STRUMENTI CON UN’ANIMA DIGITALE
Automazione delle misure mediante gli oscilloscopi universali AXIOMET
Oggigiorno gli oscilloscopi vengono impiegati non solo per l’esame dell’andamento nel dominio del tempo, ma sono dotati di molte altre funzioni di osservazione.
- Una di queste è la capacità di presentare l’andamento nel dominio della frequenza mediante il calcolo della trasformata rapida di Fourier. Questa soluzione consente di trasformare lo strumento di misura in un analizzatore di spettro.
- La presenza di ingressi per il canale X consente a sua volta di trasformare l'apparecchio in un dispositivo per l’acquisizione in modalità X-Y, per la determinazione della risposta in frequenza, l’acquisizione delle caratteristiche di corrente-tensione di elementi non lineari, ecc.
- Gli oscilloscopi con multimetro integrato che offrono possibilità di registrazione su lunghi intervalli temporali, consentono invece l'esecuzione di misure con l’impiego di cursori o la misura automatica dei parametri della forma d’onda in base criteri definiti.
Display
Gli oscilloscopi moderni sono strumenti digitali, il più delle volte dotati di display grafico TFT-LCD a colori, che può presentare diverse risoluzioni. Nei modelli più semplici e nelle apparecchiature portatili la risoluzione è 320 x 240 pixel, i modelli più accessibili con discrete funzionalità di misurazione dispongono di una risoluzione di circa 480 x 350 pixel, mentre nel caso di apparecchiature più avanzate la risoluzione è di 800 x 600 pixel.
Un maggior numero di pixel assicura una visualizzazione delle forme d'onda più leggibile, e oltre ai bordi della forma d’onda, sul display verranno visualizzate numerose informazioni utili, come ad esempio griglia di riferimento, marcatori di trigger, cursori, setpoint attuali per le tracce X e Y, e persino i valori della tensione e del tempo dell’andamento osservato.
La presentazione in modo leggibile di un elevato numero di dati su un display di dimensioni ridotte, richiede non solo l’utilizzo dei colori, ma come espresso in precedenza, anche una buona risoluzione. Il comfort di lettura inoltre dipende dalle dimensioni del display, ossia dalla sua diagonale. Naturalmente più grande è il display, più saranno visibili le informazioni presentate. Tuttavia nel caso delle apparecchiature portatili, un ampio display influisce sulle dimensioni dell’alloggiamento e sul peso del dispositivo. Pertanto nelle apparecchiature fisse vengono installati display con diagonali da 5-10 pollici, mentre nei dispositivi portatili solitamente i display non superano i 5 pollici.
Tratto Y
Un altro parametro importante dell’oscilloscopio, che conviene prendere in considerazione, è la risposta in frequenza dei tratti Y. Le apparecchiature più semplici dispongono di una larghezza di banda di 25 MHz, che permette l’osservazione di segnali fino a ca. 5 MHz. Le apparecchiature più avanzate dispongono di una larghezza di banda da 50 a persino 100 MHz, che consente di visualizzare forme d’onda distorte, fino a ca. 20 MHz. Larghezze di banda superiori a 100 MHz richiedono l’impiego di strumenti da laboratorio, di classe tecnica e fascia di prezzo nettamente superiore rispetto ai modelli più “popolari”.
Un’ampia larghezza di banda consente di riprodurre in modo fedele i dettagli di forme d'onda fortemente distorte: rettangolari, a spillo, con oscillazioni complete, ed un elevato numero di armoniche.
Oscilloscopi con una larghezza di banda ridotta ed un elevato tempo di salita non consentono una corretta visualizzazione di tali segnali; eventuali forti pendenze ed oscillazioni verranno alleviate e l'immagine verrà falsata.
Frequenza di campionamento
Un'altra caratteristica importante degli oscilloscopi è la frequenza di campionamento. Questo valore determina con quale frequenza il convertitore analogico-digitale del tratto Y dell’apparecchiatura esegue la lettura.
Per visualizzare segnali digitali o segnali analogici distorti, è necessario un frequente campionamento del segnale.
Ciò offre la certezza che lo strumento di misura non omette dettagli importanti o anomalie che compaiono in modo irregolare. Tenendo conto di questa relazione, i produttori assicurano un campionamento del segnale in ingresso a velocità quasi dieci volte superiore rispetto alla risposta in frequenza.
È importante che i dati digitali che descrivono la forma d’onda vengano memorizzati. La dimensione della memoria del dispositivo determina o meno la lunghezza dell’intervallo campionato (tempo di osservazione) dell’oscilloscopio, che può essere salvato e visualizzato sul display in un ciclo. Un’ampia memoria consente di registrare eventi importanti che compaiono dopo lo svincolamento della base tempi e costituisce la base per l’osservazione di forme d'onda non periodiche ed il rilevamento di anomalie e disturbi. La dimensione della memoria è un parametro fondamentale nell'esame di bus ad interfaccia seriale digitale, sistemi a microprocessori e circuiti digitali. Le dimensioni della memoria sono correlate alla frequenza di campionamento. Maggiore è la frequenza di campionamento, maggiore sarà il fabbisogno di memoria dello strumento di misura per poter salvare un determinato intervallo della forma d’onda.
Prima di acquistare uno strumento è necessario valutare il numero di segnali che si intende visualizzare simultaneamente sullo schermo e confrontare tra di loro (da uno a quattro). Di norma per la maggior parte degli impieghi due canali sono sufficienti, questa configurazione consente di osservare le relazioni temporali più importanti tra ingresso e uscita.
Trigger
Il sistema di trigger è responsabile per l'avvio (sincronizzazione) dell'acquisizione della forma d’onda e la registrazione dei dati in memoria.
Sistemi di trigger più sofisticati offrono maggiori possibilità di visualizzazione di anomalie ed eventi anomali.
La funzione fondamentale è il trigger di rampa, orizzontale; tuttavia risulta utile anche il trigger mediante l’ampiezza dell’impulso, la velocità di salita della forma d’onda, il segnale televisivo, lo stato logico o la combinazione di stati logici, e negli apparecchi più avanzati - un apposito stato del bus digitale o l’area dello schermo indicata dall’operatore. Inoltre il trigger può essere eseguito in modo automatico, singolo, da un canale specifico o può essere generato mediante un segnale esterno.
Funzioni supplementari
L'oscilloscopio moderno non è un apparecchio di misura che funziona esclusivamente in modo indipendente ("stand alone"), dispone di un'interfaccia che ne consente il collegamento al computer (USB, RS232) e la gestione delle impostazioni, inoltre consente l’esecuzione di misure e l’esportazione dei risultati. Il collegamento dell'oscilloscopio al PC costituisce una soluzione per l’automazione e l'archiviazione delle misure.
Struttura
Bisogna tenere presente che gli oscilloscopi sono disponibili in una varietà di strutture. Oltre alle versioni classiche da scrivania, sono disponibili anche apparecchi portatili (i cosiddetti scopometri). Gli apparecchi del tipo palmare trovano impiego soprattutto nei lavori di manutenzione. Sono caratterizzati da un’elevata mobilità ed in termini di parametri non differiscono dagli apparecchi fissi, spesso superando questi ultimi. Occupano poco spazio e possono essere utilizzati in posizione semi-eretta. Di solito questi apparecchi abbinano le funzioni di un oscilloscopio a quelle di un multimetro.
Oscilloscopi digitali AXIOMET
L’offerta del marchio AXIOMET comprende tre oscilloscopi digitali universali, a due canali, con funzioni avanzate e che presentano buoni parametri funzionali:
- AX-DS1022C7 - il modello più semplice con una larghezza di banda di 25 MHz, campionamento a 500 Msps, con memoria di 32k punti;
- AX-DS1062CFM - versione intermedia con una larghezza di banda di 70 MHz, campionamento fino a 1 Gsps, con memoria 1 M punti/canale
- AX-DS1100CFM - modello più avanzato con una larghezza di banda di 100 MHz, campionamento fino a 1 Gsps, con memoria 1 M punti/canale Gli strumenti sono collocati in involucri piatti, di piccole dimensioni, in modo da occupare poco spazio sulla scrivania. Grazie alla maniglia integrata questi svolgono la funzione anche di apparecchi portatili, tanto più che il loro peso è di soli 2,5 kg. Gli strumenti dispongono di un display a colori TFT-LCD da sette pollici con una risoluzione di 480 x 234 pixel, che assicura una rappresentazione leggibile delle misurazioni.
| Parametri | AX-DS1062CFM | AX-DS1100CFM | AX-DS1022C7 |
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| Tipo dell'oscilloscopio | digitale | digitale | digitale |
| Numero canali | 2 | 2 | 2 |
| Banda | 70MHz | 100MHz | 25MHz |
| Campionamento |
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| Lunghezza della record di memoria | 1Mpts/ch | 1Mpts/ch | 32kpts |
| Genere di display utilizzato |
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| Modalità di innesco |
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| Innesco |
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| Fonte di innesco |
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| Tempo di base | 5n...50s/div | 2,5n...50s/div | 25n...50s/div |
| Tensione di ingresso max. | 400V | 400V | 400V |
| Risoluzione verticale | 8bit | 8bit | 8bit |
| Accoppiamento d ingresso | AC, DC, GND | AC, DC, GND | AC, DC, GND |
| Accoppiamento di innesco |
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| Precisione verticale | ±0,01% | ±0,01% | |
| Genere di connettore d'uscita | USB A presa | USB A presa | USB A presa |
| Interfaccia |
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| Tempo di crescita | 5,8ns | 3,5ns | 14ns |
| Impedenza di ingresso | 1MΩ/14pF | 1MΩ/14pF | 1MΩ/17pF |
| Sensibilità d'ingresso | 2mV/div...5V/div | 2mV/div...10V/div | 2mV/div...5V/div |
| Proprietà degli strumenti di misurazione |
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| Equipaggiamento standard |
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| Dimensioni esterne | 399x110,5x148,5mm | 323,1x135,6x157mm | 323x135x157mm |
| Tensione di alimentazione 400Hz | 100...120V AC | 100...120V AC | |
| Software | incluso | incluso | incluso |
| Memoria delle misurazioni | 20 | 20 | |
| Risoluzione del display | 480x234 | 480x234 | |
| Connettore per | Europa | Europa | |
| Tensione di alimentazione | 100...240V AC | 100...240V AC | 100...240V AC |
Gli oscilloscopi sopra elencati presentano simili parametri di elaborazione per la traccia Y. La loro sensibilità di ingresso è nella gamma da 2 mV/div a 10 V/div con un’impedenza 1 MΩ. Il segnale sulla traccia Y viene convertito in forma digitale mediante un convertitore a 8 bit. La traccia X ha base tempi: 25,5 o 2,5 ns/div, a seconda del modello. È disponibile una presa per l’ingresso X ed il trigger da dispositivo esterno, che consente l’utilizzo in modalità X-Y senza base tempi.
Le porte USB e RS232 integrate vengono impiegate per il collegamento degli apparecchi di misura al PC, per la gestione dell’apparecchio ed il funzionamento come componente all’interno di un sistema misura - il software viene fornito con il dispositivo. Gli oscilloscopi sono alimentati con tensione di rete 240 V AC. Le loro dimensioni sono 323 x 135 x 157 mm per il modello AX-DS1022C7 e 399 x 110,5 x 148,5 mm per le altre due versioni.
Tutti e tre gli oscilloscopi dispongono di un sistema di trigger avanzato da qualsiasi canale o da sorgente esterna: rampa (negativa, positiva), ampiezza d’impulso, segnale video. Dispongono di una funzione di misura automatica di 32 parametri delle forme d'onda e consentono l’eliminazione delle interferenze e del rumore dei segnali mediante l’impiego di un filtro digitale, nonché consentono l’esecuzione di una media dei valori delle ultime 256 forme d’onda.
La memoria dello strumento può essere utilizzata per la funzione di registrazione dei risultati delle misurazioni. Gli oscilloscopi possono operare in modalità FFT, la forma d’onda d’ingresso e la trasformata FFT vengono visualizzate sul display suddiviso, ciò consente una valutazione del segnale nel campo del tempo e della frequenza.
Riassumendo
Gli oscilloscopi del marchio AXIOMET sono caratterizzati non solo da un'ampia funzionalità e buoni parametri, ma anche da un prezzo contenuto. Si tratta di strumenti utili e versatili che trovano impiego in laboratori di assistenza, reparti di manutenzione ed uffici di progettazione. Inoltre la possibilità di connessione al computer e di automazione delle misurazioni, consente di utilizzare questi strumenti di misura per test nell’ambito del processo di produzione di dispositivi elettronici.