數(shù)字表趨勢繪圖功能的應(yīng)用

具有趨勢繪圖功能新一代臺式數(shù)字表Fluke884X系列
模擬和數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，消費(fèi)者對更好性能和更高質(zhì)量的儀表的需求對研究、開發(fā)和測試工程師提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)今的工程師正在采用精密元件和復(fù)雜的電流設(shè)計出具有更嚴(yán)格容差的電路，以確保獲得最佳的性能和平均無故障時間(MTBF)。
像短期穩(wěn)定度、漂移和波動這樣的技術(shù)數(shù)據(jù)是研究各種受控或非受控電路所必需的關(guān)鍵變量。在有些情況下，為了診斷設(shè)備故障，工程師會需要查找一些難以捕獲的故障，例如間歇性信號中斷或毛刺。
當(dāng)需要測這些參數(shù)時，工程師就可能不得不搜羅多臺儀器，并編寫自定義的軟件程序，以便捕獲和分析數(shù)以千計的測量數(shù)據(jù)點(diǎn)。傳統(tǒng)精密數(shù)字多用表的能力限制會產(chǎn)生一些問題：“如果我希望以每秒100次的速度讀取4個小時的數(shù)據(jù)，如何處理這些數(shù)據(jù)呢？”“如何才能觀察小的變化，又仍然能跟蹤總體趨勢？”
Fluke884X是第一款提供實時捕獲和顯示低達(dá)百萬分之幾的測量值變化的精密多用表，無需費(fèi)時費(fèi)力的設(shè)置或編程，使用方式極其簡單。
Fluke8845A和8846A包括TrendPlotTM趨勢繪圖功能，該技術(shù)能夠?qū)y量值隨時間變化的序列轉(zhuǎn)化為方便儲存和分析的形式，并仍然保留測量細(xì)節(jié)。得益于儀器的信號處理能力和高性能模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器及圖形顯示功能，F(xiàn)luke884X是第一款具有TrendPlot趨勢繪圖功能的精密6.5位多用表。

趨勢分析方法
單個測量點(diǎn)往往不能提供完整信息。參數(shù)時刻都在變化、電源的電流或電壓參考可能隨時間發(fā)生漂移、振蕩器可能隨溫度發(fā)生變化、連接器可能在應(yīng)力下發(fā)生開路。
環(huán)境的變化會導(dǎo)致不可預(yù)知的結(jié)果。通過在若干分鐘、若干小時、或若干天的時間內(nèi)進(jìn)行多次測量，就能夠量化這些變化。884X數(shù)字多用表可以直接記錄類似于直流電壓、直流電流、頻率和電阻這樣的參數(shù)。交流電壓和電流可按有效值(RMS)繪制。使用相應(yīng)的變換器，溫度、壓力和濕度都可以被轉(zhuǎn)換為直流電壓。
以最簡單的數(shù)字記錄形式，按照固定的間隔采集一系列的測量“快照”。在這種情況下，儀器在每一間隔內(nèi)進(jìn)行單次測量，并將其保存在存儲器中。非常短的測量間隔能夠捕獲快速的變化，但是需要非常大的存儲器；反過來，數(shù)據(jù)點(diǎn)越多，將最新數(shù)據(jù)點(diǎn)寫入到存儲器時間就越長，會影響到采樣間隔。即使您具有一個非常大的存儲器，例如硬盤或閃存，也仍然需要面臨一個令人生畏的任務(wù)：傳輸海量的測量數(shù)據(jù)。高速、固定間隔的記錄非常易于理解，并且能夠以相對簡單的硬件實現(xiàn)，但是對于長達(dá)數(shù)分鐘或數(shù)小時的記錄時間來說，通常是不切實際的。用戶不得不選擇一個折衷的讀數(shù)速率。“我是要記錄更長的時間呢，還是要觀察更快速的變化？如何魚和熊掌兼得呢？”
最小/最大記錄
該項技術(shù)也在每一記錄間隔結(jié)束時保存讀數(shù)。但并非是每一讀數(shù)間隔僅僅獲得一個讀數(shù)，而是在每一間隔進(jìn)行多次高速測量。儀器內(nèi)的處理器將處理所有的測量值，并記錄每一間隔內(nèi)的最小(Min)和最大(Max)值。最小和最大值表示最壞情況、短持續(xù)時間事件，最短可達(dá)幾個毫秒。這些儀器通常將最小和最大值繪制在相同的圖形上。
自動時間壓縮和趨勢繪圖(TrendPlot)
趨勢繪圖(TrendPlot)是包括884X多用表在內(nèi)的Fluke儀器所提供的一項記錄技術(shù)。它顯示與最小值/最大值記錄相同的細(xì)節(jié)，但是設(shè)置簡單，并且能夠利用可用的存儲器提供最佳的時間分辨率。
趨勢繪圖是一種最小/最大值記錄形式，當(dāng)每次達(dá)到存儲器末尾時，儀器將自動壓縮時間刻度。當(dāng)儀器存儲將要溢出時，信號處理器將快速啟動工作。處理器將相鄰的記錄間隔組合為一個新的最小值和最大值。用戶仍然能夠觀察到最差測量值和總體趨勢。由于用戶能夠選擇停止測量的時間，所以就自動獲得了可用存儲器條件下的最佳時間分辨率。

圖1. 為了說明采樣率與存儲器大小之間的比例關(guān)系，本例中顯示了以10分鐘的固定間隔記錄的10個采樣點(diǎn)。采樣之間的時間間隔越短，記錄時間的跨度就越短，反之亦然。

圖2. 對于每一采樣間隔，都繪制一個最小值和最大值，這些值利用高速捕獲的一組采樣點(diǎn)(緩存)計算獲得。這樣就既能捕獲主要的變化，同時又能繪制總體趨勢。

圖3. Fluke884X點(diǎn)陣圖形顯示屏的一個局部圖。在趨勢繪圖中的每一欄中繪制最小和最大數(shù)據(jù)點(diǎn)。

趨勢繪圖的設(shè)置和其它任何儀器一樣簡單。僅需要選擇一種測量功能，例如電壓、電流、電阻、溫度或884X上的其它任何一種功能；然后確定讀數(shù)基本正確——分辨率是否合適？連接線是否連接到了正確的插孔？然后在按下“ANALYSE”(分析)按鈕，選擇“TrendPlot”(趨勢繪圖)，點(diǎn)擊“START”(開始)。

趨勢繪圖(Trendplot)在設(shè)計驗證領(lǐng)域的應(yīng)用
●電源隨時間變化的穩(wěn)定度
●驗證電路的設(shè)計指標(biāo)
●捕獲間歇性事件/診斷解決隨機(jī)性故障(繪制臨界測試點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)，查找與波動相關(guān)的變化)
●在氣候?qū)嶒灉囟妊h(huán)測試中繪制關(guān)鍵參數(shù)的趨勢
●溫度受控值晶振電路實驗
●溫度監(jiān)測

何時進(jìn)行趨勢繪圖？何時收集原始數(shù)據(jù)？
TrendPlotTM功能以圖形的形式繪制測量值隨時間的趨勢。
Fluke8845A和8846A捕獲并繪制擴(kuò)展時間周期內(nèi)的值，從一個短時間跨度開始，然后利用數(shù)據(jù)壓縮算法逐漸繪制測量值在擴(kuò)展時間周期內(nèi)的趨勢。壓縮算法將總是保留和顯示最大值和最小值，從而繪制信號在整個時間跨度內(nèi)的峰值偏差。
趨勢繪圖提供了感興趣數(shù)據(jù)的快速視圖(圖形)。它并不提供詳細(xì)的原始數(shù)據(jù)供下載和進(jìn)一步分析。用戶不能設(shè)置垂直和水平坐標(biāo)的顯示分辨率——它完全是自動的。
利用8846A/45A的趨勢繪圖。用戶能夠繪制交流電源電壓輸出趨勢來檢查其是否穩(wěn)定，以及是否滿足技術(shù)指標(biāo)。在一二個小時后，即可擁有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速檢視。用戶還能夠利用該功能來檢查電池電壓的變化曲線。但是如果您希望收集原始數(shù)據(jù)，就不必使用趨勢繪圖功能。而應(yīng)該將8846A/45A捕獲的數(shù)據(jù)保存到一個U盤存儲器中，然后將數(shù)據(jù)下載至電子表格中進(jìn)行更詳細(xì)的分析。
與數(shù)字示波器相比，何時使用趨勢繪圖功能？
Fluke8864A 6.5位精密多用表能夠以同類產(chǎn)品所不可比擬的準(zhǔn)確度測量毫伏或微伏電壓。為了達(dá)到這一性能，數(shù)字多用表采用了一個多斜率積分式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這一專利的設(shè)計方法的優(yōu)點(diǎn)是它提供了很高的分辨率，可達(dá)100nV，準(zhǔn)確度達(dá)0.0024%，提高了線性度和共模抑制比。然而，由于多斜率積分時間的原故，最快的讀數(shù)速率為每秒幾百個讀數(shù)。另外，還要取決于功能、量程和測量設(shè)置條件。
當(dāng)今常見的示波器采用樣率可達(dá)到2.5GSa/s，采樣間隔可短至400ps。在這種高速率下，示波器能夠捕獲非常短的時間跨度，短至20ns。然而，示波器的分辨力很受限制，垂直靈敏度典型值為5mV/格左右，測量準(zhǔn)確度為1.5%。
對于那些需要更高分辨力、更高準(zhǔn)確度，或者更長時間跨度的應(yīng)用，具有趨勢繪圖功能的精密多用表是最佳選擇。
趨勢繪圖(TrendPlot)功能的工作原理
1.每條趨勢曲線表示在時間周期內(nèi)測得的最大和最小值，由垂直曲線表示。垂直曲線的頂部表示測得的最大值，垂直線的底部表示測得的最小值。
2.趨勢繪圖功能繪制的垂直錢表示自從上一垂直線以來測得的所有測量值。
第一個時隙(一個象素寬)設(shè)置縱坐標(biāo)時，使坐標(biāo)的底部等于在該時間周期內(nèi)測得的最小值，坐標(biāo)的頂部等于測得的最大值。根據(jù)儀器分辨率和信號特性的不同，一個時隙中能包括0到多個測量值。
3.當(dāng)儀器收集到了下一時隙的所有測量值時，它將調(diào)整縱軸，以滿足兩個時隙的最小和最大值。當(dāng)最小和最大值相等時例外。然后第一個時隙(單像素)將被至于圖標(biāo)的中部。
4.橫軸坐標(biāo)取決于許多變量和標(biāo)定系數(shù)。儀器將采取最佳的時隙時間，保持第一個繪制點(diǎn)可見。當(dāng)橫軸被壓縮時，垂直方向的最小/最大值將與其相鄰的時隙組合。所以，如果第一個時隙的最大值為5.001V，最小值為4.9992，而與其組合的時隙的最大值為5.000，最小值為4.998，那么最終形成的結(jié)果將是垂直線介于5.001和4.998之間。

提示：用戶也可將每一測量值保存到存儲器、下載至USB存儲器，并在PC上對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。請謹(jǐn)記，趨勢繪圖存儲的數(shù)據(jù)不是實時顯示的，而是經(jīng)過壓縮的。記錄越長，數(shù)據(jù)壓縮得越多。通過將數(shù)據(jù)保存到存儲器，可保持更高的數(shù)據(jù)分辨率。
利用884X上的真空熒光顯示屏幕，儀器能夠無需連接PC機(jī)即可顯示圖標(biāo)。趨勢曲線能夠顯示低達(dá)百萬分之幾的變化，遠(yuǎn)距離也可觀察到。