示波器在高頻機械上的應用

什麽(me) 是高頻波？很多人存在疑問，並且不知道怎麽(me) 回答這個(ge) 問題。

其實高頻波是超聲波的一種，他們(men) 的區分標準是頻率。當超聲波的頻率大於(yu) 100KHz時，我們(men) 就稱之為(wei) 高頻波。高頻波利用摩擦生熱的原理產(chan) 生大量的熱量達到焊接和熔接的目的。比如我們(men) 經常遇到的高頻波塑料熔接機，利用的就是頓時產(chan) 生的巨大能量，熔接目標物體(ti) 。

高頻塑膠熔接機（簡稱高頻機,英文Hing freguency plastic welder），是由電子管將電能轉化為(wei) 電磁波,經過振蕩成為(wei) 高頻電磁場，再過各種傳(chuan) 輸路徑把高頻傳(chuan) 送到鏌具（上極），PVC膠布在鏌具與(yu) 接地（即高頻電磁場的上、下極）之間，塑料極性分子發生極化現象劇烈運動而產(chan) 生熱量。膠布在模具壓力下達到熔接定型的效果。

高頻機的關(guan) 鍵技術就是產(chan) 生高頻電磁場。熔接機的真空管將高壓電能轉換為(wei) 電磁能，經振蕩桶的振蕩，產(chan) 生高頻電磁場。振蕩桶的振蕩頻率直接影響輸出力的強弱，進而影響產(chan) 品的熔接好壞，如何測定振蕩頻率然後調節至適當大小就變得至關(guan) 重要。在機械化、數字化的今天，高頻塑膠熔接機振蕩頻率的調節仍然靠工人憑借經驗調節。這種人工調節方式常常導致產(chan) 品熔接有缺陷甚至失敗，生產(chan) 成本上升，因此使用電子儀(yi) 器測量*振蕩頻率是解決(jue) 此問題的*辦法。

由於(yu) 電磁能振蕩處於(yu) 升壓之後，此時的電壓有幾千伏至上萬(wan) 伏，如何測量高壓環境下的信號頻率呢？作為(wei) 通用基礎測量儀(yi) 器的示波器就可以應付這種情況。有兩(liang) 種方式可以測量振蕩頻率，一種是直接測量法，使用高壓衰減探頭將信號衰減後輸入示波器實現直接測量，另一種感應法，是使用普通無源探頭感應高壓環境下的電磁場來實現測量。在測量點的選擇上，感應法是將無源探頭當成感應天線來使用，熔接機正常工作情況下在機器周邊一定範圍內(nei) 都會(hui) 產(chan) 生振蕩後的高頻電磁場，探頭在高頻電磁場的任意位置都可實現振蕩頻率測量。在安全性上，感應法無須直接接觸機器電路部分，隻需將探頭靠近機器即可，不會(hui) 對機器和人身造成危害。在性價(jia) 比方麵，由於(yu) 直接測量法需要外加高壓衰減探頭，成本會(hui) 比感應法測量高出很多。所以用感應法測量熔接機的振蕩頻率成為(wei) *選擇。

數字示波器有兩(liang) 種方法測量信號頻率：軟件方法和硬件方法。軟件方法就是軟件在示波器內(nei) 存實時存儲(chu) 的波形中截取其中一段計算平均周期，然後轉換成頻率。硬件方法的頻率是由硬件頻率計測得的，硬件頻率計將計算得到的觸發電路每秒觸發次數作為(wei) 頻率，因此測量時要保證信號是觸發狀態下的。軟件方法和硬件方法在測量規則波形時測量值是一致的，但對於(yu) 不規則波形測量值就會(hui) 有較大差異，此時軟件方法測得的數值在不停的改變已失去實際意義(yi) ，硬件方法測得數值較穩定也更接近平均頻率，可作為(wei) 參考。並且在測量振蕩頻率時對其精度要求較高，需要到小數點後3位，軟件測量值隻到小數點後2位，硬件頻率計可以達到3位以上。由於(yu) 對頻率精度要求高，所以選擇計使用有源晶振的示波器。由於(yu) 一般的示波器都是配置的無源晶振，所以筆者選擇了鼎陽SDS1000CFL係列的數字示波器，其6位實時計數的有源晶振頻率計*對測量精度的要求。

筆者在實際測量中發現，信號噪聲幹擾較大，導致硬件頻率計顯示與(yu) 實際不對，這就要求示波器很夠有很好的過濾處理噪聲的能力，SDS1000CFL以其*的數字濾波功能（含低通、高通、帶通、帶阻），可有效避免噪聲引起的誤觸發，使測量值更加。下圖為(wei) 筆者用1KHz，40m號模擬受幹擾信號得到的測量值，由圖可以發現打開數字濾波後的頻率測量值和實際信號一致。

感應法測量不同於(yu) 普通測量，感應法測量時無源探頭的探針和接地鱷魚夾之間形成虛擬回路，當有電磁場通過這個(ge) 回路時會(hui) 產(chan) 生感應電並通過探頭傳(chuan) 入示波器，所以接地鱷魚夾不接地，將探針與(yu) 鱷魚夾分開形成線性天線或將探針與(yu) 鱷魚夾連接起來形成環狀天線即可。而普通測量時需要將接地鱷魚夾接地，以避免噪聲的幹擾。由於(yu) 隻需要測量頻率值，操作步驟比較簡單，首先將示波器水平檔位和垂直檔位調節到適當位置（事先需要多次的測試），打開數字濾波功能，探頭感應信號，觀察硬件頻率計讀數，zui後記錄統計不同產(chan) 品的*振蕩頻率。在生產(chan) 相應產(chan) 品時先將振蕩頻率調至*再生產(chan) ，提高產(chan) 生合格率。

感應法測量振蕩頻率的方式可運用於(yu) 類似工作原理的其他高頻機械上，這隻是示波器的一個(ge) 簡單應用。隨著在功能的增加和精度的提高，示波器將在測試測量領域獲得更多的應用和普及