اسیلوسکوپ های دیجیتال و دیتالاگر ها و مقایسه آنها

Digital oscilloscope and Data loggers

در این مقاله به شرح مقایسه اسیلوسکوپ های دیجیتال و دیتالاگر ها پرداختیم .

برای مقایسه هر چه دقیقتر ابتدا به تعریف آنها و ویژگی هایشان  به تنهایی اشاره کردیم .

اسیلوسکوپ های دیجیتال (DSO)

اسیلوسکوپ دیجیتال یک دستگاه الکترونیکی پیچیده است که از نرم افزار های مختلف و ماژول های سخت افزاری الکترونیکی است .

این ماژول ها  با یکدیگر کار می کنند تا داده ها را پردازش و ذخیره کنند . که نشان دهنده سیگنال های مطلوب یک اپراتور است.

 اسیلوسکوپ های دیجیتال اغلب به عنوان اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال (DSO) یا اسیلوسکوپ های نمونه برداری دیجیتال نامیده می شوند.

اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال یک اسیلوسکوپ است که سیگنال را به جای استفاده از تکنیک های آنالوگ ذخیره می کند و آن را  تحلیل می کند.

در حال حاضر شایع ترین نوع اسیلوسکوپ در استفاده به دلیل ویژگی های پیشرفته ، ذخیره سازی، صفحه نمایش و اندازه گیری است  که به طور معمول فراهم می کند.  

اساس DSO مدار ورودی آن است که باید تبدیل سیگنال آنالوگ ورودی به  دیجیتال را انجام دهد .

با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال (A / D) سیگنال ورودی آنالوگ نمونه برداری می شود .

 فرکانس نمونه برداری باید کمتر از نرخ نایکوییست برای اجتناب از aliasing باشد.

این مقادیر دیجیتال سپس به یک سیگنال آنالوگ برای نمایش در یک لوله رادیویی (CRT) تبدیل می شوند .

این مقدار به صورت مورد نیاز برای ضبط نمودار، پلاتر یا رابط شبکه تبدیل می شود.

طریقه کار اسیلوسکوپ های دیجیتال (DSO)

 با استفاده از یک ساعت داخلی، اسیلوسکوپ های دیجیتال سیگنال های ورودی را به نقطه زمان جداگانه می برند.

سپس مقدار دامنه لحظه ای توسط اسیلوسکوپ در این نقاط کوانتیزه می شود . 

سپس نتیجه های دیجیتال در حافظه دیجیتال ذخیره می شود.

در یک نرخ ساعت از پیش تعیین شده، صفحه نمایش از حافظه دستگاه بازسازی می شود .

در نتیجه به عنوان نقاط متصل یا یک سری نقطه دیده می شود .

اسیلوسکوپ های دیجیتال ویژگی های قدرتمند در مورد نحوه انتقال داده های دیجیتالی از حافظه خود را فراهم می کند.

پس از یک رویداد ماشه، می توان از اسیلوسکوپ های دیجیتال برای نمایش شکل موج ها استفاده کرد .

که باید ابتدا قبل از شروع یک ردیابی، شروع به کار کند.

 ویژگی های اسیلوسکوپ های دیجیتال (DSO)

یک اسیلوسکوپ دیجیتال همچنین توانایی بررسی اطلاعات دیجیتالی ذخیره شده در حافظه خود را دارد .

  و اندازه گیری های خودکار براساس پارامترهای انتخاب شده کاربر را افزایش می دهد.

همچنین می تواند داده های مشابه ضبط شده را به شیوه های مختلف نمایش دهد .  

همچنین انعطاف پذیری ارائه یک مجموعه ای از گزینه های ذخیره سازی، پردازش و نمایش، مانند صفحه نمایش یک چهارم  و نیمه صفحه نمایش و برنامه های چند مرحله ای را

ارائه می دهد.

اسیلوسکوپ دیجیتال ایده آل برای نمایش شکل موج سیگنال پیچیده است . 

در آن محاسبات و اندازه گیری ها در بخش های خاصی از شکل موج باید ساخته شود .

در این صورت نمایش خروجی های عددی و شکل موج را نشان دهد . این نشانگر پارامترهای انتخاب شده از شکل موج است.

اسیلوسکوپ های دیجیتال به صورت دوره ای نمونه ای از یک زمان متفاوت سیگنال آنالوگ را ذخیره می کنند .

در شکل موج ها مقدار مقادیر سیگنال را با زمان مقایسه می کند.

انواع اسیلوسکوپ های دیجیتال (DSO)

دو دسته کلی از اسیلوسکوپ های دیجیتال عبارتند از. : اسیلوسکوپ های تک بیت و اسیلوسکوپ های نمونه برداری زمانبندی .

اسیلوسکوپ تک قطعه نمونه ای از زمان واقعی را از یک رویداد شروع می کند پس از اینکه شرایط مطلوب شود. سرعت تبدیل آنالوگ به دیجیتال

محدودیت سرعت نمونه برداری از اسیلوسکوپهای تک قطعه را تعیین می کند. اندازه حافظه خرید که خروجی را از مبدل دریافت می کند. 

زمانیکه یک رویداد واحد را می توان نمونه برداری کرد، محدود می شود.

مزایای اسیلوسکوپ های دیجیتال (DSO)

برخی از مزایای یک اسیلوسکوپ دیجیتال بر روی اسیلوسکوپ آنالوگ عبارتند از توانایی برای ذخیره اطلاعات دیجیتال برای مشاهده بعدی،

آپلود به یک کامپیوتر، تولید یک نسخه کپی و ظرفیت آن برای اندازه گیری  بر روی داده های دیجیتال.

از مزیت  های  اسیلوسکوپ میتوان اشاره کرد به این که صفحه نمایش رنگی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. به طوری که ردیابی از منابع مختلف می

تواند در رنگ متضاد نمایش داده شود.

در اسیلوسکوپ دیجیتال خروجی می تواند برای ارائه یک تصویر کاغذ استفاده شود. مزیت نهایی این است که DSO می تواند اطلاعات بسیار بیشتری در مورد یک سیگنال

(زمان افزایش پالس، طیف فرکانس و غیره) را فراهم کند . که از روش های کاملا آنالوگ امکان پذیر است.

جایی که این امکانات مستقیم در دسترس نیست (در برخی از اسیلوسکوپ های دیجیتال و همه آنالوگ ها). ، دو روش جایگزین برای استفاده از ابزار

برای اندازه گیری فرکانس در دسترس هستند. اول، پایه زمانی داخلی را می توان تنظیم کرد. تا فاصله بین دو دوره متوالی سیگنال  را

می توان در برابر گرادیان کالیبراسیون روی صفحه نمایش خواند. دقت اندازه گیری توسط این روش محدود است .

طریقه استفاده از اسیلوسکوپ های دیجیتال (DSO)

یک راه جایگزین برای استفاده از اسیلوسکوپ برای اندازه گیری فرکانس، تولید الگوهای Lisjous است.

اینها با استفاده از موج فرکانسی سینوسی مرجع شناخته شده به ورودی y  اسیلوسکوپ و سیگنال فرکانس ناشناخته به ورودی x تولید می شود.

یک الگوی بر روی صفحه نمایش بر اساس نسبت فرکانس بین دو سیگنال تولید می شود .

و اگر عددی و معکوس در نسبت دو سیگنال هر دو نشان دهنده یک تعداد انتهایی از چرخه ها باشد، الگوی ثابت است.

تنها اسیلوسکوپ های دیجیتال دارای  ADC هستند. و باید اصول عملیاتی آن برای دستیابی به نتایج خوب بدست آید.

هنگامی که یک سیگنال آنالوگ کوانتیده میشود، همیشه خطاهایی وجود دارد .

زیرا دامنه آنالوگ را نمی توان به طور کامل با تعداد محدودی از سطوح کوانتیده شده توصیف کرد.

دیتالاگر

دیتالاگر وسیله‌ای الکترونیکی است که داده‌هایی را که به وسیله ی حسگر تعبیه شده . 

در دستگاه  و حسگر خارجی تأمین می‌شوند را در طول زمان یا در  مکان ذخیره می‌کند.

اکثر دیتالاگرها بر پایه یک پردازنده دیجیتال  طراحی و ساخته می‌شوند.

 آن‌ها عموماً کوچک و قابل حمل بوده و به وسیله باتری تغذیه می‌شوند .

به علاوه به یک ریزپردازنده مجهز بوده . و دارای حافظه داخلی جهت ذخیره‌سازی داده و تعدادی حسگر می‌باشند.

برخی از دیتالاگرها به رایانه متصل می‌شوند و می‌توان با استفاده از نرم‌افزار آن‌ها را فعال کرد  و داده‌های کنترل شده را تجزیه و تحلیل کرد.

در حالی که بقیه دارای رابط محلی (مانند صفحه کلید و صفحه نمایش) بوده  و می‌توانند از آن‌ها به صورت وسیله‌ای مستقل استفاده کرد.

در واقع یک دیتالاگر یک دستگاه جمع و جور با باتری است که مجهز به ریزپردازنده داخلی، ذخیره سازی داده ها و یک یا چند سنسور  است.

دیتالاگر  ها می توانند در محیط های مختلف برای اندازه گیری در فواصل زمانی تعیین شده تا چند سال در یک زمان بدون نظارت مستقر شود.

بسته به نوع داده ها، اندازه گیری ها می توانند شامل  :

دمای هوا، رطوبت نسبی، جریان AC / DC   و ولتاژ، زمان استفاده (نور، موتور، و غیره)، شدت نور، درجه حرارت آب، رطوبت خاک، سرعت باد، سيگنالهاي پالس، بسياري

ديگرباشد.

مزایای دیتالاگر ها 

 از مزایای استفاده از دیتالاگر این است که به طور خودکار داده ها را به صورت 24 ساعته جمع آوری کند.

پس از فعال سازی، داده های ثبت کننده به طور معمول مستقر می شوند .

و بدون نظارت برای ثبت اطلاعات برای مدت زمان نظارت قرار می گیرند.

این اجازه می دهد تا  تصویر جامع و دقیق از شرایط محیطی ، از قبیل دمای هوا و رطوبت نسبی  تحت نظارت باشد.

ثبت اطلاعات داده ها و گرفتن اطلاعات اغلب به طور قابل تعویض استفاده می شود. با این حال، در یک زمینه  کاملا متفاوت هستند.

یک سیستم ثبت اطلاعات یک سیستم جمع آوری داده است . اما یک سیستم جمع آوری داده ها لزوما یک لاگر نیست.

حافظه ی دیتالاگرها

دیتالاگر ها به طور ضمنی دستگاه های مستقل هستند .

در حالی که در سیستم معمولی کسب اطلاعات باید به منظور دستیابی داده ها به کامپیوتر متصل شود.

این جنبه مستقل از لاگر ها به حافظه درون برد آنها دلالت دارد که برای ذخیره اطلاعات به دست آمده استفاده می شود.

گاهی اوقات این حافظه  بزرگ است تا روزها یا حتی ماهها از ضبط بدون نظارت استفاده کند.

این حافظه ممکن است حافظه دسترسی تصادفی استاتیک، حافظه فلش یا EEPROM با باتری را پشتیبانی کند.

با توجه به زمان ثبت طولانی دیتالاگر ها،  آنها مکانیسم را برای ضبط تاریخ و زمان در یک بازه زمانی نشان می دهند.

دیتالاگر ها قابلیت حمل  تا 20 کانال با حداکثر سرعت نمونه برداری 10 ms را دارند.

کاربرد های دیتالاگر ها

1- ذخیره‌سازی ‘نمودار بارگذاری الکتریکی’ برای مدیریت مصرف انرژی.

2- مانیتورینگ فرایند برای نگهداری و عیب‌یابی .

3- ذخیره در ایستگاه‌های بدون مراقبت هیدروگرافی )مانند سطح آب، عمق آب، جریان آب،رسانایی آب(

4- ذخیره خودکار رطوبت خاک.

5 – ذخیره خودگار فشار گاز.

6- اندازه‌گیری لرزش و شرایط حمل  در توزیع.

7- اندازه‌گیری دمای مواد فاسد شدنی در حین انتقال محموله.

8- تحقیقات حیات وحش.

9- آزمایش خودرو.

10- داده برداری از متغیرهای دما و فشار در طول خط لوله.

مقایسه

 برای مقایسه این دو وسیله باید توجه داشت که کاربر چه اطلاعاتی از دستگاه میخواهد . 

بسته به آنچه میخواهد باید  انتخاب کند.

1 – یک اسیلوسکوپ دیجیتال  نشان می دهد که چگونه با زمان تغییر می کند. بنابراین قادر است مقدار بسیار کمی از زمان را نشان دهد.

 یک دیتالاگر داده ها را در طول زمان ذخیره می کند. این دوره قابل تنطیم است.

لاگر ها معمولا هیچ روش نمایش داده هایی را که توسط کاربر وارد شده است را ندارند .

داده ها باید بر روی یک کامپیوتر برای تجزیه و تحلیل  دانلود شوند. 

2 – یکی از تفاوتهای آن ها در نرخ نمونه برداری آن هاست. دامنه سطح ورود اسیلوسکوپ ها این روزها 1 GS / s خواهد بود. دیتالاگرها ممکن است

kS / s یا احتمالا MS / s باشد.

3 – تعداد کانال های اسیلوسکوپ ها معمولا 2 تا 4 کانال هستند. دیتالاگر ها می توانند بسیاری داشته باشند.

4 – اسیلوسکوپ ها دارای وضوح رنگ بهتر و بیشتری نسبت به لاگر ها هستند.

5- طور کلی دیتالاگر ها نسبت به اسکوپ ها آسان ساخت ترند.

6- اسیلوسکوپ ها دارای رزولویشن 8 بیتی و امروزه 12 بیتی هم هستند . اما دیتالاگر ها دارای رزولویشن بالاتری تا حد

24 بیت هستند .

7- دیتالاگر ها دارای دقت و سرعت نمونه برداری بالاتری هستند.

8- سطح نویز در نمونه برداری دیتالاگر ها در مقایسه با اسیلوسکوپ های دیجیتال کمتر است.

9- در مواجهه با سیستم های پیچیده یکپارچه، مهندسان نیاز به یک راه حل اندازه گیری پیچیده و  برای اعتبار سنجی و

عیب یابی دارند. ScopeCorders با این چالش با تجزیه و تحلیل ساخته شده است.

10 – اسیلوسکوپ ها  دستگاه هایی هستند که بطور ذاتی باید راه اندازی شوند . از این رو برای ثبت داده توصیه نمیشود . اگر نیاز به ورود اطلاعات

یکپارچه داشته باشیم ، باید به جای یک اسیلوسکوپ از یک دیتالاگر استفاده کنیم.

جدول مقایسه

در جدول زیر به مقایسه ی این دو بصورت کلی پرداختیم: