近年來，電子行業(yè)的發(fā)展速度驚人，日新月異的技術(shù)測量領(lǐng)域也迎來了新的挑戰(zhàn)。測量領(lǐng)域?qū)τ诟咚佟⒏呔?、更長時間記錄結(jié)果有了越來越高的要求。
除此之外，軟硬結(jié)合是近幾年發(fā)展的關(guān)鍵詞，強大的硬件功能離不開一體化的軟件平臺?？梢哉f，示波記錄儀是硬件的“聽診器”，而軟件則是人機交互的一扇“窗戶”。
在這樣的背景之下，Yokogawa（橫河計測株式會社，下文簡稱“橫河”）在2021年3月24日正式發(fā)布了高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DL950示波記錄儀和IS8000集成測量軟件平臺。
創(chuàng)新基因植根橫河
所謂示波記錄儀就是數(shù)據(jù)記錄儀和示波器的結(jié)合，前者以長期、高精度、多通道和多信號種類為特點，后者則以高速采樣和豐富的觸發(fā)為特長。橫河所開發(fā)的示波記錄儀則結(jié)合了二者最有價值的專長，以創(chuàng)新型產(chǎn)品稱霸這方面市場。
根據(jù)介紹，橫河早在1984年就開始嘗試結(jié)合示波器和記錄儀的優(yōu)點，開發(fā)全新的高速記錄設(shè)備。為了追尋更好的機械設(shè)備動態(tài)記錄，橫河不斷提高采樣速度、頻率、帶寬、分辨率、通道密度、物理測量面積、存儲深度，以實現(xiàn)更精準(zhǔn)的測量，發(fā)布了一個又一個顛覆市場的創(chuàng)新型產(chǎn)品。
1969年，型號為2915的電磁示波儀是橫河的多通道經(jīng)典產(chǎn)品；1984年，橫河推出型號為3655的分析記錄儀，這是橫河首款記錄儀產(chǎn)品，并且是一款內(nèi)存記錄的記錄儀。彼時兩款產(chǎn)品分別作為示波器和記錄儀經(jīng)典產(chǎn)品還沒有合并到一起，但“創(chuàng)新基因”已深深植根在橫河之中。
2002年，DL750示波記錄儀正式面世，兼具示波器和記錄儀優(yōu)點的一體化產(chǎn)品成功被應(yīng)用在各個行業(yè)，同時也標(biāo)志著模塊化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的開端；2010年，DL850和DL850V示波記錄儀發(fā)布，這是橫河的第三代記錄儀產(chǎn)品，主打?qū)崟r分析并成為了十年經(jīng)久不衰的產(chǎn)品；2013年，DL850E和DL850EV示波記錄儀發(fā)布，升級了串行總線監(jiān)測功能。
時間回歸2021年，第四代的記錄儀DL950示波記錄儀正式發(fā)布，這款產(chǎn)品凝聚了橫河五十多年在高速數(shù)采儀器領(lǐng)域的沉淀，以PC數(shù)據(jù)流為首要創(chuàng)新的一代跨時代產(chǎn)品。
硬核參數(shù)功能構(gòu)筑新產(chǎn)品
DL950示波記錄儀即為2010年所發(fā)布的DL850和DL850V示波記錄儀系列的升級產(chǎn)品，這款產(chǎn)品將采樣率升級到了200MS/s并可通過10Gbps以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)傳輸至PC，全新搭載12.1英寸大尺寸觸摸屏，操控上既可以使用觸控也可使用機械按鍵。
一并被發(fā)布的還有兩個全新的輸入模塊，分別是720212和720256，前者能夠以200MS/s的采樣速度讀取數(shù)據(jù)，后者能夠以10MS/s的采樣速度從四個輸入通道讀取數(shù)據(jù)。
存儲上，支持8G點大內(nèi)存和20秒連續(xù)捕獲，即使是以200MS/s的速度，也不會錯過任何信號變化；也支持512GB內(nèi)部SSD記錄，可以高達(dá)2MS/s的速度進(jìn)行長時間記錄，還可以記錄雙捕獲波形，對于車內(nèi)耐久性測試和罕見自發(fā)事件的捕獲非常有效。
模塊上，支持隔離插拔模塊、多單元同步，每臺DL950擁有8個插槽。與此同時，DL950可同時連接5臺進(jìn)行同步測量，假設(shè)每臺DL950均插滿720256模塊（4輸入通道），則可最多擁有高達(dá)160CH的多單元同步進(jìn)行（4CH x 8插槽 x 5臺）。從而可同時使用5臺160CH測量重量、壓力、位移、振動、扭矩和其他參數(shù)，以便分析數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。不過，目前來說，DL950僅支持同型號的同步測量。
功能上，擁有車內(nèi)串行總線分析（CAN、CAN FD、LIN、SENT），可顯示電壓、溫度等各類參數(shù)的數(shù)據(jù)信息波形。除此之外，還搭載實時數(shù)學(xué)運算、觸發(fā)時動作和GO/NO-GO判斷、高抗噪性、歷史異常波形回放功能等。
值得一提的是，“閃存采集”也即將發(fā)售，DL950可在任何不能攜帶PC的場所捕獲數(shù)據(jù)，提供高達(dá)20MS/s的速度長時間記錄到內(nèi)部閃存。閃存為非易失性，因此即使在關(guān)閉電源后，捕獲的數(shù)據(jù)也會保留在儀器中，測試結(jié)束后可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上。據(jù)現(xiàn)場介紹，“閃存采集”是一種全新靈活的方式，高速數(shù)據(jù)流無需電腦，適用于車載、現(xiàn)場測量。
集成化的軟件平臺
強大的硬件離不開軟件生態(tài)環(huán)境，許多企業(yè)也從純硬件逐漸“偏軟”，這是因為數(shù)據(jù)自身的“魔力”遠(yuǎn)超想象。DL950則也是在這一世代，迎來重大的功能升級，即IS8000軟件平臺。
發(fā)布會現(xiàn)場，橫河在介紹IS8000軟件平臺時坦言，實際上工程師在開發(fā)過程中需要花費大量時間進(jìn)行測量、存儲、分析，這是因為開發(fā)流程中不僅存在大量不同UI的不同軟件，還需要利用不同軟件、不同數(shù)據(jù)格式去控制不同儀器。
基于此，開發(fā)了IS8000這一軟件平臺，這是一套能加速工程流程的集成解決方案。IS8000整合了客戶的測量流程，整合了時間序列各種物理數(shù)據(jù)，整合了各類測量數(shù)據(jù)。值得一提的是，IS8000并不是一款專用軟件，而是通過平臺上添加可選軟件來滿足客戶各種需求的平臺。
結(jié)合本次發(fā)布的DL950和IS8000上的10GbE選件，最多可以以10M點/秒的采樣率在PC上實時存儲多達(dá)8個通道的數(shù)據(jù)。對于高速、多通道輸入(如門信號和多相變頻器的開關(guān)波形)，現(xiàn)在可以實現(xiàn)更長的記錄時間。
IS8000支持DL950示波分析儀和WT5000高精度功率分析儀的在線數(shù)據(jù)采集，旗下產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制和設(shè)置、采集數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，以及高速攝像頭和RAM監(jiān)視器等統(tǒng)一。
需要注意的是，DL950的高速數(shù)據(jù)實時傳輸PC是其主打亮點之一，而通過IS8000一體化軟件平臺的支持下，所有相關(guān)數(shù)據(jù)都被以統(tǒng)一格式保存在同一平臺之下，數(shù)據(jù)的作用能夠被充分釋放。
DL950要解決的技術(shù)課題
市場的需求無疑是驅(qū)動研發(fā)的重要力量。據(jù)橫河介紹，市場對示波記錄儀的需求升級主要在測量能力和生產(chǎn)力兩方面。
1、測量能力：主要包括帶寬和通道。電子控制技術(shù)不斷進(jìn)步進(jìn)程下，需要更加快速的開關(guān)功率器件，也需要更復(fù)雜的電機與執(zhí)行器控制，諸如近兩年的SiC功率器件和大規(guī)模FPGA的部署。采樣快速變化的波形需要快速采樣，實現(xiàn)這項要求必須有更高的帶寬。
另一方面，電氣化目前的進(jìn)展之下需要多點測量，具體表現(xiàn)在電動汽車中的電機和逆變器的數(shù)量不斷增加，備用系統(tǒng)的后備系統(tǒng)的冗余設(shè)計和綜合評價需求明顯。由此引發(fā)測量多個信號的需求，利用更多通道進(jìn)行綜合測試和評價。
2、生產(chǎn)力：高速數(shù)據(jù)實時傳輸PC、同步測量和易用性是增強生產(chǎn)力的必備功能，也是主流廠商逐漸布局的領(lǐng)域。
越來越完善的軟件系統(tǒng)，推動行業(yè)將測量數(shù)據(jù)保存在電腦上，供進(jìn)一步分析或存儲。由于更高的通道數(shù)、采樣率和分辨率推動了數(shù)據(jù)量的增加，強烈要求縮短PC數(shù)據(jù)傳輸時間。當(dāng)然，為了實現(xiàn)精確的分析，需要其他工具之間的時間同步。
不過，隨著功能越來越來豐富，也帶來設(shè)計菜單復(fù)雜的缺點，觸摸屏是實現(xiàn)直觀操作的一種方式，但它的弱點是在電機、變頻器測量等惡劣條件下不一定穩(wěn)定。
那么，DL950又是如何從技術(shù)方面，解決上述所說的挑戰(zhàn)？根據(jù)橫河介紹，主要集中在以下四點：
1、模擬前端性能提升，可更好地觀察信號：實際上，信號質(zhì)量并不單單由A/D轉(zhuǎn)換器的性能決定，將信號引導(dǎo)到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電路必不可少，但空間非常有限。
DL950優(yōu)秀的模擬技術(shù)是克服這一技術(shù)難題的關(guān)鍵，表現(xiàn)在參數(shù)上則是更高的帶寬和卓越的共模噪聲抑制。2通道40MHz帶寬比以往帶寬提高2倍、4通道3MHz帶寬比以往提高10倍，而新模塊的模擬前端電路設(shè)計實現(xiàn)了最佳的共模噪聲抑制性能。
2、彈性化的同步功能：在同步功能上，橫河分別可在用于同步的數(shù)字PLL和IEEE 1588精準(zhǔn)時間協(xié)議實現(xiàn)±（30ns+1 sample）和±150ns的精度。
時鐘同步是實現(xiàn)多單元同步測量的關(guān)鍵，橫河的數(shù)字技術(shù)則可實現(xiàn)5個單元之間的PLL功能，除此之外，光纖的連接方式，實現(xiàn)了使用方便和良好的抗噪聲性能。
“IEEE精確時間協(xié)議” 則主要用于計算機網(wǎng)絡(luò)，橫河將此技術(shù)運用到測量儀器之中，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)了不同工具之間的精確同步操作。
3、提高生產(chǎn)率的性能（數(shù)據(jù)優(yōu)化和快速數(shù)據(jù)流）：據(jù)介紹，通道之間的傳輸速度不同，模擬電壓和邏輯電壓屬于快信號，電流、應(yīng)變、加速度為中信號，溫度則為慢信號。因此，DL950則實現(xiàn)了每個輸入通道的單獨采樣率設(shè)計，即使在同時測量高速信號和許多慢信號時，數(shù)據(jù)大小也可以優(yōu)化。
另一方面，為了避免CPU瓶頸，DL950中實現(xiàn)了數(shù)據(jù)流的特殊路徑，通過10G以太網(wǎng)實現(xiàn)“高速公路”，初步計劃數(shù)據(jù)流速度被限制在160MB/s，但它還有更高的潛力。
4、可用性強，穩(wěn)定可靠：交互操作是示波分析儀的重要性能之一，DL950則采用了“觸屏操作”與“常規(guī)機械按鍵操作”的組合。據(jù)介紹，由于觸屏操作在很多情況下會變得不穩(wěn)定，用按鍵/旋鈕操作比觸屏更直觀和精確。因此，經(jīng)過橫河的慎重考慮，決定即使在觸摸屏關(guān)閉的情況下，按鍵和旋鈕也能保持穩(wěn)定運行。
散熱性能則是示波分析儀穩(wěn)定工作的重要基礎(chǔ)之一，但恰好相反的是提高性能依賴于高級的處理器，但它們的高能耗會產(chǎn)生大量熱量。DL950的冷卻系統(tǒng)為穩(wěn)定可靠的測量性能提供了理想的環(huán)境，通過精確的模擬和樣機的實際測試，控制了各種情況下的氣流。
總結(jié)
“無需模仿，更不跟風(fēng)”是橫河在新品發(fā)布的邀請函上所注，實際上，原創(chuàng)設(shè)計出示波記錄儀的這家公司正是以創(chuàng)新產(chǎn)品獨立于市場。
通過在硬件上的硬核升級和一體化軟件平臺的支持下，使得汽車和工業(yè)領(lǐng)域、電力/能源行業(yè)、產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域能夠快速評估所有電器和機械測試。而豐富的插拔模塊、探頭和附件，則可為測試帶來更多的選擇。
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