淺析多通道隔離示波器在浮動測量中的應用

許多行業的技術人員和工程師在工作中常常需要對兩個或多個信號進行浮動測量，即測量各點之間沒有參考地電位的多端信號，這種測量通常也稱為差分測量，被測量信號也稱為差分信號。文章主要介紹了多通道隔離示波器在浮動測量中的應用，給大家分享。

1、引言

許多行業的技術人員和工程師在工作中常常需要對兩個或多個信號進行浮動測量，即測量各點之間沒有參考地電位的多端信號，這種測量通常也稱為差分測量，被測量信號也稱為差分信號。

為達到差分測量的目的，現有技術有隔離變壓器、差分探頭和隔離通道等。這幾種技術的優缺點比較可見表一。

從上表看，傳統方法一般采用使接地系統無效的技術;后端隔離方法，一般采用隔離變壓器的技術，人為地將信號公共線與地電位斷開;但這種技術會有一定的危險，因為它不僅升高了示波器上存在的電壓，增加了操作人員被電擊的可能性，而且還累積了示波器電源變壓器絕緣體上的應力，雖不會立即引發故障，但可能在將來引發電擊或火災等危險。(見圖1)

圖1采用斷開地線的方法進行浮動測量對人和設備很危險

差分或隔離探頭提供了一種安全可靠的使接地示波器可以進行浮動測量的方式。兩種探頭的接觸體都不需要接地，并且探頭系統作為一個整體與示波器的機殼接地端隔離。但是，它們對測量設備的成本和復雜性提出了新的要求;可能需要獨立的電源，并且其增益和偏差特征必須作為因數計入每次測量;配有差分探頭的示波器側重于性能和安全(帶寬、隔離)，犧牲了外形構造的優勢，如可移動性和成本。

近五年來，針對后端隔離變壓器和前端差分探頭技術的缺陷，一種新的浮動測量技術即中端多通道隔離技術(IsolatedChannel技術)應運而生，使安全、經濟、方便地進行浮動測量成為可能。

2、多通道隔離示波器的工作原理

多通道隔離示波器是一種具有2個或4個隔離通道的可現場使用的實驗室示波器。它的四個隔離通道輸入體系結構給“正”輸入和負基準導線提供了真實且完整的通道間的安全電氣隔離。

這種多通道隔離技術不同于傳統的隔離技術，而是在測量系統的的中端，即示波器內部的電路結構發生了改變。(見圖2)

圖2傳統示波器與多通道隔離示波器的原理比較

多通道隔離示波器本質是一高集成多功能的實驗室數字存儲示波器，基本結構與傳統示波器一致，但在隔離上從儀器本身隔離出發，主要反映在兩個方面：(1)通道間采用了完全電氣隔離技術，(2)輸入端地線與市網地線高阻抗隔離，同時在傳統示波器多功能的基礎上又增加了電池供電和功率分析等功能，并將與外部聯接的接口RS232，打印機并口和CF卡驅動器等集于一身。

3、多通道隔離示波器的應用

多通道隔離技術發展已基本成熟，以美國泰克公司最近推出的TPS2000系列示波器為最具有代表性;其特有的多通道隔離的技術，自推出后得到了廣大科研人員和工程技術人員的關注，短短時間內就在醫療設備維修、工業電源設計、電機功率分析等需要浮動測量的領域應用開來。

3、1在醫療設備維修中的應用

醫療設備與人性命休戚相關，在現代治療中，其作用越來越重要，越來越先進，體積也越來越大，費用也越來越高，如何及時、安全、可靠地維修設備，成為各大醫療機構需要解決的一個重要問題。TPS2000系列示波器小巧便攜，可用電池供電，大大提高了設備維修的速度。又因醫療設備大部分直接作用于人體，要求絕對安全接地，以防觸電;醫療設備又多是大型電子設備，對維修用的電子儀器的抗干擾性提出了要求，TPS2000通道間是隔離的，在醫療設備的維修中的優越性就非常明顯。

3、2在工業開關電源設計中的應用

在現在能源越來越緊張的情況下，如何減少能耗，提高產品的競爭力，已成為工業電源設計時考慮的重中之重，所以設計時隨時檢測功率及功率相關的參數，就突顯重要了。TPS2000具有相應的功率分析套件，此套件包括高壓探頭，電流探頭，功率分析模塊和功率分析軟件，可進行開關損耗(包括開通，截止和傳導損耗)的分析，諧波失真測量達到50次，dv/dt和di/dt游標的，可大大縮短設計周期。

圖3用TPS2000進行諧波分析

而且還可以進行功率波形分析，包括：–相位分析，有功功率，無功功率，功率因數，波峰因數，相位關系等

圖4用TPS2000進行功率分析

3、在野外測量中的應用

此外，多通道隔離示波器在野外測量中的使用比較廣泛。一些工程師常需要去野外測量一些信號，而野外電源不方便，或者根本沒有，測量條件較差，該系列示波器提供了長達八小時的電池供電解決方案及背光功能，解決了工程師測量中的問題;同樣對衛星發射設備維護維修中的測量也大大提高了工作效率。

4、結束語

可見，多通道隔離示波器以其優越的性能為工程師和廣大科研工作者提供了快速、準確、經濟的多通道浮動測量解決方案，并把人身和設備安全放在首位。在將來多通道隔離示波器的應用會越來越多，以滿足技術人員更復雜的測量。