便携式仪器无处不在

作者：Martin ROWE高级技术编辑，测试与测量EDN 和 EE Times 

今天的便携式测试设备包括示波器、频谱分析仪、万用表、功率计、温度计和数据记录器。这些仪器提供手持式、台式和连接 PC 的外形尺寸，让工程师和技术人员可以在建筑物内、在客户现场进行现场服务以及在工程实验室进行故障排除进行测量。从下面介绍的三个应用中可以看出，工程师在广泛的应用中使用便携式测试设备。

跟踪能源使用Mark Nieman 是 McKinstry 的能源工程经理。在公司的西雅图办事处，Nieman 和他的团队就如何最大限度地提高能源效率和降低成本向办公楼、医院、学校、大学和其他设施的业主提供建议。Nieman 的团队使用功率计、温度/相对湿度记录仪、红外温度计、光度计、转速计、流量计和钳形表。

典型的能源审计包括监测和记录空气温度/RH、水温/pH、光的使用以及建筑设备和系统消耗的功率。红外温度计让审核员测量架空管道的温度并检查电气连接。如果连接变得太热，它很快就会失败；凸耳需要拧紧或更换。红外温度计（图 1）也有助于识别热量损失。

图 1：McKinstry 的工程师使用大量手持式和安装式便携式仪器，例如 Fluke 红外温度计来跟踪建筑物的能源使用情况。图片：侥幸。

有很多方法可以节省能源。尼曼指出，人们经常将设备留在无人居住的房间里。功率计可以感应设备何时在使用中，而光/占用记录器可以识别有人在房间内的时间。通过识别房间何时无人使用，系统可以关闭设备。

温度/相对湿度数据记录器可以记录房间内的环境条件。有些支持外部传感器，例如电流互感器。通过分析数据，审计人员可以建议建筑业主何时应调整 HVAC 系统以降低能耗。目前，McKinstry 审计员将访问该设施以从记录器中检索数据或进行现场测量。这是耗时且昂贵的。无线记录器可以消除访问的需要，但这种情况并不常见。“问题在于 Wi-Fi 信号较弱，因为很少有建筑物在机械房中安装路由器，而机械房通常有混凝土或钢墙，”Nieman 说。

便携式测试产品正在获得 Wi-Fi 和蓝牙连接。Nieman 指出，目前，审计人员通过 USB 端口从记录器收集数据。拥有蓝牙或 Wi-Fi 连接可能不会消除访问，但它们可以让审计人员通过无线方式将数据收集到他们的手机或计算机上。

尼曼列举了能源监测设备的其他问题。例如，错误的设置意味着不正确或没有收集数据。有时，人们进入房间并将环境记录器移动到房间的不同位置，从而使该点的数据存在问题。他甚至看到设备被盗或打开查看内部。

USB 示波器进入现场Roland Erni 是 AMETEK Ultra Precision Technologies 旗下子公司 Technical Manufacturing Corp. (TMC) 的安装、应用和服务支持现场服务主管。TMC 生产主动振动和磁场消除设备，用于减轻环境对敏感设备的影响，例如扫描或透射电子显微镜、半导体电子束检测设备或生物研究中使用的核磁共振器 (NMR) 仪器等。很少。Erni 位于马萨诸塞州的皮博迪，使用 Analog Arts 的 USB 示波器来测试、安装和调整有源反馈环路消除系统。

传感器测量地板的振动并将数据输入数字控制器，该控制器处理信号并提供驱动基于压电的力致动器的输出信号。该系统通过以相等和相反的力抵消振动来减少振动。TMC 还将相同的概念应用于消除磁场影响的设备，例如来自交流电源线、火车、变压器甚至地球磁场的设备。在这些应用中，使用磁场传感器和八角形线圈代替振动传感器和压电致动器。

图 2中的 USB 示波器 可帮助现场服务工程师在客户现场调整控制回路，从而防止不稳定或振荡。工程师可以查看控制回路输入和输出信号，并根据需要调整传感器位置。

图 2：Analog Arts 的 USB 示波器让 Technical Manufacturing Corp. 的工程师可以测量振动并进行补偿。图片：模拟艺术。

因为 TMC 系统可以提供亚赫兹隔离，所以 Erni 需要大约 1 s/div 的时域显示。这提供了控制回路的 10 秒视图。Erni 指出，1 秒/格的显示是不寻常的，因为他尝试过的大多数示波器只能达到 0.1 秒/格。在这些较高的时间段内，一些示波器变成了数据记录器，并在测量中引入了不需要的时间延迟。

在监控控制信号时，TMC 工程师需要同时获取时域和频域信号。“拥有快速傅里叶变换 (FFT) 有助于我们探索控制回路稳定性限制，从而确保我们可以将控制回路增益参数设置为激进但稳定的设置，”Erni 说。

EMC 测量发现问题Kenneth Wyatt 是科罗拉多州的一名 EMC 顾问。他在 Hewlett-Packard/Agilent Technologies 工作了 20 多年，在那里他教工程师如何为 EMC 设计和排除故障。

如今，Wyatt 协助客户评估和排除 EMC 问题，例如辐射发射、静电放电 (ESD) 或辐射抗扰度。因为他经常去拜访客户，Wyatt 使用手持式、便携式台式和 USB 便携式仪器，包括：

• AIM-TTi PSA-6005 手持式频谱分析仪，10 MHz 至 6 GHz • Tektronix (USB) RSA-306B（9 kHz 至 6 GHz，40 MHz RTBW）• Rigol DSA815（9 kHz 至 1.5 GHz）和 Silent SSA3032X ( 9 kHz 至 3.2 GHz) 台式频谱分析仪• Rohde & Schwarz RTO1024 或 Agilent MSO-X 3102A 示波器• Windfreak Technologies (USB) 的射频合成器• EMI 天线、近场探头和电流探头

“我的大多数客户都要求我出差进行内部测量和合规性评估，”怀亚特说。“我可能需要带上我的故障排除工具包或最多几个运输箱。这就是为什么我特别看重小型乐器。” 在图 3中，Wyatt 在会议期间使用手持式频谱分析仪。图 3：EMC 顾问 Kenneth Wyatt 使用手持式频谱分析仪寻找无意的辐射发射。图片：肯尼斯·怀亚特。

完成测量后，怀亚特通常会抓取屏幕图像并撰写报告，说明设计需要改进的地方。然后，他建议进行设计更改。他的报告描述了问题、故障排除步骤、推荐的修复方法和测试前后的结果。

“在解决 EMC 问题时，重要的是要捕获图片和屏幕截图，记录文件名和时间，同时保留测试、条件和结果的日志，”他补充道。“如果你不仔细记录这些步骤，你就会忘记所做的事情和时间。我使用专用的数码相机、智能手机和屏幕截图来记录结果。” 所有频谱分析仪都包含 EMI 软件，该软件将捕获发射与限制的关系，告诉 Wyatt 是否需要修改电路。

审核编辑 黄昊宇