示波器在高频机械上的应用

什么是高频波?很多人存在疑问，并且不知道怎么回答这个问题。

其实高频波是超声波的一种，他们的区分标准是频率。当超声波的频率大于100KHz时，我们就称之为高频波。高频波利用摩擦生热的原理产生大量的热量达到焊接和熔接的目的。比如我们经常遇到的高频波塑料熔接机，利用的就是顿时产生的巨大能量，熔接目标物体。

高频塑胶熔接机(简称高频机,英文Hing freguency plastic welder)，是由电子管将电能转化为电磁波,经过振荡成为高频电磁场，再过各种传输路径把高频传送到镆具(上极)，PVC胶布在镆具与接地(即高频电磁场的上、下极)之间，塑料极性分子发生极化现象剧烈运动而产生热量。胶布在模具压力下达到熔接定型的效果。

高频机的关键技术就是产生高频电磁场。熔接机的真空管将高压电能转换为电磁能，经振荡桶的振荡，产生高频电磁场。振荡桶的振荡频率直接影响输出力的强弱，进而影响产品的熔接好坏，如何测定振荡频率然后调节至适当大小就变得至关重要。在机械化、数字化的今天，高频塑胶熔接机振荡频率的调节仍然靠工人凭借经验调节。这种人工调节方式常常导致产品熔接有缺陷甚至失败，生产成本上升，因此使用电子仪器测量最佳振荡频率是解决此问题的最佳办法。

由于电磁能振荡处于升压之后，此时的电压有几千伏至上万伏，如何测量高压环境下的信号频率呢?作为通用基础测量仪器的示波器就可以应付这种情况。有两种方式可以测量振荡频率，一种是直接测量法，使用高压衰减探头将信号衰减后输入示波器实现直接测量，另一种感应法，是使用普通无源探头感应高压环境下的电磁场来实现测量。在测量点的选择上，感应法是将无源探头当成感应天线来使用，熔接机正常工作情况下在机器周边一定范围内都会产生振荡后的高频电磁场，探头在高频电磁场的任意位置都可实现振荡频率测量。在安全性上，感应法无须直接接触机器电路部分，只需将探头靠近机器即可，不会对机器和人身造成危害。在性价比方面，由于直接测量法需要外加高压衰减探头，成本会比感应法测量高出很多。所以用感应法测量熔接机的振荡频率成为最佳选择。

数字示波器有两种方法测量信号频率：软件方法和硬件方法。软件方法就是软件在示波器内存实时存储的波形中截取其中一段计算平均周期，然后转换成频率。硬件方法的频率是由硬件频率计测得的，硬件频率计将计算得到的触发电路每秒触发次数作为频率，因此测量时要保证信号是触发状态下的。软件方法和硬件方法在测量规则波形时测量值是一致的，但对于不规则波形测量值就会有较大差异，此时软件方法测得的数值在不停的改变已失去实际意义，硬件方法测得数值较稳定也更接近平均频率，可作为参考。并且在测量振荡频率时对其精度要求较高，需要精确到小数点后3位，软件测量值只到小数点后2位，硬件频率计可以达到3位以上。由于对频率精度要求高，所以最好选择计使用有源晶振的示波器。由于一般的示波器都是配置的无源晶振，所以笔者选择了鼎阳SDS1000CFL系列的数字示波器，其6位实时计数的有源晶振频率计完全满足对测量精度的要求。

笔者在实际测量中发现，信号噪声干扰较大，导致硬件频率计显示与实际不对，这就要求示波器很够有很好的过滤处理噪声的能力，SDS1000CFL以其独特的数字滤波功能(含低通、高通、带通、带阻)，可有效避免噪声引起的误触发，使测量值更加精确。下图为笔者用1KHz，40mV信号模拟受干扰信号得到的测量值，由图可以发现打开数字滤波后的频率测量值和实际信号一致。[page]

1KHz信号，测量值为913.894Hz

1KHz信号 ，打开数字滤波，测量值为1KHz

感应法测量不同于普通测量，感应法测量时无源探头的探针和接地鳄鱼夹之间形成虚拟回路，当有电磁场通过这个回路时会产生感应电并通过探头传入示波器，所以接地鳄鱼夹不接地，将探针与鳄鱼夹分开形成线性天线或将探针与鳄鱼夹连接起来形成环状天线即可。而普通测量时需要将接地鳄鱼夹接地，以避免噪声的干扰。由于只需要测量频率值，操作步骤比较简单，首先将示波器水平档位和垂直档位调节到适当位置(事先需要多次的测试)，打开数字滤波功能，探头感应信号，观察硬件频率计读数，最后记录统计不同产品的最佳振荡频率。在生产相应产品时先将振荡频率调至最佳再生产，提高产生合格率。

感应法测量振荡频率的方式可运用于类似工作原理的其他高频机械上，这只是示波器的一个简单应用。随着在功能的增加和精度的提高，示波器将在测试测量领域获得更多的应用和普及。