示波器在高頻機械上的應用

什么是高頻波?很多人存在疑問，并且不知道怎么回答這個問題。

其實高頻波是超聲波的一種，他們的區(qū)分標準是頻率。當超聲波的頻率大于100KHz時，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，利用的就是頓時產(chǎn)生的巨大能量，熔接目標物體。

高頻塑膠熔接機(簡稱高頻機,英文Hing freguency plastic welder)，是由電子管將電能轉化為電磁波,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)象劇烈運動而產(chǎn)生熱量。膠布在模具壓力下達到熔接定型的效果。

高頻機的關鍵技術就是產(chǎn)生高頻電磁場。熔接機的真空管將高壓電能轉換為電磁能，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弱，進而影響產(chǎn)品的熔接好壞，如何測定振蕩頻率然后調節(jié)至適當大小就變得至關重要。在機械化、數(shù)字化的今天，高頻塑膠熔接機振蕩頻率的調節(jié)仍然靠工人憑借經(jīng)驗調節(jié)。這種人工調節(jié)方式常常導致產(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?作為通用基礎測量儀器的示波器就可以應付這種情況。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現(xiàn)直接測量，另一種感應法，是使用普通無源探頭感應高壓環(huán)境下的電磁場來實現(xiàn)測量。在測量點的選擇上，感應法是將無源探頭當成感應天線來使用，熔接機正常工作情況下在機器周邊一定范圍內都會產(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現(xiàn)振蕩頻率測量。在安全性上，感應法無須直接接觸機器電路部分，只需將探頭靠近機器即可，不會對機器和人身造成危害。在性價比方面，由于直接測量法需要外加高壓衰減探頭，成本會比感應法測量高出很多。所以用感應法測量熔接機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存實時存儲的波形中截取其中一段計算平均周期，然后轉換成頻率。硬件方法的頻率是由硬件頻率計測得的，硬件頻率計將計算得到的觸發(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，此時軟件方法測得的數(shù)值在不停的改變已失去實際意義，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對其精度要求較高，需要精確到小數(shù)點后3位，軟件測量值只到小數(shù)點后2位，硬件頻率計可以達到3位以上。由于對頻率精度要求高，所以最好選擇計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位實時計數(shù)的有源晶振頻率計完全滿足對測量精度的要求。

筆者在實際測量中發(fā)現(xiàn)，信號噪聲干擾較大，導致硬件頻率計顯示與實際不對，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際信號一致。