Fluke ScopeMeter 190 系列II示波器

四通道 ScopeMeter 190 系列 II

        现在，最新推出的 Fluke ScopeMeter 190 系列 II 示波器树立了更高性能标准。这些示波器拥有四个完全浮置的输入通道，可用于研究可变速电机驱动器、三相电源、液压定位、机械手系统以及其他复杂共业控制器。通过同时查看输入信号、输出信号和反馈回路并捕获瞬变和反射，可将对这些装置的故障排查大大简化。从两个通道提高到四个通道扩大了这些坚固仪器的使用范围，甚至可以将它们带回实验室中！但是，工作现场才是最新一代 ScopeMeter 示波器大显身手的地方。

        新型四通道 ScopeMeter 示波器具有原来 190 系列熟悉的用户界面，可以选择 100 MHz 或 200 MHz 带宽，是首款拥有 IP 51 防护等级的防尘防水示波器。这意味着您可以充满信心地在条件恶劣的脏乱工业环境中使用它们。这些示波器也是第一种具有 1000V CAT III 和 600V CAT IV 安全等级的示波器。由于工业机器设备和功率电子电路通常固定安装在 III 类和 IV 类工作环境中，所以对于福禄克来说，用户安全是一个首要问题。因此，让 190 系列 II 示波器及其探头取得这些 IEC 61010 安全等级从一开始就没有讨论的余地。

创新的电能管理

        那么，福禄克是如何在不明显增加尺寸、重量或功耗的情况下将 ScopeMeter 的功能加倍的呢？对于研发用的台式示波器来说，带宽和存储器深度是主要的性能驱动因素；与此不同的是，手持式工业示波器需要创新的电能管理。这是因为，ScopeMeter 示波器的防尘和防水密封外壳内无法安装风扇和格栅，每次充电后电池提供的每一瓦特小时电能都用来延长示波器的工作时间。福禄克通过一种大规模定制集成电路解决了这一电源限制难题（另请参见专题“为实现单片手持式示波器而努力”）。

        190 系列 II 示波器上的另一个改进是增加了一个电池盖，便于方便地更换电池。原来的 190 ScopeMeter 示波器为了防尘和防水而省去了这个电池盖，根据用户的要求，190 系列 II 型示波器上提供了该电池盖，为的是便于在工作现场更换电池。容量达 4800 mAh 的锂离子电池可在一个工作班次（长达 7 小时）内为 ScopeMeter 供电而无需充电，但有时需要更长时间才能将工作完成。因此，提供了可选的备用电池。

为何要将输入通道隔离？

        用于分析高电压的工业示波器需要完全浮置的输入通道，这些通道相互隔离。这是为了保护用户、被测试设备以及示波器本身。与 190 系列 II 示波器不同的是，台式示波器上的输入接地连接全部是公共连接并与电源接地端相连，这在使用高压和低压组合信号的情况下具有潜在危险性。为了对众多工业应用中的浮动电压进行精确分析，也需要将各个通道隔离。使用光隔离和电隔离部件的组合（分别用于高频和低频信号）来取得完全浮置的输入，这样就可保证获得真实的浮动读数，并在不使用附加差分探头的情况下为用户提供保护。

用户启发的用户界面

        倾听用户的意见也有助于福禄克在其他方面对最新型号进行完善。典型的 ScopeMeter 用户不是典型的台式示波器用户，因此像自动触发这样的功能倍受重视。原始 190 系列的用户界面是在与用户的交流中发展而来的，因此，190 系列 II 示波器保留了用户所信任的熟悉布局，但具有一些精细的改进，例如，按键带照明，显示屏更大和更加明亮。其他较小但值得一提的改进包括一个可增加安装形式的标准“三脚架”螺纹安装件以及经过改进的手带安装形式。这是唯一的一款带有便携式 PC 上所用的那种 Kensington 锁的仪器，为的是在进行无人看管的测量时防止示波器被盗。

        除了硬件方面的改进外，也对软件功能进行了量身定制，以便能更加方便地对工业设备进行故障排查。例如，通过 100 个屏幕回放功能，用户可以及时返回以查看快速瞬变或其他容易错过的信号异常。自然也包括一些人们非常喜欢的功能，例如，用于瞬时触发的 Connect & View? 功能、用于在较长时间内进行分析的 ScopeRecord? 功能以及用于对数据绘图的 TrendPlot? 功能。ScopeMeter 与 PC 相连的方式也进行了更新。190 系列 II 示波器将 USB 作为实际连接标准，带有一个微型 USB 端口和一个用于连接存储设备的标准 USB 端口。这样就可更加方便地存储或传输波形数据点、屏幕副本和仪器设置，并使用 FlukeView 软件来下载波形、屏幕副本和仪器设置。这些 USB 端口也进行了隔离，以免用户和计算机受到可能与仪器相连的潜在危险高电压的伤害。

使用安全，可随时应对今天工业控制系统中的挑战

        一些因素使得拥有四个通道成为对工业示波器的一项要求，例如，功率逆变器在可再生能源（太阳能和风能）领域中的使用不断增加，在众多工业应用中使用可变速驱动器来降低能耗等。同样，自动化部件（如 PLC、I/O 设备和传感器）在核心工业应用中的广泛使用正在不断扩大故障排查人员的测量范围。在这些应用以及本文前面提到的那些应用中，Fluke ScopeMeter 190 系列 II 示波器可满足人们不断增加的对安全示波器的需要。

[专题  1]
基本技术的发展
当福禄克早在 1991 年推出 ScopeMeter 90 系列示波器时，它就有效地创造了手持示波器这个类别，并重新定义了“移动”波形分析。在推出这款坚固耐用、电池供电的仪器之前，便携式示波器仍与相应的台式示波器紧密联系。它们需要使用交流电源，重量很大，无法承受恶劣工业环境中的冲击与震动。制造一台坚固化示波器的想法最初产生于在一个北海钻井平台上安装和调试测量设备的一份合同，其中需要使用一台示波器。需要在很短时间内完成这项工作，因为钻井作业每停止一个小时，就会产生数十万美元的成本，在这样一个不容出现差错的工作场所使用一种易受损的台式仪器，具有潜在的、代价十分高昂的风险。

因此，在上世纪 80 年代，福禄克公司与飞利浦公司进行联合，协同开发手持式示波器，而低功耗的 LCD 平板显示屏使得这种示波器无论在商业上还是在技术上均具有可行性。该示波器的设计是从一个与常规研发用台式示波器不同的视角来完成的，因为工业用户是在一个完全不同的环境中使用示波器的。故障排查人员常常身处工作现场，身边没有交流电源，并且承受着让装置再次正常运行起来的巨大时间压力。几乎没有时间来设置量程和进行触发。这意味着一个容易学习和实用的用户界面对于 ScopeMeter 的成功至关重要。自动触发（尤其是在频率非常低的信号上触发）必不可少，这样便产生了 Connect and View? 功能。按钮必须在操作人员带着手套时也能够使用，当然，仪器每次充电后必须具有合理的工作时间。

1997 年，原来的 90 系列中加入了紧凑型 120 系列，并在两年之后由双通道 190 系列取代。2001 年出现了彩色显示屏，2010 年，最新型四通道 Fluke ScopeMeter 190 系列 II 示波器问世，将这种示波器的标准再一次提高。

 [专题  2]
为实现单片手持式示波器而努力
对于 ScopeMeter 示波器，福禄克不会在用户安全、仪器坚固性、电源管理和易用性等方面进行任何折衷，因为这些对于工业示波器用户来说至关重要。不过，从双通道仪器升级到四通道仪器提出了一个有趣的挑战。四通道需要四个模数转换器 (ADC)，并且它们将消耗比双通道示波器更多的电能，然而，手持式示波器的能耗限制大约为 7 瓦。有趣的是，这种限制并不是源于对更长电池寿命的需要（虽然这是一个问题），而是源于工业环境中对防止尘土和水分进入仪器外壳的需要。若要提供这种保护，就不能使用冷却格栅或者通风扇。

为应对这一挑战，福禄克采用了一种专用集成电路 (ASIC)。在单一芯片上集成的功能越多，电路的能量效率就越高。在由众多芯片或分立元件制造而成的普通电子电路中，大量能量都损失在各个元件间的连接部分中。这种能量以热量的形式散失，防尘密封外壳内的电路就会变得很热。集成还有一些其他优点，其中包括坚固性更高，因为消除了功能模块间的潜在信号恶化，并且减少了机械接点的数目。这两个因素会引起冲击或振动，因此是潜在的故障来源。减少元件数目会使产品更加可靠，并有助于使最终产品变得紧凑。虽然 ScopeMeter 190 系列 II 示波器还不是一个真正的单片式仪器，但它具有一个独特的 ASIC，该 ASIC 集成了用于四个浮置通道以及四个万用表、数字存储器以及大部分处理电路的 ADC。从集成程度方面来看，它的设计或许是今年全世界范围内最为复杂的 10 种设计之一。如果没有 ASIC，开发一款满足 7 W 功耗限制、符合 IP 51 防护等级并且提供工业示波器用户所需的性能的四通道 ScopeMeter 示波器将是极为困难的。