Phần lớn máy hiện sóng được thiết kế để xem tín hiệu số nhanh. Nhưng có một nhóm bài toán mà thứ quyết định không phải băng thông, mà là độ phân giải, số kênh đo cùng lúc và khả năng đo một điểm không chung đất với máy: tính công suất và hiệu suất của bộ nguồn, theo dõi dòng tiêu thụ của thiết bị chạy pin, đọc tín hiệu từ gia tốc kế hay micro. Đây là vùng mà dòng PicoScope 4000 được làm ra. Bài này không nhắc lại bảng chọn mã hay quy trình đo vi sai; nó đi theo từng ngành: bài toán thật là gì, cấu hình nào hợp, và vì sao một máy hiện sóng đo công suất 12–16 bit giải được bài toán đó.
Một dòng máy, ba nhóm bài toán
Dòng 4000 có năm mã chia thành ba nhánh, và mỗi nhánh gần như ứng với một nhóm ngành:
- Nhánh vi sai — 4444: điện tử công suất, biến tần, pin, thiết bị IoT, tín hiệu y sinh mức thấp. Bốn ngõ vào vi sai thật trên giắc Pico D9, phân giải 12 hoặc 14 bit, tăng cường tới 16 bit.
- Nhánh đa kênh — 4224A, 4424A, 4824A: hệ nhiều cảm biến, truyền động nhiều pha, trình tự cấp nguồn, bảo trì dự đoán. 2, 4 hoặc 8 kênh 12 bit, 20 MHz, bộ nhớ 256 MS, có bộ phát AWG.
- Nhánh dải động — 4262: âm thanh, siêu âm, rung, đo méo. 16 bit, 5 MHz, nhiễu 8,5 µV RMS, bộ phát tín hiệu méo thấp có quét tần.
Nếu bạn cần so sánh chi tiết từng mã theo độ phân giải và số kênh, bài chọn máy hiện sóng độ phân giải cao PicoScope 4000 đã làm việc đó. Còn cách nối que, chọn thang và giữ an toàn khi đo điểm trôi nổi thì nằm trong bài đo vi sai an toàn với PicoScope 4444. Phần dưới giả định bạn đã có hai nền đó và chỉ tập trung vào ứng dụng.
Điện tử công suất: máy hiện sóng đo công suất tức thời và năng lượng
Người làm bộ nguồn, bộ sạc hay biến tần gặp cùng một tình huống: điện áp cần đo thường trôi nổi so với đất, dòng cần đo nằm trên dây dẫn không được cắt ra, và con số cuối cùng người ta muốn là công suất, không phải hai dạng sóng riêng rẽ. Tài liệu của Pico nêu thẳng các thách thức khi thử bộ nguồn: điện áp nguy hiểm thường không tham chiếu đất, mạch hồi tiếp có cách ly, và dải mức tín hiệu rất rộng.
Bài toán: công suất và năng lượng của một bộ nguồn
Cấu hình điển hình trên máy hiện sóng vi sai 4444 là một que PicoConnect 442 đo điện áp và một kẹp dòng TA300 đo dòng, cả hai cắm thẳng vào giắc D9. Máy lấy mẫu đồng thời trên mọi kênh đang bật, nên hai kênh áp và dòng không bị lệch thời gian do lấy mẫu luân phiên — điều bắt buộc khi nhân chúng với nhau. Sau đó dùng kênh toán của phần mềm PicoScope:
- Kênh toán A × B cho công suất tức thời p(t) = v(t) · i(t).
- Kênh toán tích phân của p(t) cho năng lượng trong cửa sổ đang xem.
- Đo tự động giá trị trung bình của p(t) cho công suất trung bình trong một chu kỳ đóng cắt hoặc một chu kỳ lưới.
Ví dụ số: một tải lấy 3,3 V và 50 mA trong 20 ms tiêu thụ 3,3 × 0,05 = 0,165 W, tức 165 mW, và năng lượng trong khoảng đó là 0,165 × 0,02 = 3,3 mJ. Kênh tích phân cho ra đúng con số này mà không cần xuất dữ liệu sang bảng tính.
Bài toán: lưới một pha, ba pha và điện áp cao
Que PicoConnect 442 có hệ số suy giảm 25:1 và định mức 1.000 V CAT III, cách điện kép nên không cần dây đất an toàn. Pico liệt kê các nơi dùng que này: tủ phân phối, cầu dao, hộp nối, ổ cắm cố định và thiết bị công nghiệp lắp cố định như động cơ tĩnh. Bộ kit ba que 442 được Pico mô tả là đo an toàn điện áp một pha và ba pha, đo công suất thiết bị di động và IoT, và dùng cho thiết kế xe hybrid, xe điện, truyền động động cơ và biến tần.
Khi cần cả ba pha áp và ba pha dòng trong một lần ghi, Pico nêu cách dùng hai máy 4444 chạy cùng lúc trong PicoLog 6. Chế độ này lấy tối đa 1 kS/s mỗi kênh — hợp cho theo dõi dài hạn điện năng toà nhà hay hệ HVAC, nhưng Pico cũng nói rõ nó không hợp để phân tích dạng sóng hay sóng hài; việc đó phải làm trong phần mềm PicoScope.
Với dòng lớn, chọn kẹp theo loại dòng: TA300 đo 40 A AC/DC với băng thông 100 kHz; TA301 đo 200/2.000 A AC/DC với băng thông 20 kHz; TA368 là cuộn Rogowski mềm đo tới 2.000 A nhưng chỉ AC. Nhánh DC của bộ sạc hay pack pin vì vậy phải dùng TA300 hoặc TA301, không dùng cuộn Rogowski.
Bài toán: truyền động nhiều pha và trình tự cấp nguồn
Ở phía mạch điều khiển điện áp thấp, vấn đề thường là thiếu kênh. Trang sản phẩm của Pico liệt kê cho dòng 4000A các ứng dụng như trình tự khởi động nguồn, truyền động và điều khiển nhiều pha, phân tích sóng hài điện và phân tích chữ ký dòng động cơ (MCSA). Máy hiện sóng 8 kênh 4824A cho phép xem cùng lúc tám đường nguồn khi bo mạch khởi động, hoặc sáu tín hiệu PWM của cầu ba pha cùng hai cảm biến Hall trên cùng một trục thời gian, với trigger logic Boolean để bắt đúng tổ hợp trạng thái.
Cần nhớ: 4824A có ngõ vào đơn cực trên BNC. Nó phù hợp với tín hiệu điều khiển, ngõ ra cảm biến và kẹp dòng có ngõ ra BNC — không dùng để chạm trực tiếp lên thanh cái DC hay lưới. Phần đó thuộc về 4444 với que 442.
Đo pin và thiết bị chạy pin
“Đo pin” trong thực tế là hai bài toán rất khác nhau về thang đo: một bên là dòng microampe của thiết bị IoT đang ngủ, một bên là pack pin hàng trăm vôn của xe điện.
Thiết bị IoT và thiết bị di động: dòng tiêu thụ theo từng trạng thái
Thời lượng pin của một cảm biến không dây phụ thuộc vào ba mảng: dòng khi ngủ, dòng khi thức để đo, và các xung dòng ngắn khi phát sóng. Cách làm quen thuộc là đặt một điện trở shunt nối tiếp đường cấp và đo điện áp trên nó. Vì shunt không nằm ở đất, que vi sai PicoConnect 441 là lựa chọn tự nhiên: không suy giảm, đo từ ±10 mV đến ±50 V, và datasheet của Pico nêu đích danh việc đo trực tiếp trên điện trở cảm biến dòng.
Tính trước trước khi đo để biết mảng nào đọc được. Với shunt 1 Ω, dòng thức 50 mA cho 50 mV — đọc rõ trên thang ±50 mV hoặc ±100 mV. Nhưng dòng ngủ 10 µA chỉ cho 10 µV, thấp hơn nền nhiễu ngõ vào của 4444 (dưới 180 µV RMS ở thang ±10 mV). Nghĩa là máy hiện sóng cho bạn hình dạng và thời lượng của xung phát, còn dòng ngủ cần shunt lớn hơn hoặc một thiết bị đo dòng thấp chuyên dụng như SMU — xem ví dụ SMU Keysight B2901C đo dòng rò và pin. Nhân kênh áp với kênh dòng rồi tích phân như ở phần trên, bạn có năng lượng tiêu hao cho mỗi lần thức dậy — con số dùng để ước thời lượng pin.
Pack pin, bộ sạc và xe điện
Ở phía điện áp cao, que 442 cho phép đo cùng lúc nhiều điểm trôi nổi trong pack. Hệ số 25:1 đưa một mức 400 V DC xuống 16 V tại ngõ vào máy. Dòng sạc và xả DC đo bằng TA300 hoặc TA301. Do 4444 cấp nguồn trực tiếp cho kẹp dòng qua giao diện D9, bạn có thể để phép đo chạy qua nhiều giờ trong một chu kỳ sạc mà không lo kẹp hết pin. Khi bài toán mở rộng sang kiểm thử cell, module và trạm sạc theo quy trình, bài kiểm thử pin xe điện từ cell tới pack mô tả toàn bộ chuỗi thiết bị.
Cảm biến, rung và âm thanh: máy hiện sóng 16 bit ứng dụng ở đâu
Tín hiệu từ cảm biến thường chậm nhưng nhỏ và nằm trên một mức nền lớn. Ở đây độ phân giải dọc quyết định bạn có thấy chi tiết hay không: 16 bit chia thang đo thành 65.536 mức, gấp 16 lần 4.096 mức của 12 bit.
Âm thanh, siêu âm và đo méo với 4262
Datasheet của 4262 nêu ứng dụng rõ ràng: phân tích tín hiệu âm thanh, siêu âm và rung, đặc tính hoá nhiễu của nguồn xung, và đo méo. Méo hài tổng của máy là −95 dB điển hình ở 10 kHz. Đổi ra tỉ số: 10 mũ (−95 chia 20) ≈ 1,78 × 10−5, tức khoảng 0,0018%. Chế độ phổ có sẵn các phép đo THD, THD+N, SFDR, SINAD, SNR và IMD.
Điểm làm máy hiện sóng 16 bit 4262 hợp với phòng thử âm thanh là bộ phát tích hợp: băng thông 20 kHz, ±1 V, SFDR 102 dB điển hình, có chế độ quét tần lên, xuống hoặc hai chiều. Nối GEN vào ngõ vào bộ khuếch đại hay bộ lọc, đặt quét tần, bật peak hold trong chế độ phổ, và bạn có đường đáp ứng tần số mà không cần máy phát riêng. Bộ AWG 16 bit, 4.096 mẫu, 192 kS/s đủ để phát lại một đoạn tín hiệu thật đã ghi.
Hệ nhiều cảm biến và bảo trì dự đoán với 4000A
Khi bài toán là nhiều điểm đo cùng lúc — dàn gia tốc kế trên một máy quay, cảm biến áp suất và nhiệt dọc một đường ống, micro cho phát xạ âm — thì số kênh quan trọng hơn băng thông. Trong danh sách ứng dụng của dòng 4000A, Pico nêu phân tích rung và chẩn đoán, phát xạ âm, cảm biến tình trạng dầu, giám sát máy, bảo trì dự đoán và hệ thống âm thanh bảy kênh. Cảm biến áp điện chuẩn IEPE (gia tốc kế, cảm biến áp suất, strain gauge, micro) nối vào qua bộ điều hoà tín hiệu IEPE mà Pico cung cấp như phụ kiện.
Bộ nhớ quyết định thời gian ghi: 256 MS chia cho 8 kênh là 32 MS mỗi kênh. Ở 1 MS/s, mỗi kênh ghi được 32 giây; hạ xuống 10 kS/s thì được 3.200 giây, khoảng 53 phút — đủ cho một chu kỳ vận hành máy. Với ghi liên tục dài hơn, PicoSDK hỗ trợ truyền dữ liệu streaming về máy tính.
Tín hiệu y sinh và nghiên cứu mức thấp
Datasheet 4444 đặt “phân tích tín hiệu điện tử và y sinh mức thấp” lên đầu danh sách ứng dụng. Que 441 không suy giảm, đo từ ±10 mV trong khi vẫn có nhiễu đồng pha, nên hợp cho điện cực, cầu đo và tín hiệu phòng thí nghiệm không chung đất.
PicoScope 4444 ứng dụng theo ngành: bảng cấu hình đề xuất
Bảng dưới gom các cấu hình ở trên thành một chỗ để đối chiếu nhanh. Cột phụ kiện chỉ ghi những thứ Pico nêu cho đúng mã đó.
| Ngành / bài toán | Mã đề xuất | Que / phụ kiện | Chức năng phần mềm dùng |
|---|---|---|---|
| Bộ nguồn, bộ sạc: công suất, hiệu suất | 4444 | PicoConnect 442 + TA300 | Kênh toán A×B, tích phân, trung bình |
| Lưới 1 pha / 3 pha, tủ điện | 4444 (hai máy cho 3 pha áp + 3 pha dòng) | Kit 3× 442, thêm TA368 cho dòng AC lớn | PicoScope cho dạng sóng; PicoLog 6 ≤ 1 kS/s cho theo dõi dài |
| Thiết bị IoT chạy pin | 4444 | PicoConnect 441 trên shunt | Kênh toán, trigger theo mức dòng |
| Pack pin, xe điện, biến tần | 4444 | 442 + TA301 (DC tới 2.000 A) | A×B, tích phân, giải mã CAN |
| Trình tự cấp nguồn, điều khiển nhiều pha | 4824A | Que BNC thường | Trigger logic Boolean, giải mã tới 8 bus |
| Rung, bảo trì dự đoán, nhiều cảm biến | 4424A / 4824A | Bộ điều hoà tín hiệu IEPE | Chế độ phổ, bộ nhớ sâu |
| Âm thanh, siêu âm, đo méo | 4262 | Cáp BNC từ GEN sang mạch | Phổ THD/SINAD/IMD, quét tần, peak hold |
| Phòng thí nghiệm, bài giảng 2 kênh | 4224A | Que BNC thường | AWG 14 bit tích hợp |
Các model trong dòng PicoScope 4000
Năm mã dưới đây là toàn bộ dòng 4000 đang có trên Techmaster. Mỗi dòng ghi ngắn nhánh ứng dụng tương ứng.
- PicoScope 4224A — 2 kênh đơn cực, 12 bit, 20 MHz, 256 MS: phòng thí nghiệm, đo hai tín hiệu có AWG.
- PicoScope 4424A — 4 kênh đơn cực, 12 bit, 20 MHz: hệ cảm biến vừa, rung trên bốn trục.
- PicoScope 4824A — 8 kênh đơn cực, 12 bit, 20 MHz: trình tự nguồn, truyền động nhiều pha, bảo trì dự đoán.
- PicoScope 4262 — 2 kênh, 16 bit, 5 MHz, nhiễu 8,5 µV RMS: âm thanh, siêu âm, đo méo.
- PicoScope 4444 — 4 kênh vi sai D9, 12/14 bit: công suất, pin, lưới, tín hiệu y sinh.
Toàn bộ danh mục của hãng có trên trang thiết bị Pico Technology.
Những giới hạn cần biết trước khi chọn
Một ứng dụng tốt bắt đầu từ việc biết máy không làm được gì.
- Băng thông. 4444 và nhánh 4000A là 20 MHz; 4262 là 5 MHz. Đủ cho lưới, bộ sạc, biến tần công nghiệp và phần lớn nguồn xung silicon. Với cạnh chuyển mạch rất nhanh của linh kiện GaN hay SiC, bạn cần máy băng thông cao hơn — ví dụ bài ứng dụng 8 kênh Keysight EXR058A cho điện tử công suất bàn về phân khúc đó.
- Que D9 chỉ dùng với 4444. PicoConnect 441, 442 và các kẹp dòng giao diện D9 dùng giao diện que thông minh riêng, không cắm được vào 4000A hay 4262. Ngược lại, 4444 dùng được que BNC thường qua bộ chuyển TA271.
- Cấp an toàn là của que. Ngõ vào D9 của 4444 chịu ±50 V DC; mức 1.000 V CAT III là định mức của que 442, không phải của máy.
- Ghi dài hạn tốc độ thấp. Nếu bài toán chỉ là theo dõi dòng, áp hoặc nhiệt độ qua nhiều ngày ở vài mẫu mỗi giây, một bộ ghi dữ liệu thường kinh tế hơn máy hiện sóng.
Hiệu chuẩn để số đo còn giá trị
Trong ứng dụng công suất và pin, con số cuối cùng là tích của hai kênh cộng với hệ số que và hệ số kẹp — sai số của từng khâu nhân lên nhau. Sai số DC của ngõ vào 4444 là ±1% toàn thang; của 4000A là 1%; của 4262 là ±0,25% toàn thang trên phần lớn các thang. Để kết quả có giá trị trong báo cáo thử nghiệm, máy và que nên được hiệu chuẩn định kỳ theo ISO/IEC 17025, với chứng nhận truy xuất được về chuẩn quốc gia.
Câu hỏi thường gặp
PicoScope 4000 có đo công suất trực tiếp được không?
Có, qua kênh toán. Trên 4444, đo áp bằng que 442 và dòng bằng kẹp TA300 hoặc TA301, rồi tạo kênh A×B cho công suất tức thời và kênh tích phân cho năng lượng. Máy lấy mẫu đồng thời mọi kênh nên phép nhân không bị lệch thời gian.
Đo pin xe điện 400 V bằng PicoScope 4444 có an toàn không?
Có khi dùng que PicoConnect 442: suy giảm 25:1, định mức 1.000 V CAT III, cách điện kép. Mức 400 V DC xuống còn 16 V tại ngõ vào máy. Không nối trực tiếp điện áp này vào ngõ vào D9, vốn chỉ chịu ±50 V DC.
Có đo được dòng ngủ microampe của thiết bị IoT không?
Hạn chế. Với shunt 1 Ω, 10 µA chỉ cho 10 µV, thấp hơn nền nhiễu dưới 180 µV RMS của 4444 ở thang nhỏ nhất. Máy hiện sóng phù hợp để đo xung dòng khi thức và phát; dòng ngủ nên đo bằng shunt lớn hơn hoặc thiết bị đo dòng thấp chuyên dụng.
Máy hiện sóng 16 bit nào trong dòng 4000 hợp cho âm thanh và rung?
PicoScope 4262: 16 bit, 5 MHz, nhiễu 8,5 µV RMS, THD −95 dB điển hình ở 10 kHz và bộ phát tích hợp có quét tần tới 20 kHz. Khi cần nhiều trục rung cùng lúc, 4424A hoặc 4824A kèm bộ điều hoà tín hiệu IEPE hợp hơn.
Theo dõi điện năng ba pha nhiều ngày thì dùng phần mềm nào?
PicoLog 6 với hai máy 4444 cho ba pha áp và ba pha dòng, tối đa 1 kS/s mỗi kênh. Để phân tích dạng sóng hay sóng hài, chuyển sang phần mềm PicoScope.
