Auf dem Prüfstand

Handheld-Oszilloskope im Test

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Erfassungszeiten von zwei Sekunden bis zu einem Monat

Sehr vielseitig ist das digitale Vierkanal-TRMS-Multimeter ausgelegt. Es arbeitet bis 200 kHz bei einer Auflösung von 8000 Digit (4-Stellen-Anzeige) und einer Grundgenauigkeit von 0,5 Prozent. Messergebnisse können bis zu einem Monat automatisch aufgezeichnet werden, eine Triggerung der Messungen für bestimmte Bereichsunter- und -überschreitungen oder eine bestimmte Dauer kann definiert und Fehler in einem Fehlerspeicher erfasst werden. Es kann sogar nach spezifizierten Bereichsfehlern automatisch gesucht werden. Der zeitliche Verlauf der Messwerte kann in einem Trendplot dargestellt werden. Bei der Leistungsmessung werden Wirk-, Blind- und Scheinleistung gleichzeitig angezeigt. Hier zeigt sich deutlich die Konzeption des Gerätes für die Industrielle Wartung.

Der Oberschwingungsanalysator eignet sich für Grundschwingungen bis 1 kHz, jedoch kann vorrangig für Standardfrequenzen von 50, 60 und 400 Hz vorgewählt werden. Oberschwingungen können normgerecht bis zur 61. Ordnung, der Klirrgrad (THD) bis zur 50. Ordnung berechnet werden, wobei die Dynamik je nach Bedarf zwischen 100, 50, 25 und 10 Prozent eingestellt werden kann. Der optionale Recorder mit einer Erfassungsdauer zwischen zwei Sekunden und einem Monat und einem Erfassungsintervall zwischen 40 µs und 53,3 s ermöglicht es, Fehler automatisch zu erfassen. Nach Überwachung von Schwellwerten, der Definition zulässiger Toleranzfenster oder einer Ereignissuche können die gespeicherten Phänomene am Gerät selbst mit Cursoren und automatischen Messungen bearbeitet oder exportiert werden.

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Jeder Kurvenverlauf kann als Referenzverlauf in zwei Formaten und auf verschiedenen Trägern gespeichert werden. Das Gerät besitzt neben einem USB-Anschluss eine Ethernet- Schnittstelle und den integrierten Webserver SCOPENET. Dadurch lassen sich Dateioperationen oder Gerätesteuerungen übers Netz mit klassischen Windows-Befehlen über große Entfernungen durchführen. Und das ohne spezielle Software auf dem PC, da die integrierten Server sowie ein Dienstprogramm diese Aufgabe übernehmen.

Erweiterte mathematische Funktionen des Metrix-Scopes

Mit der optionalen Dateiverarbeitungssoftware SX-METRO lassen sich nicht nur das Scope fernsteuern, Bildschirmkopien und Dokumentationen erstellen und Kurven vom PC auf das Scope exportieren. Ebenso lassen sich zahlreiche zusätzliche Funktionen erschließen.

So werden die mathematischen Funktionen um Infinitesimalrechnung und digitale Filterberechnung erweitert. Auch die Dekodierung eines RS 232-Buses ist implementiert. Und schließlich lassen sich Nachleuchtdauer der Grafen und Darstellung ihrer Historie steuern.

In der neuen OX 7204-Bus-Variante des Gerätes ist anstelle der Oberschwingungsanalyse nun Triggerung auf 14 serielle Bustypen (unter anderem KNX, DALI, FlexRay, AS-i, Profibus, RS-485 oder ETHERNET) inklusive diverser Protokolle und Augendiagramm-Darstellung möglich. Optionale Verbindungsboards erleichtern den Anschluss an die unterschiedlichen Bustypen.

Das Scope von Agilent ist erst seit ungefähr zwei Jahren am Markt und damit hardwaremäßig das modernere Gerät. Es arbeitet sehr leise, braucht aber zum Booten gut eine Minute, was für das kleine Betriebssystem erstaunlich ist. Die gemessene Betriebszeit von gut 2½ Stunden für eine Akkuladung ist nicht gerade üppig. Das orange gummierte Instrument besticht durch einen hochauflösenden Bildschirm mit messerscharfer Schriftdarstellung. Die ist aber auch nötig, denn die Buchstaben und Zahlen sind bei den diversen Angaben, Achsbemaßungen, Kanal- und Setup-Informationen oft nur einen Millimeter groß und damit nichts für schwache Augen. Außerdem fehlt dem Schirm eine mattierte Oberfläche, so dass man sehr deutlich sein Spiegelbild betrachten kann.

Der Screen ist zwar nicht berührungssensitiv, durch implementierte Softkey-Funktionen aber sinnvoll genutzt. Neu in diesem Gerätesegment ist sicherlich die Möglichkeit, das Display in einen Nachtmodus mit orangefarbenen Messgitter und Beschriftung sowie in einen Helligkeitsintensiven Außenmodus mit weißem Hintergrund zu schalten.Damit lässt sich bei vollem Sonnenschein ohne Probleme arbeiten. Das Scope besitzt eine vertikale Empfindlichkeit von 2 mV/Div bei einer maximalen Auflösung von 40 ps. Tansienten können ab 5 ns erfasst werden.

Durch den für Handheld-Geräte enormen Speicher von 1 Mpoint (2 Mpoint interleaved ) lassen sich selbst bei Sampleraten von 1 GS/s noch Aufzeichnungen von 1 ms vornehmen. Oder anders betrachtet können 10 s lange Signale noch mit 100 KS/s erfasst werden. Bei niedriger Wobbelgeschwindigkeit sorgt ein Hochauflösungsmodus für zusätzliche Abtastungen, um Rauschen zu minimieren. Und selbst dem bei digitalen Scopen leidigen Aliasingproblem ist man mit einer schaltbaren Antialiasingfunktion zu Leibe gerückt: eine randomisierte Samplegeschwindigkeit verhindert die Fehlinterpretation der HF-Aliasingsignale als Niederfrequenzsignale.

Bis zu 30 automatische Messfunktionen verfügbar

30 automatische Messfunktionen wie Standardabweichung, Dutycycle und Crestfaktor, aber auch Pre- und Overshot, lassen sich aufrufen, allerdings ist nur jeweils eine Funktion aktiv. Im Zoommodus kann man ein Segment variabler Breite bis hinunter zu 2 ns/Div über den zu vergrößenden Signalabschnitt schieben, und das horizontal gestreckte Ergebnis wird dann in der unteren Bildschirmhälfte angezeigt.

Auch die Triggerfunktionen sind vielfältig. Es fehlen weder eine Triggerung auf die Nte-Flanke noch eine solche innerhalb oder außerhalb eines Zeitbereiches oder einer Zeitmarke. Auch die Flankenhöhe oder Störimpulse mit wählbarem Pegel sind Triggerereignisse. Weiterhin unterstützt die TV-Triggerung bereits den modernen HDTV-Standard. Aktuellen Anforderungen entspricht die Triggerung an CAN- und LIN-Bussignalen. Es lassen sich differenziert jeweils Bustyp, Polarität, Baudrate und Pegel, Taktzahl oder sogar der Abtastpunkt innerhalb einer Bit-Zeit wählen.

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Handheld-Oszilloskope – ein Fazit

Handheld-Oszilloskope sind mittlerweile sehr mächtige und vielseitige Geräte mit beachtlichen Leistungsdaten. Während das vorgestellte Metrix-Gerät OX 7204 mit seinen umfangreichen, teils sogar automatischen Fehlereingrenzungs,- Fehlersuch-, und Fehlererfassungsmöglichkeiten inklusive der optionalen Oberwellenanalyse sowie Touchscreen für leichten Außeneinsatz sicherlich seinen Schwerpunkt in der industriellen Wartung (Elektrotechnik, elektr. Energie oder Kfz-Technik) findet, dürfte das Agilent-Gerät U1620A mit seinem großen Speicher, dem hochauflösenden Bildschirm und der ausgefeilten Bustriggerung seine Stärke für Messungen in der Elektronik, der Medizin oder im physikalischen Umfeld ausspielen können. Je nach Kanalzahl und optionaler Ausrüstung kosten die Geräte brutto zwischen 4000 und 6000 Euro.

Die Mathematikfunktionen beschränken sich auf Grundrechenarten zwischen den Kanälen sowie die Infinitesimalrechnung, leider fehlen Exponential- und Winkelfunktionen. Ein Formeleditor ist nicht implementiert. Dafür ist die wählbare sinx/x-Interpolation zur genauen Rekonstruierung des Grafen bei relativ niedrigen Abtastraten vorbildlich. Die FFT-Funktion arbeitet auf Basis von 1024 Punkten bei fünf verschiedenen Bewertungsfenstern.

Die Daten werden mit einer festen Rate von 1 Sample/s protokolliert und lassen sich bis zu maximal acht Tage aufzeichnen. Zur Trendanalyse zeigt die Protokollfunktion ein Bildschirmdiagramm inkl. Messparametern, dessen horizontale Zeitachse sich ständig der verstrichenen Messzeit anpasst. Erfasst werden die ersten beiden Messkurven, ihre Statistik (Max, Min, Durchschnitt) kann auf Tastendruck abgerufen werden. Daten lassen sich in fünf verschiedenen Formaten im internen Speicher oder auf einem USB-Speichergerät ablegen, der Bildschirm auf einem angeschlossenen Printer unmittelbar ausgedruckt werden.

Eine LAN-Schnittstelle ist nicht eingebaut. Das einkanalige TRMS-Multimeter löst 10.000 Digit (4-stellige Anzeige) auf bei einer Grundgenauigkeit von 0,09 Prozent und ist bis 2 kHz spezifiziert. Statistikwerte werden automatisch angezeigt, und ein Bargraph visualisiert das Messergebnis. Übliche Multimetermessungen sind ebenso implementiert wie beispielsweise Frequenz- und Temperaturmessung, aber auch Leistungsmessungen (Blind-, Wirk-, und Scheinwerte) inklusive Leistungsfaktor. Allerdings lassen sich Schwellwerte, Toleranzfenster oder Fehlerspeicher nicht einrichten.

* Dr. rer. nat. Jürgen Altheide studierte Mathematik und Physik mit Schwerpunkt HF-Technik, ist freier Mitarbeiter der Uni Hannover und hat bereits verschiedene Sachbücher veröffentlicht.

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