ประวัติโดยย่อของออสซิลโลสโคป

ออสซิลโลสโคป เป็นเครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย สามารถแปลงสัญญาณไฟฟ้าที่มองไม่เห็นให้เป็นภาพที่มองเห็นได้ ทำให้ผู้คนสามารถศึกษากระบวนการเปลี่ยนแปลงของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าต่างๆ ได้ง่ายขึ้น

บางคนคิดว่ามัลติมิเตอร์เพียงพอที่จะจัดการทุกอย่างได้ แล้วทำไมต้องเสียเวลาและความพยายามในการเรียนรู้เกี่ยวกับออสซิลโลสโคปด้วย? สรุปเวลามีการเปลี่ยนแปลง ความซับซ้อนและความถี่ในการทำงานของระบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่นั้นเกินกว่าที่แม้แต่ทีวีหรือวิทยุขาวดำจะเปรียบเทียบได้ในอดีต การเรียนรู้การใช้ออสซิลโลสโคปสามารถลดภาระงานบำรุงรักษาและปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานได้อย่างมาก

นอกจากนี้ การใช้งานออสซิลโลสโคปไม่ได้จำกัดอยู่เพียงด้านอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น เมื่อมีการติดตั้งเซ็นเซอร์ที่เหมาะสม ออสซิลโลสโคปจะสามารถวัดปรากฏการณ์ต่างๆ ได้ เช่นเสียง ความดันทางกล ความดัน แสง หรือเซ็นเซอร์ความร้อน บุคลากรทางการแพทย์ยังสามารถใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อวัดคลื่นสมองได้ ดังนั้น ออสซิลโลสโคปจึงเป็นเครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความอเนกประสงค์มาก และไม่ได้ถือเป็นการพูดเกินจริงแต่อย่างใด

วันนี้เรามาดูภาพรวมทั่วไปเกี่ยวกับประวัติการพัฒนาของออสซิลโลสโคปกัน

I. วาดรูปคลื่นด้วยมือ

ประวัติความเป็นมาของออสซิลโลสโคปมีประวัติย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1820 หลังจากเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์เข้ากับระบบการวางแผนเชิงกลแล้ว รูปคลื่นจะถูกบันทึกด้วยตนเอง อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยตัวสับเปลี่ยนหน้าสัมผัสเดี่ยวแบบพิเศษที่ติดตั้งบนเพลาโรเตอร์ที่กำลังหมุน จุดสัมผัสสามารถเคลื่อนที่ไปรอบๆ โรเตอร์ตามสเกลแสดงระดับที่แม่นยำ และเอาต์พุตจะปรากฏบนกัลวาโนมิเตอร์ ซึ่งจากนั้นช่างเทคนิคจะวางแผนด้วยตนเอง เนื่องจากกระบวนการนี้ก่อตัวขึ้นจากรอบคลื่นหลายพันรอบ จึงสร้างได้เพียงการประมาณรูปคลื่นแบบคร่าว ๆ เท่านั้น

ครั้งที่สอง การวาดรูปคลื่นอัตโนมัติด้วยเครื่องจักร

ออสซิลโลสโคปอัตโนมัติเครื่องแรกใช้กัลวาโนมิเตอร์และปากกาเพื่อจับแผนภาพรูปคลื่นบนม้วนกระดาษที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากรูปคลื่นมีความถี่ค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับเวลาตอบสนองของส่วนประกอบทางกล รูปคลื่นจึงไม่ได้ถูกพล็อตเป็นภาพโดยตรง แต่ถูกสร้างขึ้นในช่วงเวลาหนึ่งโดยการรวมส่วนเล็กๆ ของรูปคลื่นต่างๆ เข้าด้วยกัน มันจะชาร์จตัวเก็บประจุโดยอัตโนมัติจากรูปคลื่นที่ 100 แล้วบันทึกมัน และการชาร์จตัวเก็บประจุครั้งต่อไปแต่ละครั้งจะเริ่มจากจุดที่ไกลออกไปเล็กน้อยตามแนวคลื่น การวัดรูปคลื่นดังกล่าวยังคงเป็นค่าเฉลี่ยของรอบคลื่นหลายร้อยรอบ แต่มีความแม่นยำมากกว่าแผนภาพรูปคลื่นที่วาดด้วยมือก่อนหน้านี้

III. ออสซิลโลสโคปจำลอง

ออสซิลโลสโคปแบบอะนาล็อกมีพื้นฐานมาจากหลอดรังสีแคโทด (CRT) เป็นหลัก ลำแสงอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจะผ่านระบบไบแอสแนวนอนและแนวตั้ง และกระทบกับสารฟลูออเรสเซนต์บนหน้าจอเพื่อแสดงรูปคลื่น

หลอดรังสีแคโทดสำหรับออสซิลโลสโคป:

1. อิเล็กโทรดแรงดันไฟฟ้าโก่ง

2. ปืนอิเล็กตรอน

3. ลำแสงอิเล็กตรอน

4. คอยล์โฟกัส

5. หน้าจอเคลือบด้วยชั้นสารเรืองแสง

ในช่วงทศวรรษที่ 1940 การพัฒนาเรดาร์และโทรทัศน์จำเป็นต้องมีเครื่องมือสังเกตรูปคลื่นที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม Tektronix ประสบความสำเร็จในการพัฒนาออสซิลโลสโคปแบบซิงโครนัสที่มีแบนด์วิธ 10 MHz ซึ่งเป็นรากฐานของออสซิลโลสโคปสมัยใหม่

ขอบเขตที่มีฟังก์ชันการสแกนแบบซิงโครนัส

ในการเพิ่มแบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคปแบบอะนาล็อก จำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพของหลอดออสซิลโลสโคป การขยายแนวตั้ง และการสแกนแนวนอนอย่างครอบคลุม ในการปรับปรุงแบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล จำเป็นต้องปรับปรุงเฉพาะประสิทธิภาพของตัวแปลง A/D ที่ส่วนหน้าเท่านั้น ไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับหลอดออสซิลโลสโคปและวงจรการสแกน นอกจากนี้ ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลยังสามารถใช้หน่วยความจำ พื้นที่จัดเก็บ และความสามารถในการประมวลผลได้อย่างเต็มที่ รวมถึงฟังก์ชันทริกเกอร์และทริกเกอร์ล่วงหน้าต่างๆ ในช่วงทศวรรษ 1980 ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลครองตลาด และผู้ผลิตหลายรายหยุดผลิตออสซิลโลสโคปแบบอะนาล็อก ออสซิลโลสโคปแบบอนาล็อกค่อยๆ จางหายไปจากยุคประวัติศาสตร์

IV. ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอล

ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลเป็นออสซิลโลสโคปประสิทธิภาพสูงที่ผลิตผ่านชุดเทคโนโลยีต่างๆ เช่น การเก็บข้อมูล การแปลง A/D และการเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์ ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลมักจะรองรับเมนูหลายระดับ ทำให้ผู้ใช้มีตัวเลือกที่หลากหลายและมีฟังก์ชันการวิเคราะห์ที่หลากหลาย ออสซิลโลสโคปบางตัวยังมีความสามารถในการจัดเก็บข้อมูล ทำให้สามารถบันทึกและประมวลผลรูปคลื่นได้

สำหรับออสซิลโลสโคปที่มีแบนด์วิธภายในหลายร้อยเมกะเฮิรตซ์ ออสซิลโลสโคปของแบรนด์ในประเทศสามารถแข่งขันกับแบรนด์ต่างประเทศในแง่ของประสิทธิภาพและมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนและความคุ้มค่าอย่างเห็นได้ชัด

ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลมีฟังก์ชันพื้นฐานส่วนใหญ่เหมือนกับออสซิลโลสโคปแบบอะนาล็อก ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชั่นการแสดงรูปคลื่น โหมดการทำงาน xY วิธีการทริกเกอร์พื้นฐาน ฯลฯ นอกจากนี้ยังรวมถึงคุณสมบัติต่างๆ เช่น การหน่วงเวลาทริกเกอร์ โหมดการเชื่อมต่อของสัญญาณอินพุต การปรับระยะโก่ง และการสอบเทียบเอาต์พุตของแหล่งสัญญาณ

ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลได้เพิ่มฟังก์ชันที่มีประโยชน์อีกมากมายเมื่อเปรียบเทียบกับออสซิลโลสโคปแบบอะนาล็อก สิ่งที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ การเลือกช่วงอัตโนมัติ การวัดพารามิเตอร์ต่างๆ โดยอัตโนมัติ การจัดเก็บรูปคลื่นและสถานะการตั้งค่า อินเทอร์เฟซบัส การแสดงเส้นโค้งเฉลี่ย (วิธีการประมาณค่า) การกรองแบนด์วิธผ่านความถี่สูงและต่ำผ่าน โหมดการทำงานของทริกเกอร์และการเลือกเงื่อนไขของทริกเกอร์ และการวัดเคอร์เซอร์ ฯลฯ

V. สัมผัสออสซิลโลสโคป

ในยุคปัจจุบัน มนุษยชาติกำลังเผชิญกับการปฏิวัติทางดิจิทัล เทคโนโลยีเกิดใหม่ เช่น 5G, Internet of Things, Big Data, คลาวด์คอมพิวติ้ง และปัญญาประดิษฐ์ มีการพัฒนาและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ออสซิลโลสโคปกำลังประสบกับการปฏิวัติเช่นกัน โหมดการทำงานแบบสัมผัสของสมาร์ทโฟนเมื่อเปรียบเทียบกับการกดปุ่มแบบเดิม ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า ผู้ผลิตออสซิลโลสโคปกำลังพิจารณาที่จะใช้เทคโนโลยีสัมผัสกับออสซิลโลสโคปเพื่อทดแทนวิธีการทำงานของปุ่มและปุ่มแบบเดิม

ลักษณะที่ล้าสมัยของอุปกรณ์ทางเทคนิคดั้งเดิมและการปรับปรุงเทคโนโลยีที่มีอยู่อย่างช้าๆ ทำให้วิศวกรปวดหัวมาก ออสซิลโลสโคปแบบสัมผัสทำให้วิศวกรได้รับประสบการณ์การใช้งานรูปแบบใหม่ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานแบบเดิมได้อย่างมาก วิธีการเชิงโต้ตอบใหม่นี้ช่วยให้วิศวกรสามารถระบุปัญหาในการออกแบบผลิตภัณฑ์ทั้งหมดได้อย่างรวดเร็ว และสามารถใช้ผลการทดสอบเพื่อการวิเคราะห์เพื่อค้นหาและแก้ไขปัญหาโดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับวิธีการใช้งานออสซิลโลสโคปอีกต่อไป