數(shù)字表趨勢(shì)繪圖功能的應(yīng)用

數(shù)字表趨勢(shì)繪圖功能的應(yīng)用

具有趨勢(shì)繪圖功能新一代臺(tái)式數(shù)字表Fluke884X系列
模擬和數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，消費(fèi)者對(duì)更好性能和更高質(zhì)量的儀表的需求對(duì)研究、開(kāi)發(fā)和測(cè)試工程師提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)今的工程師正在采用精密元件和復(fù)雜的電流設(shè)計(jì)出具有更嚴(yán)格容差的電路，以確保獲得最佳的性能和平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)。
像短期穩(wěn)定度、漂移和波動(dòng)這樣的技術(shù)數(shù)據(jù)是研究各種受控或非受控電路所必需的關(guān)鍵變量。在有些情況下，為了診斷設(shè)備故障，工程師會(huì)需要查找一些難以捕獲的故障，例如間歇性信號(hào)中斷或毛刺。
當(dāng)需要測(cè)這些參數(shù)時(shí)，工程師就可能不得不搜羅多臺(tái)儀器，并編寫(xiě)自定義的軟件程序，以便捕獲和分析數(shù)以千計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)。傳統(tǒng)精密數(shù)字多用表的能力限制會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題：“如果我希望以每秒100次的速度讀取4個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)，如何處理這些數(shù)據(jù)呢？”“如何才能觀察小的變化，又仍然能跟蹤總體趨勢(shì)？”
Fluke884X是第一款提供實(shí)時(shí)捕獲和顯示低達(dá)百萬(wàn)分之幾的測(cè)量值變化的精密多用表，無(wú)需費(fèi)時(shí)費(fèi)力的設(shè)置或編程，使用方式極其簡(jiǎn)單。
Fluke8845A和8846A包括TrendPlotTM趨勢(shì)繪圖功能，該技術(shù)能夠?qū)y(cè)量值隨時(shí)間變化的序列轉(zhuǎn)化為方便儲(chǔ)存和分析的形式，并仍然保留測(cè)量細(xì)節(jié)。得益于儀器的信號(hào)處理能力和高性能模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器及圖形顯示功能，F(xiàn)luke884X是第一款具有TrendPlot趨勢(shì)繪圖功能的精密6.5位多用表。

趨勢(shì)分析方法
單個(gè)測(cè)量點(diǎn)往往不能提供完整信息。參數(shù)時(shí)刻都在變化、電源的電流或電壓參考可能隨時(shí)間發(fā)生漂移、振蕩器可能隨溫度發(fā)生變化、連接器可能在應(yīng)力下發(fā)生開(kāi)路。
環(huán)境的變化會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)知的結(jié)果。通過(guò)在若干分鐘、若干小時(shí)、或若干天的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次測(cè)量，就能夠量化這些變化。884X數(shù)字多用表可以直接記錄類(lèi)似于直流電壓、直流電流、頻率和電阻這樣的參數(shù)。交流電壓和電流可按有效值(RMS)繪制。使用相應(yīng)的變換器，溫度、壓力和濕度都可以被轉(zhuǎn)換為直流電壓。
以最簡(jiǎn)單的數(shù)字記錄形式，按照固定的間隔采集一系列的測(cè)量“快照”。在這種情況下，儀器在每一間隔內(nèi)進(jìn)行單次測(cè)量，并將其保存在存儲(chǔ)器中。非常短的測(cè)量間隔能夠捕獲快速的變化，但是需要非常大的存儲(chǔ)器；反過(guò)來(lái)，數(shù)據(jù)點(diǎn)越多，將最新數(shù)據(jù)點(diǎn)寫(xiě)入到存儲(chǔ)器時(shí)間就越長(zhǎng)，會(huì)影響到采樣間隔。即使您具有一個(gè)非常大的存儲(chǔ)器，例如硬盤(pán)或閃存，也仍然需要面臨一個(gè)令人生畏的任務(wù)：傳輸海量的測(cè)量數(shù)據(jù)。高速、固定間隔的記錄非常易于理解，并且能夠以相對(duì)簡(jiǎn)單的硬件實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)的記錄時(shí)間來(lái)說(shuō)，通常是不切實(shí)際的。用戶(hù)不得不選擇一個(gè)折衷的讀數(shù)速率。“我是要記錄更長(zhǎng)的時(shí)間呢，還是要觀察更快速的變化？如何魚(yú)和熊掌兼得呢？”
最小/最大記錄
該項(xiàng)技術(shù)也在每一記錄間隔結(jié)束時(shí)保存讀數(shù)。但并非是每一讀數(shù)間隔僅僅獲得一個(gè)讀數(shù)，而是在每一間隔進(jìn)行多次高速測(cè)量。儀器內(nèi)的處理器將處理所有的測(cè)量值，并記錄每一間隔內(nèi)的最小(Min)和最大(Max)值。最小和最大值表示最壞情況、短持續(xù)時(shí)間事件，最短可達(dá)幾個(gè)毫秒。這些儀器通常將最小和最大值繪制在相同的圖形上。
自動(dòng)時(shí)間壓縮和趨勢(shì)繪圖(TrendPlot)
趨勢(shì)繪圖(TrendPlot)是包括884X多用表在內(nèi)的Fluke儀器所提供的一項(xiàng)記錄技術(shù)。它顯示與最小值/最大值記錄相同的細(xì)節(jié)，但是設(shè)置簡(jiǎn)單，并且能夠利用可用的存儲(chǔ)器提供最佳的時(shí)間分辨率。
趨勢(shì)繪圖是一種最小/最大值記錄形式，當(dāng)每次達(dá)到存儲(chǔ)器末尾時(shí)，儀器將自動(dòng)壓縮時(shí)間刻度。當(dāng)儀器存儲(chǔ)將要溢出時(shí)，信號(hào)處理器將快速啟動(dòng)工作。處理器將相鄰的記錄間隔組合為一個(gè)新的最小值和最大值。用戶(hù)仍然能夠觀察到最差測(cè)量值和總體趨勢(shì)。由于用戶(hù)能夠選擇停止測(cè)量的時(shí)間，所以就自動(dòng)獲得了可用存儲(chǔ)器條件下的最佳時(shí)間分辨率。

圖1. 為了說(shuō)明采樣率與存儲(chǔ)器大小之間的比例關(guān)系，本例中顯示了以10分鐘的固定間隔記錄的10個(gè)采樣點(diǎn)。采樣之間的時(shí)間間隔越短，記錄時(shí)間的跨度就越短，反之亦然。

圖2. 對(duì)于每一采樣間隔，都繪制一個(gè)最小值和最大值，這些值利用高速捕獲的一組采樣點(diǎn)(緩存)計(jì)算獲得。這樣就既能捕獲主要的變化，同時(shí)又能繪制總體趨勢(shì)。

圖3. Fluke884X點(diǎn)陣圖形顯示屏的一個(gè)局部圖。在趨勢(shì)繪圖中的每一欄中繪制最小和最大數(shù)據(jù)點(diǎn)。

趨勢(shì)繪圖的設(shè)置和其它任何儀器一樣簡(jiǎn)單。僅需要選擇一種測(cè)量功能，例如電壓、電流、電阻、溫度或884X上的其它任何一種功能；然后確定讀數(shù)基本正確——分辨率是否合適？連接線(xiàn)是否連接到了正確的插孔？然后在按下“ANALYSE”(分析)按鈕，選擇“TrendPlot”(趨勢(shì)繪圖)，點(diǎn)擊“START”(開(kāi)始)。

趨勢(shì)繪圖(Trendplot)在設(shè)計(jì)驗(yàn)證領(lǐng)域的應(yīng)用
●電源隨時(shí)間變化的穩(wěn)定度
●驗(yàn)證電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)
●捕獲間歇性事件/診斷解決隨機(jī)性故障(繪制臨界測(cè)試點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)，查找與波動(dòng)相關(guān)的變化)
●在氣候?qū)嶒?yàn)溫度循環(huán)測(cè)試中繪制關(guān)鍵參數(shù)的趨勢(shì)
●溫度受控值晶振電路實(shí)驗(yàn)
●溫度監(jiān)測(cè)

何時(shí)進(jìn)行趨勢(shì)繪圖？何時(shí)收集原始數(shù)據(jù)？
TrendPlotTM功能以圖形的形式繪制測(cè)量值隨時(shí)間的趨勢(shì)。
Fluke8845A和8846A捕獲并繪制擴(kuò)展時(shí)間周期內(nèi)的值，從一個(gè)短時(shí)間跨度開(kāi)始，然后利用數(shù)據(jù)壓縮算法逐漸繪制測(cè)量值在擴(kuò)展時(shí)間周期內(nèi)的趨勢(shì)。壓縮算法將總是保留和顯示最大值和最小值，從而繪制信號(hào)在整個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)的峰值偏差。
趨勢(shì)繪圖提供了感興趣數(shù)據(jù)的快速視圖(圖形)。它并不提供詳細(xì)的原始數(shù)據(jù)供下載和進(jìn)一步分析。用戶(hù)不能設(shè)置垂直和水平坐標(biāo)的顯示分辨率——它完全是自動(dòng)的。
利用8846A/45A的趨勢(shì)繪圖。用戶(hù)能夠繪制交流電源電壓輸出趨勢(shì)來(lái)檢查其是否穩(wěn)定，以及是否滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)。在一二個(gè)小時(shí)后，即可擁有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速檢視。用戶(hù)還能夠利用該功能來(lái)檢查電池電壓的變化曲線(xiàn)。但是如果您希望收集原始數(shù)據(jù)，就不必使用趨勢(shì)繪圖功能。而應(yīng)該將8846A/45A捕獲的數(shù)據(jù)保存到一個(gè)U盤(pán)存儲(chǔ)器中，然后將數(shù)據(jù)下載至電子表格中進(jìn)行更詳細(xì)的分析。
與數(shù)字示波器相比，何時(shí)使用趨勢(shì)繪圖功能？
Fluke8864A 6.5位精密多用表能夠以同類(lèi)產(chǎn)品所不可比擬的準(zhǔn)確度測(cè)量毫伏或微伏電壓。為了達(dá)到這一性能，數(shù)字多用表采用了一個(gè)多斜率積分式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這一專(zhuān)利的設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是它提供了很高的分辨率，可達(dá)100nV，準(zhǔn)確度達(dá)0.0024%，提高了線(xiàn)性度和共模抑制比。然而，由于多斜率積分時(shí)間的原故，最快的讀數(shù)速率為每秒幾百個(gè)讀數(shù)。另外，還要取決于功能、量程和測(cè)量設(shè)置條件。
當(dāng)今常見(jiàn)的示波器采用樣率可達(dá)到2.5GSa/s，采樣間隔可短至400ps。在這種高速率下，示波器能夠捕獲非常短的時(shí)間跨度，短至20ns。然而，示波器的分辨力很受限制，垂直靈敏度典型值為5mV/格左右，測(cè)量準(zhǔn)確度為1.5%。
對(duì)于那些需要更高分辨力、更高準(zhǔn)確度，或者更長(zhǎng)時(shí)間跨度的應(yīng)用，具有趨勢(shì)繪圖功能的精密多用表是最佳選擇。
趨勢(shì)繪圖(TrendPlot)功能的工作原理
1.每條趨勢(shì)曲線(xiàn)表示在時(shí)間周期內(nèi)測(cè)得的最大和最小值，由垂直曲線(xiàn)表示。垂直曲線(xiàn)的頂部表示測(cè)得的最大值，垂直線(xiàn)的底部表示測(cè)得的最小值。
2.趨勢(shì)繪圖功能繪制的垂直錢(qián)表示自從上一垂直線(xiàn)以來(lái)測(cè)得的所有測(cè)量值。
第一個(gè)時(shí)隙(一個(gè)象素寬)設(shè)置縱坐標(biāo)時(shí)，使坐標(biāo)的底部等于在該時(shí)間周期內(nèi)測(cè)得的最小值，坐標(biāo)的頂部等于測(cè)得的最大值。根據(jù)儀器分辨率和信號(hào)特性的不同，一個(gè)時(shí)隙中能包括0到多個(gè)測(cè)量值。
3.當(dāng)儀器收集到了下一時(shí)隙的所有測(cè)量值時(shí)，它將調(diào)整縱軸，以滿(mǎn)足兩個(gè)時(shí)隙的最小和最大值。當(dāng)最小和最大值相等時(shí)例外。然后第一個(gè)時(shí)隙(單像素)將被至于圖標(biāo)的中部。
4.橫軸坐標(biāo)取決于許多變量和標(biāo)定系數(shù)。儀器將采取最佳的時(shí)隙時(shí)間，保持第一個(gè)繪制點(diǎn)可見(jiàn)。當(dāng)橫軸被壓縮時(shí)，垂直方向的最小/最大值將與其相鄰的時(shí)隙組合。所以，如果第一個(gè)時(shí)隙的最大值為5.001V，最小值為4.9992，而與其組合的時(shí)隙的最大值為5.000，最小值為4.998，那么最終形成的結(jié)果將是垂直線(xiàn)介于5.001和4.998之間。

提示：用戶(hù)也可將每一測(cè)量值保存到存儲(chǔ)器、下載至USB存儲(chǔ)器，并在PC上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。請(qǐng)謹(jǐn)記，趨勢(shì)繪圖存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)顯示的，而是經(jīng)過(guò)壓縮的。記錄越長(zhǎng)，數(shù)據(jù)壓縮得越多。通過(guò)將數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器，可保持更高的數(shù)據(jù)分辨率。
利用884X上的真空熒光顯示屏幕，儀器能夠無(wú)需連接PC機(jī)即可顯示圖標(biāo)。趨勢(shì)曲線(xiàn)能夠顯示低達(dá)百萬(wàn)分之幾的變化，遠(yuǎn)距離也可觀察到。