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1、电子测量论文之示波器及其汽车方面的应用09电子2班 * （学号）指导老师：*【摘要】简介电子测量及示波器的原理，示波器在检测汽车电子电路故障方面有很重要的地位，具体说明汽车示波器在系统运行情况和电器电路故障分析中的应用。【关键词】示波器，汽车示波器测量就是通过实验方法对客观事物取得定量信息即数量概念的过程。而电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量，它是测量学和电子学相互结合的产物。与其他测量方法和仪器相比，它有频率范围宽，量程宽，速度快等优点和影响因素众多，误差处理复杂，准确度高低相差悬殊等缺点。因此对测量误差的处理是必不可少的。下面让我来谈谈电子示波器，它简称示波器，是一种利用荧光屏显
2、示电量随时间变化过程的电子测量仪器，它能把人眼无法直接观察的电信号转换成人眼能看到的波形，具体显示在示波屏幕上，以便对示波器进行定性和定量观测，其它非电物理量也可经转换成为电量使用示波器进行观测。示波器的工作原理：示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。示波器的组成普通示波器有五个基本组成部分：显示电路、垂直（Y轴）放大电路、水平（X
3、轴）放大电路、扫描与同步电路、电源供给电路。显示电路包括示波管及其控制电路两个部分。示波管是一种特殊的电子管，是示波器的核心部分。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。电子枪：电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。它主要由灯丝F、阴极K、控制极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。除灯丝外，其余电极的结构都为金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线上。阴极被加热后，可沿轴向发射电子；控制极相对阴极来说是负电位，改变电位可以改变通过控制极小孔的电子数目，也就是控制荧光屏上光点的亮度。为了提高屏上光点亮度，又不降低对电子束偏转的灵敏度，现代示波管中，在偏转系统和荧光屏之
4、间还加上一个后加速电极A3。第一阳极对阴极而言加有约几百伏的正电压。在第二阳极上加有一个比第一阳极更高的正电压。穿过控制极小孔的电子束，在第一阳极和第二阳极高电位的作用下，得到加速，向荧光屏方向作高速运动。由于电荷的同性相斥，电子束会逐渐散开。通过第一阳极、第二阳极之间电场的聚焦作用，使电子重新聚集起来并交汇于一点。适当控制第一阳极和第二阳极之间电位差的大小，便能使焦点刚好落在荧光屏上，显现一个光亮细小的圆点。改变第一阳极和第二阳极之间的电位差，可起调节光点聚焦的作用，这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节的原理。第三阳极是示波管锥体内部涂上一层石墨形成的，通常加有很高的电压，它有三个作用：
5、使穿过偏转系统以后的电子进一步加速，使电子有足够的能量去轰击荧光屏，以获得足够的亮度；石墨层涂在整个锥体上，能起到屏蔽作用；电子束轰击荧光屏会产生二次电子，处于高电位的A3可吸收这些电子。偏转系统：示波管的偏转系统大都是静电偏转式，它由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向和垂直方向的运动。当电子在偏转板之间运动时，如果偏转板上没有加电压，偏转板之间无电场，离开第二阳极后进入偏转系统的电子将沿轴向运动，射向屏幕的中心。如果偏转板上有电压，偏转板之间则有电场，进入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置。如果两块偏转板互相平行，并且它
6、们的电位差等于零，那么通过偏转板空间的，具有速度的电子束就会沿着原方向（设为轴线方向）运动，并打在荧光屏的坐标原点上。如果两块偏转板之间存在着恒定的电位差，则偏转板间就形成一个电场，这个电场与电子的运动方向相垂直，于是电子就朝着电位比较高的偏转板偏转。这样，在两偏转板之间的空间，电子就沿着抛物线在这一点上做切线运动。最后，电子降落在荧光屏上的A点，这个A点距离荧光屏原点（0）有一段距离，这段距离称为偏转量，用y表示。偏转量y与偏转板上所加的电压V成正比。同理，在水平偏转板上加有直流电压时，也发生类似情况，只是光点在水平方向上偏转。荧光屏：荧光屏位于示波管的终端，它的作用是将偏转后的电子束显示出
7、来，以便观察。在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质，因而，荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光。此时光点的亮度决定于电子束的数目、密度及其速度。改变控制极的电压时，电子束中电子的数目将随之改变，光点亮度也就改变。在使用示波器时，不宜让很亮的光点固定出现在示波管荧光屏一个位置上，否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏，从而失去发光能力。涂有不同荧光物质的荧光屏，在受电子冲击时将显示出不同的颜色和不同的余辉时间，通常供观察一般信号波形用的是发绿光的，属中余辉示波管，供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的，属长余辉示波管；供照相用的示波器中，一般都采用发蓝色的短余辉示波管。电子测量是电子
8、技术中进行信息检测的重要手段，而汽车行业又是近年来发展很快且在未来的几十年也应该是人们开发改进的项目，下面我们就来说说示波器在汽车方面的应用即汽车示波器，顾名思义就是用来检测汽车电子电路故障的示波器。市场上示波器一般被分做两种，一称为普通或工业示波器，一称为汽车示波器。工业示波器，由于应用的领域不同，其采样率及带宽等参数差异很大；而汽车示波器，则其的档次不会分得太大，因汽车电路信号传输速率最大的就是CAN总线（高速CAN速率为1兆）了，所以汽车示波器的采样率为20MS/s已足够了，无需要再大的采样率。汽车电子设备的有些信号变化速率是非常快的，变化周期达到千分之一秒，通常测试仪器的扫描速度应该是
9、被测信号的510倍。许多故障信号是间歇的，时有时无，这就需要仪器的测试速度高于故障信号的速度。数字示波器可以满足这个速度要求，它不仅可以快速捕捉电路信号，还可以用较慢的速度来显示这些波形，以便维修人员可以一面观察，一面分析。它还可以用储存的方式记录信号波形，可以倒回来观察已经发生过的快速信号，这就为分析故障提供了极大方便。无论是高速信号(例如：喷油器信号)，还是低速信号(如节气门位置变化及氧传感器信号)，用示波器来观察可以从波形中发现端倪。示波器就像一把尺子，它可以测量计算机系统工作状况，通过示波器可以观察到汽车电子系统是如何工作的。汽车示波器的主要应用范围包括：a.在日常调整或行驶性能及排版
10、诊断中实施氧反馈平衡(O2FB)试验；b.查出故障码所指电路的故障；c.查出所怀疑的造成行驶故障以及排放故障的那些电路中的问题。汽车示波器在汽车电子控制故障诊断中，有两种应用方式：方式一：整个系统运行状态的分析-确定整个系统运行的情况；方式二：某个电器或电路的故障分析-确定在整个系统运行正常的情况下，某个电器或某段电路的故障。系统运行情况分析近三十年来点火示波器在汽车修理业有如此有用的一个原因就是点火示波器能够看到电子信号。点火示波器不仅使其看到了点火系统的问题，还可以帮助查出许多电子和机械方面的故障。在汽车修理业存在一个问题那就是自从1980年燃料反馈控制系统出现以来，还没有一种快速彻底同时
11、又准确的方法，能够去测量所有的电子式和机械式反馈系统的运行性能。随着汽车中电子设备的增加，纯电子修理业已经使用示波器许多年了，现在汽车修理业的许多人正在赶上来电子。修理业在检查一个电子故障时，通常有一个确定的测试点，它可以进行最初的系统检查和后来的维修验证，例如在VCR“测试点A”的波形是好的，那么整个VCR系统运行就是正常的。如果能留在装有燃油反馈控制系统的汽车上进行同样的“整个系统运行情况”的分析，那肯定是一件非常好的事。那么哪里是通常的燃油反馈控制汽车的“测试点A”呢？当今汽车电子设备如控制电脑，所有传感器，执行器和电路都是为了使燃油混合比能保持在十分狭小的催化反应器的操作“窗口”中，如
12、果发动机控制管理系统的控制目的是为了使废气排版中有害气体降到最低程度，是不是也想要去监视它呢？如果发动机管理系统用氧传感器信号做为整个系统质量控制的“看门狗”该怎么办？用汽车示波器测量氧传感器电路，可以快速有效地(甚至在汽车行驶中)监视整个燃油反馈控制系统的工作，因此，在装有燃油反馈控制系统的汽车上，“实验点A”就是氧传感器的信号，与其它的测试仪表相比，汽车示波器能给更多的关于随着氧传感器信号的变化所发生情况的全部信息。一个好的氧传感器是非常敏感的，而且容易被各种情况所干扰，因此若氧传感器能够产生合适良好的波形时，可以确信，修理顶目是成功的，整个系统无论发动机还是电子控制部分都是正常的。氧传感
13、器平衡过程是诊断修理的验证过程，通过这一过程维修技术人员将汽车示波器接到氧传感器电路上，验证氧传感器本身是否工作正常，然后分析波形。进而进行：1)确定需要进行怎样的修理(电子或机械的)；2)在修复后交车前验证燃料反馈控制系统故障是否真的已经排除或还需要重新测试。电器电路故障分析 这部分是否已经修好这是比系统运行分析低一级的分析，这项分析可以帮助分析某个电器电路是否有故障，以及验证。用其它测试仪表来检查某一特定电路元件，也可以得到好的结果，例如冷却水温度传感器开路故障，你当然可以用汽车示波器来诊断，但用数字万用表也可以顺利的做出同样自诊断结果，然而对于氧传感器反馈平衡信号没有其它设备比汽车示波器
14、更有效。 对于某一个传感器或执行器以及电路，应该怎样用汽车示波器观察呢?所需的汽车电子信号都可以用五种测量尺度来加以判断，也就是说任何一个汽车电子信号都应具有以下可度量的五个参数指标，它们分别是： a.幅值-信号最高电压 b.频率-信号的循环时间c.形状-信号的外形模样d.脉宽-信号的占空比或所占时间 e.阵列-信号的重复特性(例如：同步脉冲或串行数据)汽车示波器可以显示出所有电子信号的这五种判定尺度，如果你知道如何去分析电子信号的这五种参数，你就能够判定这个电子信号的波形是否正常，通过波形分析你可进一步检查出电路中传感器，执行器以及电路和控制电脑等各部分的故障，也可以进行修理后的结果分析。最
15、后再做氧反馈平衡检查整个发动机控制系统的运行情况。故障电路从损坏状态到被修复状态在汽车示波器上显示的波形几乎总是在它的五种测量尺度上发生剧烈的变化。这就是为什么要用汽车示波器对汽车电气设备修理结果进行验证的重要原因。示波器应用的领域还是很广泛的，医学仪器、勘测、工业测量等方面，其主要用于测试和开发新技术，当然，它的主要用途还在不断变化。目前示波器的市场有5大趋势，趋势1：从并行测量发展到串行测量，趋势2：混合信号示波器，趋势3：功能强大的便携式示波器/定制通用示波器，趋势4：示波器正更多地用作自动检验工具，而非调试工具，趋势5：更好的显示器。相信示波器是值得研究的，也将给我们的生活带来更大的方便。
