測試和測量儀器隨著時(shí)間而發(fā)展，但大多數(shù)關(guān)注都來自明顯的性能改進(jìn)，如測量帶寬和動(dòng)態(tài)范圍。但是不太明顯的改進(jìn)，諸如通道數(shù)量，I / O接口速度和組合功能之類的次要規(guī)格，往往被市場所忽視，但這些因素對實(shí)際應(yīng)用卻起到了非常重要的作用以及最大的便利性。
八通道
幾十年來，高頻示波器提供了兩個(gè)或四個(gè)通道。雙通道示波器受模擬示波器的性能限制。數(shù)字示波器消除了陰極射線管及其顯示限制，并開始支持到四個(gè)通道，并持續(xù)了數(shù)十年，直到組件的大小為額外的通道提供了空間。在過去的幾年中，四家主要示波器供應(yīng)商中的三家已將八通道示波器添加到了產(chǎn)品線中。擁有八個(gè)可用的模擬通道可打開整個(gè)測量應(yīng)用范圍。
需要四通道的最常見測量是三相功率，三相是多相交流配電系統(tǒng)中最常見的類型。它在發(fā)電，輸電和配電中發(fā)現(xiàn)了常見的應(yīng)用，并用于為大型電動(dòng)機(jī)和其他重負(fù)載設(shè)備供電。
三相設(shè)備（例如三相電動(dòng)機(jī)）以WYE（四線）或DELTA（三線）配置連接。對于星形連接設(shè)備，基本的三相功率確定需要測量三相電壓（Va，Vb和Bc）和三相電流（Ia，Ib和Ic）。通過將每個(gè)電壓的電壓乘以其相關(guān)相電流，可以計(jì)算出每個(gè)功率相的瞬時(shí)功率。瞬時(shí)功率的平均值是有功功率。所有三個(gè)相功率讀數(shù)的總和是設(shè)備的總有功功率。此測量稱為三瓦特表功率測量。為了使用外部差分電壓探頭和電流探頭進(jìn)行電壓和電流測量，需要六個(gè)通道。
圖1顯示了使用Teledyne LeCroy WaveRunner 8038HD在八通道示波器上進(jìn)行三相功率測量的示例。這是主要示波器供應(yīng)商提供的八通道示波器之一。WaveRunner 8000HD系列示波器具有八個(gè)12位通道。相電壓的三個(gè)測量使用差分探頭進(jìn)行的。它們顯示在頂部的三個(gè)顯示區(qū)域中。還有三個(gè)用于通過電流探頭進(jìn)行相電流測量的通道，它們出現(xiàn)在相電壓測量值正下方的三個(gè)顯示區(qū)域中。
三相功率測量的示波器屏幕截圖圖1對于在八通道示波器上進(jìn)行的三相功率測量，八個(gè)通道中的六個(gè)用于同時(shí)測量三相電壓和三相電流。將各相的功率相加，以讀取總功率。
該示波器具有12個(gè)雙功能數(shù)學(xué)跡線，可用于對任何模擬波形進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。
波形顯示下方將顯示各相RMS電壓和RMS電流的參數(shù)測量值以及平均相功率和總功率。還有總共12個(gè)測量參數(shù)可用，例如函數(shù)軌跡，并且測量參數(shù)的數(shù)量應(yīng)超過采集通道的數(shù)量。
如本例所示，顯示八個(gè)采集的波形和其他派生信號(hào)會(huì)使示波器顯示非常繁忙。具有多種顯示格式，并且能夠在每個(gè)顯示網(wǎng)格中添加標(biāo)簽將有助于清晰展示。本示例使用具有12個(gè)網(wǎng)格的顯示格式。支持一個(gè)，兩個(gè)，四個(gè)，六個(gè)，八個(gè)，12、16或20個(gè)分區(qū)顯示配置，以及一些特定于應(yīng)用程序的布局。
具有多達(dá)八個(gè)模擬通道的其他應(yīng)用還可以用于汽車測量，醫(yī)療電子和無損檢測。這些應(yīng)用程序中的每一個(gè)都使用多個(gè)傳感器，并且需要同時(shí)顯示。所有主要的示波器供應(yīng)商都提供支持最常見應(yīng)用的專用軟件，例如多相電源和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器分析。
多功能合一
另一個(gè)有趣的發(fā)展是具有綜合功能的儀器；內(nèi)部信號(hào)源與其測量能力相匹配的儀器。這允許將單個(gè)儀器用于響應(yīng)激勵(lì)測試。許多示波器已將函數(shù)發(fā)生器添加為內(nèi)部功能。其中一些發(fā)生器提供任意波形發(fā)生器。其他儀器供應(yīng)商的這種發(fā)展也在繼續(xù)，每臺(tái)儀器的源和測量通道數(shù)量增加了。
作為這種多通道/多功能開發(fā)的示例，請參考Spectrum Instrumentation的hybridNETBOX。這款獨(dú)立的LXI儀器提供多達(dá)8個(gè)用于測量的數(shù)字化儀通道，以及多達(dá)8個(gè)作為信號(hào)源的任意波形生成通道。 hybridNETBOX系列提供六種型號(hào)，分別具有40、80或125 MS / s數(shù)字轉(zhuǎn)換器的2、4或8個(gè)通道，并匹配任意波形發(fā)生器（AWG），這兩種儀器共享一個(gè)公共時(shí)鐘和觸發(fā)器。 DN2.806-08 hybridNETBOX如圖2所示。
圖2 DN2.806-08 hybridNETBOX具有八個(gè)16位數(shù)字化儀和八個(gè)16位AWG通道，最大采樣率為125 MS / s，通過LXI以太網(wǎng)鏈接PC。
該儀器的前面板具有八個(gè)16位AWG輸出和八個(gè)16位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入通道。數(shù)字化儀和AWG的最大時(shí)鐘速率均為125 MS / s，每個(gè)通道的最大存儲(chǔ)深度為512 MSamp。
AWG通道幾乎可以產(chǎn)生任何50Ω的幅度為±3V信號(hào)，而對于高阻抗則為±6V的信號(hào)。此外，還有四個(gè)數(shù)字I / O連接器可用作標(biāo)記輸出，它們與模擬通道波形完全同步。此功能使您可以精確控制測試系統(tǒng)中可能連接的其他設(shè)備。AWG部分中的最后兩個(gè)連接器允許使用外部時(shí)鐘和觸發(fā)輸入。
八個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器通道可以處理范圍廣泛的輸入信號(hào)，因?yàn)樗鼈兙哂袕摹?00 mV到±10V的可變范圍。它們還具有可編程的失調(diào)和可選的輸入阻抗（50Ω和1MΩ）。單端和差分測量模式均可用。還有一個(gè)外部時(shí)鐘和觸發(fā)輸入，以及另外兩個(gè)數(shù)字I / O端口。
這些儀器適用于需要激勵(lì)源才能進(jìn)行信號(hào)測量的應(yīng)用。放大器，濾波器，接收器和數(shù)字接口等測試設(shè)備是典型的應(yīng)用。常見的源響應(yīng)測量是驗(yàn)證中頻（IF）通道的帶寬，如圖3所示。
單個(gè)AWG數(shù)字轉(zhuǎn)換器對或帶有內(nèi)部函數(shù)發(fā)生器的示波器用于確定10.7 MHz IF通道的頻率響應(yīng)。 AWG輸出線性正弦波掃頻，覆蓋9至12.5 MHz的頻率范圍，如顯示屏的左上方所示。激勵(lì)信號(hào)的快速傅立葉變換（FFT）出現(xiàn)在右上方。 IF響應(yīng)出現(xiàn)在左下方。IF頻率響應(yīng)顯示在右下方，400 kHz的帶寬。使用本儀器最多可以同時(shí)復(fù)制八個(gè)通道。
圖3這些結(jié)果顯示了使用掃頻正弦激勵(lì)信號(hào)的10.7 MHz IF通道的頻率響應(yīng)。
多功能儀器可用于開發(fā)和測試多輸入多輸出（MIMO）陣列系統(tǒng)。無損檢測（NDT）系統(tǒng)使用超聲波穿透材料并產(chǎn)生可顯示出空隙，裂紋和其他缺陷的響應(yīng)。該技術(shù)使用換能器的相控陣來發(fā)送和接收超聲脈沖。換能器陣列使用多個(gè)發(fā)射信號(hào)來控制和聚焦超聲脈沖（圖4）。
圖4使用相控陣換能器來控制傳送的脈沖
通過控制施加到各個(gè)換能器的每個(gè)超聲脈沖的延遲，可以定向或聚焦輸出脈沖。如果所有脈沖都同時(shí)到達(dá)，則波前將以寬的平行模式輻射，如最左圖所示。如果脈沖順序到達(dá)換能器，其結(jié)果是使波前沿延遲越來越大的脈沖方向旋轉(zhuǎn)，如中心圖所示。最后，如果脈沖在外部換能器處具有最小的延遲，而在內(nèi)部換能器處具有增加的延遲，結(jié)果是將波前聚焦在中心目標(biāo)區(qū)域上，如最右圖所示。
使用AWG作為信號(hào)源，可以輕松控制這種信號(hào)的產(chǎn)生。超聲波脈沖載波的頻率，幅度，延遲，衰減時(shí)間可以輕松實(shí)現(xiàn)控制，如圖5所示。
圖5衰減逐漸增加的八個(gè)超聲波脈沖的產(chǎn)生旨在控制換能器陣列的組合輸出。幅度，載波頻率，持續(xù)時(shí)間，起音時(shí)間，衰減時(shí)間和延遲都可以單獨(dú)控制。
八個(gè)AWG通道產(chǎn)生40 kHz超聲脈沖，延遲步長增加25μs。在圖的左下角的插圖中顯示了用于單個(gè)脈沖實(shí)例的方程式。劃線上方的彩色線指示方程中影響輸出脈沖形狀的部分。起振時(shí)間由斜坡函數(shù)設(shè)置，而衰減則由衰減指數(shù)控制。八個(gè)單獨(dú)的方程式（每個(gè)AWG通道一個(gè)）用于定義每個(gè)單獨(dú)的脈沖。
脈沖發(fā)送后，換能器陣列負(fù)責(zé)接收。每個(gè)傳感器都連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入（圖6）。
圖6在接收模式下，每個(gè)傳感器通過可編程延遲功能連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入。延遲值用于對陣列控制和聚焦進(jìn)行編程，就像在發(fā)射模式期間所做的一樣。
就像在發(fā)射模式下一樣，在接收模式下對換能器陣列的控制和聚焦是使用可編程延遲來完成的。這可以通過外部可編程延遲元件來實(shí)現(xiàn)，也可以通過使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器中可用的有限脈沖響應(yīng)濾波器來實(shí)現(xiàn)。
諸如hybridNETBOX之類的多功能儀器正好適用于相控陣信號(hào)處理等應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中，多通道信號(hào)源驅(qū)動(dòng)換能器或天線陣列，而多通道數(shù)字化儀獲取返回信號(hào)。
儀器儀表的本地?cái)U(kuò)展（LXI）
LXI是用于使用以太網(wǎng)的儀器和模塊化系統(tǒng)的局域網(wǎng)（LAN）連接和控制的當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 LXI是為臺(tái)式機(jī)和模塊化儀器系統(tǒng)定義通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，建立了此類儀器之間的互操作性。大多數(shù)儀器都通過千兆以太網(wǎng)、100Base-T或10Base-T以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。LXI標(biāo)準(zhǔn)由LXI聯(lián)盟維護(hù)。
LXI旨在以更高速度的串行數(shù)據(jù)接口取代已有數(shù)十年歷史的IEEE-488接口。除了使用RJ-45連接器和CAT5 LAN布線的LAN接口外，LXI接口還支持VXI-11以檢測網(wǎng)絡(luò)上的LXI儀器。 LXI儀器還必須提供可互換的虛擬儀器或IVI驅(qū)動(dòng)程序，以支持用于與儀器通信的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序編程接口（API）。
圖7顯示了Spectrum Instrumentation hybridNETBOX的LXI界面主頁，該界面標(biāo)識(shí)了儀器及其LXI特性。
圖7此頁面顯示了由8通道數(shù)字化儀和8通道AWG組合而成的儀器的信息。
每個(gè)LXI儀器都有一個(gè)類似這樣頁面，可以使用瀏覽器搜索儀器主機(jī)名或IP地址在網(wǎng)絡(luò)上找到該設(shè)備。
大多數(shù)中檔和更高級(jí)別的儀器都提供LXI或USB接口，通常也支持較舊的IEEE-488接口。
測試和測量儀器的開發(fā)永遠(yuǎn)不會(huì)停滯不前；總會(huì)有一些新事物。諸如增加通道數(shù)，多功能拓?fù)浜透斓倪h(yuǎn)程接口之類的特性，從而增加了儀器的多功能性和實(shí)用性。無論是誰引入了這樣的新概念，原因都是因?yàn)橛脩粢筮M(jìn)行有意義的改進(jìn)，需要更方便地使用儀器。