鼎陽示波器在高頻機(jī)械上的應(yīng)用

什么是高頻波?很多人存在疑問，并且不知道怎么回答這個(gè)問題。

其實(shí)高頻波是超聲波的一種，他們的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)是頻率。當(dāng)超聲波的頻率大于100KHz時(shí)，我們就稱之為高頻波。高頻波利用摩擦生熱的原理產(chǎn)生大量的熱量達(dá)到焊接和熔接的目的。比如我們經(jīng)常遇到的高頻波塑料熔接機(jī)，利用的就是頓時(shí)產(chǎn)生的巨大能量，熔接目標(biāo)物體。

高頻塑膠熔接機(jī)(簡稱高頻機(jī),英文Hing freguency plastic welder)，是由電子管將電能轉(zhuǎn)化為電磁波,經(jīng)過振蕩成為高頻電磁場，再過各種傳輸路徑把高頻傳送到鏌具(上極)，PVC膠布在鏌具與接地(即高頻電磁場的上、下極)之間，塑料極性分子發(fā)生極化現(xiàn)象劇烈運(yùn)動而產(chǎn)生熱量。膠布在模具壓力下達(dá)到熔接定型的效果。

高頻機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)就是產(chǎn)生高頻電磁場。熔接機(jī)的真空管將高壓電能轉(zhuǎn)換為電磁能，經(jīng)振蕩桶的振蕩，產(chǎn)生高頻電磁場。振蕩桶的振蕩頻率直接影響輸出力的強(qiáng)弱，進(jìn)而影響產(chǎn)品的熔接好壞，如何測定振蕩頻率然后調(diào)節(jié)至適當(dāng)大小就變得至關(guān)重要。在機(jī)械化、數(shù)字化的今天，高頻塑膠熔接機(jī)振蕩頻率的調(diào)節(jié)仍然靠工人憑借經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)。這種人工調(diào)節(jié)方式常常導(dǎo)致產(chǎn)品熔接有缺陷甚至失敗，生產(chǎn)成本上升，因此使用電子儀器測量最佳振蕩頻率是解決此問題的最佳辦法。

由于電磁能振蕩處于升壓之后，此時(shí)的電壓有幾千伏至上萬伏，如何測量高壓環(huán)境下的信號頻率呢?作為通用基礎(chǔ)測量儀器的示波器就可以應(yīng)付這種情況。有兩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后輸入示波器實(shí)現(xiàn)直接測量，另一種感應(yīng)法，是使用普通無源探頭感應(yīng)高壓環(huán)境下的電磁場來實(shí)現(xiàn)測量。在測量點(diǎn)的選擇上，感應(yīng)法是將無源探頭當(dāng)成感應(yīng)天線來使用，熔接機(jī)正常工作情況下在機(jī)器周邊一定范圍內(nèi)都會產(chǎn)生振蕩后的高頻電磁場，探頭在高頻電磁場的任意位置都可實(shí)現(xiàn)振蕩頻率測量。在安全性上，感應(yīng)法無須直接接觸機(jī)器電路部分，只需將探頭靠近機(jī)器即可，不會對機(jī)器和人身造成危害。在性價(jià)比方面，由于直接測量法需要外加高壓衰減探頭，成本會比感應(yīng)法測量高出很多。所以用感應(yīng)法測量熔接機(jī)的振蕩頻率成為最佳選擇。

數(shù)字示波器有兩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(nèi)存實(shí)時(shí)存儲的波形中截取其中一段計(jì)算平均周期，然后轉(zhuǎn)換成頻率。硬件方法的頻率是由硬件頻率計(jì)測得的，硬件頻率計(jì)將計(jì)算得到的觸發(fā)電路每秒觸發(fā)次數(shù)作為頻率，因此測量時(shí)要保證信號是觸發(fā)狀態(tài)下的。軟件方法和硬件方法在測量規(guī)則波形時(shí)測量值是一致的，但對于不規(guī)則波形測量值就會有較大差異，此時(shí)軟件方法測得的數(shù)值在不停的改變已失去實(shí)際意義，硬件方法測得數(shù)值較穩(wěn)定也更接近平均頻率，可作為參考。并且在測量振蕩頻率時(shí)對其精度要求較高，需要精確到小數(shù)點(diǎn)后3位，軟件測量值只到小數(shù)點(diǎn)后2位，硬件頻率計(jì)可以達(dá)到3位以上。由于對頻率精度要求高，所以最好選擇計(jì)使用有源晶振的示波器。由于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系列的數(shù)字示波器，其6位實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)的有源晶振頻率計(jì)完全滿足對測量精度的要求。

筆者在實(shí)際測量中發(fā)現(xiàn)，信號噪聲干擾較大，導(dǎo)致硬件頻率計(jì)顯示與實(shí)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以其獨(dú)特的數(shù)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(fā)，使測量值更加精確。下圖為筆者用1KHz，40mV信號模擬受干擾信號得到的測量值，由圖可以發(fā)現(xiàn)打開數(shù)字濾波后的頻率測量值和實(shí)際信號一致。

1KHz信號，測量值為913.894Hz

1KHz信號 ，打開數(shù)字濾波，測量值為1KHz

感應(yīng)法測量不同于普通測量，感應(yīng)法測量時(shí)無源探頭的探針和接地鱷魚夾之間形成虛擬回路，當(dāng)有電磁場通過這個(gè)回路時(shí)會產(chǎn)生感應(yīng)電并通過探頭傳入示波器，所以接地鱷魚夾不接地，將探針與鱷魚夾分開形成線性天線或?qū)⑻结樑c鱷魚夾連接起來形成環(huán)狀天線即可。而普通測量時(shí)需要將接地鱷魚夾接地，以避免噪聲的干擾。由于只需要測量頻率值，操作步驟比較簡單，首先將示波器水平檔位和垂直檔位調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置(事先需要多次的測試)，打開數(shù)字濾波功能，探頭感應(yīng)信號，觀察硬件頻率計(jì)讀數(shù)，最后記錄統(tǒng)計(jì)不同產(chǎn)品的最佳振蕩頻率。在生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品時(shí)先將振蕩頻率調(diào)至最佳再生產(chǎn)，提高產(chǎn)生合格率。

感應(yīng)法測量振蕩頻率的方式可運(yùn)用于類似工作原理的其他高頻機(jī)械上，這只是示波器的一個(gè)簡單應(yīng)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(lǐng)域獲得更多的應(yīng)用和普及。