ABC des oscilloscopes portables : Partie 4, Capture et analyse des formes d'onde

07-10-2013 | Oscilloscopes

La partie 4 de cette série en cinq parties décrit la capture et l'analyse des formes d'onde avec un oscilloscope portable, et répond ainsi à cette question essentielle « Comment savoir si une forme d'onde est bonne ou mauvaise ? »

Vous pouvez voir la partie 3 de cette série, Déclenchement et isolation. Vous pouvez également voir le webinaire complet avec audio et animations au centre de formation Fluke.

La capture d'une forme d'onde avec un ScopeMeter

Grâce à l'oscilloscope adéquat, vous pouvez supprimer de nombreuses pressions et rotations de boutons, et capturer une forme d'onde inconnue en seulement quelques étapes.

Avec un ScopeMeter Fluke, suivez ces étapes simples pour bien démarrer :

  1. Observez et respectez toutes les normes de sécurité. Prenez connaissance des caractéristiques et du fonctionnement de votre outil de diagnostic.
  2. Commencez par réinitialiser la configuration de l'oscilloscope connue comme étant bonne afin qu'elle soit dans un état connu, par défaut.
  3. Branchez le fil de retour à un point de référence approprié, puis branchez la pointe de sonde au point d'intérêt à tester.
  4. Utilisez le déclenchement Connect-and-View™ pour un affichage stable, instantanément.

Lorsque vous avez un affichage stable, vous disposez d'un bon point de départ à partir duquel vous pouvez faire un réglage fin des paramètres afin d'obtenir une meilleure capture et analyse des parties spécifiques de la forme d'onde.

Pour régler l'affichage fin sur l'oscilloscope :

  1. Commencez par régler correctement la position et la sensibilité verticale (« axe Y »). Ajustez l'amplitude du signal afin que la forme d'onde soit supérieure à 4 divisions verticales en hauteur.
  2. Ajustez le paramètre de temps horizontal (« axe X » ou « base de temps ») pour obtenir la meilleure résolution ou une durée de temps d'affichage de forme d'onde. Des mesures automatiques nécessitent au moins 3 périodes pour être visibles à l'écran.
    Pour des mesures automatiques précises, ajustez l'axe horizontal pour capturer au moins trois oscillations du signal.
  3. Pour des signaux complexes, vous aurez parfois à ajuster le niveau ou le mode de déclenchement. Pour ce faire, augmentez le niveau de déclenchement juste au-dessus de la crête de la forme d'onde (juste au-dessus du point où vous perdez le déclenchement), réduisez ensuite lentement le niveau de déclenchement jusqu'à obtenir un affichage stable de la forme d'onde. Vous pouvez aussi glisser le niveau de déclenchement sur une position unique dans la forme d'onde pour stabiliser l'affichage.

Analyse d'une forme d'onde

Avant d'entrer dans l'analyse des formes d'onde, il est nécessaire de préciser que diagnostiquer la cause profonde des formes d'onde va au-delà du cadre de cette formation, car chaque système électrique et électronique est unique, et chacun vous posera des problèmes très différents à diagnostiquer. Cela étant dit, disposer des bons outils de diagnostic et des bonnes techniques et compétences de dépannage vous rendra la tâche beaucoup plus aisée.

Pour bien maîtriser l'analyse des traces de formes d'onde, nous devons entraîner nos yeux à toujours observer quatre caractéristiques de la forme d'onde :

  1. L'amplitude (en regardant le long de l'axe vertical)
  2. Le temps (en regardant le long de l'axe horizontal)
  3. La forme d'onde et la distorsion de la forme d'onde
  4. Les perturbations de la forme d'onde, en particulier celles venant de sources extérieures

Entraînez votre œil à balayer de haut en bas l'axe vertical puis horizontalement en faisant des allers-retours sur la durée de la forme d'onde, puis à rechercher des modèles et des problèmes de forme d'onde, tout en surveillant les perturbations externes.

La meilleure méthode est de mettre en place un procédé rigide pour capturer et récolter des données sur les formes d'onde lorsque le système fonctionne correctement. Archivez ces tests, conditions, captures d'écran de forme d'onde ou mesures pour pouvoir les comparer et y revenir plus tard.

Capturez et récoltez des données sur les formes d'onde avant et après une installation réussie, une réparation, ou même une mise à jour. Vous renseigner sur les bonnes et les mauvaises formes d'onde peut vous fournir des indices à des problèmes que vous pourriez rencontrer dans l'avenir. Si vous ne disposez pas de cet historique, vous pouvez vous référer à un système similaire qui fonctionne correctement et comparer les formes d'onde entre le bon et le mauvais système, en recherchant les différences.

L'étape suivante est l'analyse des circuits, en comprenant l'impact ou le comportement des éléments clés dans le système.

  • Commencez par vérifier l'état des circuits d'alimentation, à la fois AC et DC.
  • Ensuite, examinez les entrées et sorties au niveau du système de base ainsi que les boucles de retour, en recherchant les moyens de limiter la recherche à un périphérique local dans un système, une zone du circuit ou même un composant.
  • Observez les périphériques ou les circuits qui se trouvent avant ou après le système ou la voie de courant (c'est-à-dire un circuit étant « en amont » et « en aval » de la zone d'intérêt), pour essayer d'isoler le problème à l'une des zones spécifiques ou à un périphérique.

Conseils, astuces et techniques

Pour l'analyse de forme d'onde, utilisez les techniques, astuces et conseils suivants, qui vous permettront d'identifier des zones potentiellement problématiques.

Axe vertical

Mesures de l'amplitude du signal
Des fluctuations verticales peuvent indiquer une mise à la terre incorrecte ou des signaux en mode commun.

Le balayage de l'axe vertical de la forme d'onde peut être divisé selon les aspects suivants :

  1. Mesure des caractéristiques d'amplitude de signal critiques, soit en utilisant des mesures automatiques intégrées, soit des curseurs, afin de mesurer les caractéristiques à des points spécifiques de la forme d'onde.
  2. « Zoom arrière », en augmentant le paramètre de la base de temps de l'oscilloscope (axe horizontal) à la recherche d'une cohérence dans l'amplitude d'une période à l'autre ou sur plusieurs périodes.
  3. « Zoom avant », en diminuant le paramètre de la base de temps et en observant les transitions de front montantes et descendantes, à la recherche d'éventuelles anomalies. L'augmentation du paramètre de la base de temps augmente la fréquence d'échantillonnage et donc la résolution, ce qui peut éventuellement révéler des problèmes cachés.
  4. Regardez la trace de la forme d'onde générale pour la stabilité parce que des fluctuations verticales peuvent indiquer une mise à la terre incorrecte ou des signaux en mode commun, ce qui a une influence sur la forme d'onde générale.

Axe horizontal

Le balayage d'un axe horizontal de la forme d'onde peut être divisé dans les aspects suivants :

Mesures de l'axe horizontal (temps) qui incluent la période, la fréquence, le cycle de service, la largeur d'impulsion, les temps de montée et de descente
Recherche d'une variation temporelle ou gigue
Formes d'onde symétriques
Forme d'onde complexe
Formes d'onde dynamiques
Test de symétrie de forme d'onde : est-ce que les quadrants se ressemblent ?
« Aplatissement » de la crête du signal sinusoïdal
Vérifiez si les formes d'onde qui se répètent sont identiques
Onde carrée à transitions non idéales
Pour les formes d'onde en dents de scie et apparentées, assurez-vous que la modification de tension est proportionnelle à la modification temporelle
Bruit sur une onde carrée
Transitoire sur une onde sinusoïdale<
Décharge d'électricité statique sur une onde carrée
Instabilité de signal sur l'axe vertical (amplitude) et l'axe horizontal (temps)
  1. Mesure des caractéristiques de temps critiques, soit en utilisant des mesures automatiques intégrées, soit des curseurs horizontaux
  2. Augmentez le réglage de la base de temps, en faisant un « zoom arrière » de la forme d'onde, en recherchant toute incohérence d'une période à l'autre dans les périodes de forme d'onde. Une différence d'impulsions logiques pourrait indiquer des problèmes de synchronisation du circuit logique.
  3. Faites un zoom arrière dans la forme d'onde en réduisant les paramètres de la base de temps, à la recherche de toute variation horizontale ou temporelle. Toute gigue de signal ou de phase pourrait être un indicateur d'instabilité dans l'horloge de référence du circuit numérique ou les composants logiques.

Forme d'onde

Les formes d'onde sont réparties en trois catégories distinctes :

  1. Les formes d'onde symétriques, telles que la sinusoïdale, la carrée, le triangle, etc.
  2. Des formes d'onde complexes : elles viennent souvent de circuits où les signaux sont additionnés pour former des signaux de contrôle complexes dans des boucles de retour, ou de circuits logiques numériques par l'ajout ou le contrôle de conditions logiques.

    Les formes d'onde complexes se rencontrent souvent lors de l'examen de :

    • Vidéo analogique
    • Contrôle du temps d'intégration/de désintégration
    • Contrôle du gain par incrément
    • Contrôle de boucle de retour analogique
    • Schémas de bits ou pulsations de données logiques
  3. Les signaux dynamiques sont ceux qui modifient de façon dynamique les caractéristiques essentielles de la forme d'onde afin de contrôler certaines conditions. Par exemple, un signal module l'amplitude ou la fréquence d'un autre signal transmettant l'information. Aujourd'hui, les moteurs électriques utilisent une modulation de largeur d'impulsion variable afin de contrôler précisément les moteurs électriques et améliorer leur efficacité énergétique.

    Les formes d'onde dynamiques se rencontrent souvent lors de l'examen de :

    • Ondes porteuses modulées, telles que AM, FM, MDP, phase et ainsi de suite
    • Scanners à résonance magnétique
    • Conduites à fréquence variable (modulation de largeur d'impulsion)
    • Impulsion de radar et sonar (capteurs de positionnement)

Problèmes de forme d'onde

Ensuite, nous jetterons un œil aux caractéristiques de la forme d'onde afin de trouver un diagnostic aux problèmes éventuels.

Nous pouvons utiliser des caractéristiques essentielles relatives à la forme pour rechercher des zones à problèmes. Par exemple :

  1. Symétrie de forme d'onde : Si vous aviez à « plier » et couper une forme d'onde symétrique le long de la ligne médiane verticalement et horizontalement, est-ce que les quadrants opposés se révéleraient exactement identiques ?
  2. Pics et creux : pour les formes d'onde sinusoïdales et triangulaires, observez les crêtes positives et négatives pour vous assurer qu'il n'y a pas d'aplatissement ou d'autres anomalies de transition. À l'aide de formes d'onde carrées ou à impulsions, vérifiez si les sommets et les creux sont plats et « droits ».
  3. Répétition de forme d'onde : augmentez l'échelle de la base de temps (axe horizontal) pour vérifier que les formes d'onde sont identiques sur plusieurs périodes de temps.
  4. Transition de forme d'onde : inspectez les points de transition sur la forme d'onde, en vous assurant que la transition est nette dans le cas des ondes sinusoïdales ou triangulaires ; dans le cas des formes d'onde carrées et à impulsion, que la transition est à 90 degrés « net ». Pour les formes d'onde carrées et à impulsion, une « sonnerie » (oscillations) au niveau des points de transition élevés ou faibles peut être le signe de réflexions se produisant sur le chemin de transmission du signal résultant de modifications d'impédance.
  5. Variations linéaires ou logarithmiques : réduisez l'échelle de la base de temps pour inspecter la transition linéaire ou logarithmique. Utilisez les réticules pour estimer si le changement de niveau de la tension est proportionnel au changement dans le temps.

Perturbations de forme d'onde

Les perturbations de forme d'onde sont généralement des phénomènes électriques externes qui se sont frayé un chemin dans le circuit pour influencer le signal de l'une des manières suivantes :

Le bruit est souvent induit par des interférences électromagnétiques, provenant généralement d'un usage intensif des machines électriques ou d'interférences provenant d'appareils de transmission H.F. Toute longueur de conducteur électrique peut être une antenne qui capte des champs de radiation électromagnétique provenant d'appareils tels que les téléphones portables et des variateurs de vitesse à fréquence variable, ou de la foudre.

Des transitoires ou des « pointes de tension » peuvent être induits par des variations soudaines des charges électriques intensives comme les systèmes de commutation. Ils peuvent être créés par de vieux disjoncteurs allumés, un ventilateur ou une pompe de démarrage se mettant en route. Le pire scénario se produit lorsqu'un transitoire descend dans le système de distribution à cause de la foudre.

De l'électricité statique peut s'accumuler dans des courroies transporteuses, des poulies, et dans d'autres machines tournantes. Les conducteurs électriques situés à proximité de ces équipements rotatifs peuvent devenir le chemin de plus faible résistance vers la prise de terre, déchargeant toute énergie accumulée.

Instabilité de signal Vérifiez le déplacement le long des axes horizontaux et verticaux. Toute instabilité dans des références de terre ou des décalages en DC peut indiquer des problèmes de boucle de la mise en terre. Toute gigue de signal temporel, horizontal ou un décalage de phase erratique pourrait être le résultat de problèmes dans les horloges de circuits numériques et les trajectoires de transmission du signal.

Les oscilloscopes Fluke

Les concepts et techniques présentés ici peuvent être explorés avec toute la gamme d'oscilloscopes portables Fluke. Disponibles en bandes passantes de 20 Mhz à 200 MHz, les ScopeMeters Fluke disposent de la performance et des capacités pour s'attaquer à une large variété de mesures, depuis la résolution de problèmes de routine jusqu'aux tâches les plus exigeantes telles que la recherche d'événements aléatoires. Les oscilloscopes Fluke sont spécialement conçus pour fonctionner dans des environnements difficiles : à l'extérieur du laboratoire, loin d'un banc.