойным левым щелчком мыши на основной график (см. раздел «Определение импульсных параметров»).

Математическая функция (специальная обработка)

АСК-4106 имеет мощные математические средства для обработки собранных данных «на лету». На основной график главной панели, помимо осциллограмм по обоим каналам можно выводить математические функции от них:

• Сумма (разность, отношение, произведение) каналов A и B — Для каждой точки времени вычисляется указанная арифметическая операция между соответствующими значениями каналов A и B.
• Среднее геометрическое каналов A и B — Для каждой точки времени вычисляется квадратный корень из произведения соответствующих значений каналов A и B.
• Производная выбранного канала — Отображаются результаты дискретного дифференцирования выбранного канала.
• Интеграл выбранного канала — Вычисляется определенный интеграл для выбранного канала. В качестве аддитивной постоянной выбирается среднее значение сигнала в отображаемой области.
• Интеграл произведения каналов — Вычисляется определенный интеграл для произведения каналов. В качестве аддитивной постоянной выбирается среднее значение произведения сигналов в отображаемой области.
• Корреляция каналов A и B — Находит корреляцию массивов данных каналов А и В.
• Передаточная функция канала A к B — Передаточная функция — отношение лапласовских изображений двух функций. В программе для вычисления передаточной функции используется преобразование Фурье, как частный случай преобразования Лапласа, т. к. результаты этих преобразований, в общем случае, являются комплексными, для отображения на графике используются модули результатов. Вывод осуществляется в логарифмической шкале.

  Статистические вычисления

  Для большего числа определяемых программой параметров имеется возможность проведения статистической обработки этой величины по времени.Для этого следует в панели статистики выбрать параметры для обработки (Вы можете выбрать до трех одновременно обрабатываемых параметров) и включить статистические вычисления кнопкой .
  При каждом новом измерении новое значение выбранного параметра вносит соответствующие поправки в вычисляемые статистические величины.
  Если выбранный параметр при очередном измерении не был определен (например, Вы ведете статистику по одному из параметров импульса, и в принятом сигнале импульс не обнаружен), то статистика не исправляется. В этом случае название параметра будет отображаться затемненным. Ниже приведено описание вычисляемых программой статистических параметров.
  Среднее — среднее арифметическое по выборке. Сумма всех набранных значений, деленная на их количество.
  Максимум — максимальное значение в выборке.
  Минимум — минимальное значение в выборке.
  Ст. девиация — стандартная девиация, квадратный корень из среднего квадрата отклонения каждого из значений в выборке от среднего значения. Учтите, что здесь используется упрощенный накопительный алгоритм расчета девиации, не учитывающий изменения среднего значения. Это упрощение, как правило, приводит к небольшому занижению расчетного значения. Более строгий и точный алгоритм используется при использовании гистограммы (см. ниже).

  Эмуляция сигналов

  Для работы программы в отсутствии реального прибора (с тестовыми или учебными целями) можно воспользоваться функцией эмулятора сигналов. Программа будет работать так, как будто к ней подключен реальный осциллограф, на входы которого подается периодически повторяющийся заданный Вами сигнал. Пользователь может:

• Выбрать один из стандартных сигналов из выпадающего списка «Предопределенные формы».
• Задать сигнал в виде математической формулы в строке «Функция».
• Просто нарисовать нужную форму мышкой на графике.

  Режим самописца

  
  
  Режим самописца качественно отличается от обычных режимов осциллографа тем, что чтение данных из прибора и их отображение производится в реальном времени, без остановки процесса измерений. Чтобы при этом не терялись возможности обработки данных на основном графике главной панели, введена отдельная панель самописца с «лентопротяжными» графиками. Данные в эти графики выводятся непрерывно по мере поступления новых данных. Основной график самописца — немасштабируемый графический элемент «лентопротяжного» типа. Отображает десятую часть полного буфера данных прибора (т. е. 6553 выборок) с частотой 1 из 10 точек. Обзорный график самописца — немасштабируемый графический элемент «лентопротяжного» типа. Отображает полный буфер данных прибора (т. е. 131071 выборок) с частотой 1 из 100 точек.
  При этом можно скопировать накопленные в полном буфере данные для обработки в основной и обзорный графики главной панели. После копирования данных самописца их обработка ничем не отличается от измерений в обычных режимах.

В режиме самописца пользователь может:

• Загрузить записанный ранее файл данных (восстанавливаются также сохраненные настройки прибора — диапазоны, развертка и т. д.).
• Сохранить данные и текущие настройки прибора в файл. Во всех режимах, кроме режима самописца, сохраняется текстовый файл в формате «CSV», в который записываются последние снятые данные. В режиме самописца создается двоичный файл, в который производится постоянное дописывание новых данных.
• Запустить /остановить просмотра загруженного файла данных самописца.
• С помощью ползункового регулятора перемещаться по загруженному файлу данных самописца.
• С помощью ползункового регулятора изменять скорость прокрутки загруженного файла данных самописца.
• Использование 2-х меток времени по системным часам ПК. На специальной панели отображаются следующие величины: X — масштаб горизонтальной оси основного графика самописца, X1 — положение первой метки времени, X2 — положение второй метки времени, dX — разница между метками времени, ZT — начало шкалы времени по системным часам ПК, ZD — начало шкалы времени (дата по календарю ПК).
• С помощью регулятора верхнего (нижнего) аварийного предела задавать предел, при выходе сигнала за который срабатывает аварийная сигнализация, при этом на экране появляется индикация «Тревога» — мигающий индикатор-«лампочка» и выполняется заранее заданная пользователем команда операционной системы (отражающая реакцию пользователя на аварийную ситуацию). Для выбора скорости развертки воспользуйтесь переключателем «Развертка (Выборки)» в панели управления. Вы можете выбрать скорость развертки прибора (т. е. частоту дискретизации оцифровки входных сигналов) от 100 МГц до 1 кГц (при фиксированном экране в 500 выборок это будет соответствовать времени развертки от 500 нс/деление до 50 мс/деление). На заполнение полного (128 килобайт) буфера данных при этих развертках понадобится соответственно от 1,3 мс до 131 с.
  Система поддерживает также несколько более быстрых разверток (эффективная частота дискретизации — до 10 ГГц). Задействование этих разверток предполагает использование стробоскопического эффекта, и поэтому может применяться только к периодическим сигналам при наличии устойчивой синхронизации.

  Аварийная сигнализация

  Режим самописца может использоваться для аварийного контроля измеряемого параметра. Для этого необходимо в панели самописца задать горизонтальными курсорами графика верхний и нижний аварийные пределы.
  При выходе измеряемого сигнала за установленные пределы возникнет аварийная ситуация. Если разрешена аварийная сигнализация (см. раздел «Панель аварийной сигнализации»), то возникновение аварийной ситуации будет обозначено цветовой и звуковой сигнализацией, кроме того, будет выполнена одна из команд операционной системе, указанных пользователем в соответствующих полях панели аварийной сигнализации. Поскольку пользователь может задать различные команды для аварийных ситуаций, вызванных выходом за верхний и за нижний пределы, то, тем самым, он может реализовать регулирующую систему для измеряемого самописцем параметра.
  Запретить сигнализацию — Кнопка запрета сигнализации. Когда эта кнопка нажата, проверка аварийных условий не производится.Выключить сигнализацию — Нажатие этой кнопки выключает запущенную сигнализацию, но не запрещает последующую проверку аварийных условий.
  Автоматически выключать при устранении - если эта метка установлена, сигнализация будет автоматически выключена, как только программа обнаружит, что аварийная ситуация устранена. Иначе, сигнализация будет работать до ее ручного выключения вне зависимости от последующего состояния контролируемого параметра.
  При выходе за верхний предел выполнить: — строковое поле. Записанная в это поле команда операционной системе будет выполнена при выходе хотя бы одного из отображаемых сигналов за установленный верхний предел (об установке аварийных пределов см. «Панель самописца»).
  При выходе за нижний предел выполнить: — строковое поле. Записанная в это поле команда операционной системе будет выполнена при выходе хотя бы одного из отображаемых сигналов за установленный нижний предел.

  Время развертки и частота дискретизации

  Особенностью цифрового осциллографа, как и любого другого цифрового прибора, является дискретность получаемых измерений. Фактически, вместо непрерывной линии осциллограммы в результате измерений получается ряд отдельных измерений мгновенной величины сигнала, называемых выборками. Частота съема этих измерений называется частотой дискретизации или частотой выборок. Эта характеристика цифрового осциллографа, измеряемая в герцах, соответствует вре