Осциллограф на базе персонального компьютера.

В автодиагностике очень часто возникает потребность в наблюдении различных сигналов, т.к. фиксации простого наличия переменного напряжения недостаточно - важно удостовериться в правильности его характеристик: форма, амплитуда, временные интервалы и т.п. Вкупе с программой ведущей обмен с автомобильным контроллером по k-line осциллограф становится мощнейшим оружием диагноста инжекторных двигателей. Отмечу что осциллографы полезен и вне связки с диагностикой инжекторов, т.к. давно и успешно применяется для выявления неисправностей карбюраторных двигателей. Можно для этой цели использовать и обычный осциллограф, многие так и поступают. В моей же ситуации, мне показался более привлекательным путь программного осциллографа на базе звуковой карты с соответствующим программным обеспечением.

железо осциллографа


Мотивы следующие:
- низкие стоимостные затраты для достижения конечной цели, при условии что компьютер уже используется для диагностики. Звуковые карты продаются по бросовым ценам, а их возможностей вполне хватает. Достаточна звуковая карта с ТТХ: 16 бит, 48 кГц. Например Vibra128 на шине PCI, такая как на фото;

- наличие очень качественного (и при этом бесплатного) ПО осциллографа как в режиме реального времени, так и в режиме самописца. К примеру, программа Powergraph v2.1 дает такую возможность сохранения и анализа всего периода осциллографической съемки (тем более - получение обыкновенного стоп-кадра), которую вы найдете далеко не у каждого специализированного мотортестера. Воспроизведение "кинофильма" и неспешный анализ записанного является просто кладом для диагноста, потому что имеет преимущество перед осциллографом реального времени при отлавливании ускользающих (intermittent) дефектов;

- высокая помехозащищенность и скорость системной шины персонального компьютера (PCI), что позволяет получить чистый сигнал и отсутствие самовозбуждения даже при измерении вторичного напряжения системы зажигания, что труднодостижимо для осциллографов работающих через внешние порты (USB, COM, LPT), труднодостижимо за те же деньги.

- низкие системные требования к персональному компьютеру. Я лично наблюдал работу Powergraph со звуковой картой ISA на 486-м компьютере. Правда, тормозила программа при этом весьма заметно, но самописец работал - это факт. Для комфортной работы с осциллографом на звуковой карте с избытком хватает P2(333МГц), в то время как для USB-осциллографа требуется, как минимум, P3, и не просто - а старшей линейки (не менее 1ГГц);

- диагональ даже 14" монитора все-таки поболее будет чем экран самого крутого осциллографа;

- простота использования: луч никуда не убегает, не надо его фокусировать и т.д.;

- не надо занимать рабочее пространство мастерской еще одним громоздким девайсом;

- все сигналы извергаемые автомобилем укладываются в диапазон звуковых частот (16 - 20000Гц) и незачем переплачивать за крутейшую мегагерцовую надпись на фронтоне осциллографа. Разрядности 16-битной карты тоже хватает, кому не хватит - купите 24-битную с дискретизацией 96кГц, т.к. бесплатный софт поддерживает и их.

Подключить стандартную звуковую карту к измеряемым сигналам можно по варианту А.Попова:
Подключение осциллографа к компьютеру

Однако, использование стандартной звуковой карты несет в себе некоторое ограничение связанное с её невозможностью измерять постоянное напряжение, что в некоторых случаях ущемляет возможности ремонтника, и во всех случаях является поводом для насмешек со стороны снобов. Этому досадному свойству звуковой карты была объявлена война, которая дала некоторые приобретения. Но есть потери:
1.  Звуковую карту нужно доработать. Основным образом доработка заключается в закорачивании входных конденсаторов;
2.  Доработанная по п.1 способом звуковая карта отказывается корректно работать со схемой на делителях приведенной выше, т.е. что-то она все-таки показывает, но не во всех измерениях и откалибровать по-прежнему невозможно. Для обхода этого недоразумения потребовалось существенно усложнить схему сопряжения с измеряемым сигналом. Идея подсмотрена здесь: Sound card based multimeter;
3. Некоторые звуковые карты не сдаются. Причем, чем она современнее и навороченнее, тем меньше шансов увидеть постоянку. Убедился в этом загубив несколько карт.

А из-за чего, собственно, такие жертвы? Что такого дает нам возможность видеть постоянку? Например, при наблюдении сигналов зажигания разница некритична, т.к. основные параметры зажигания - длительность искры и остаточные колебания отображаются правдиво, и все это довольно хорошо видно и на стандартной звуковухе, что не удивляет, т.к. сигнал зажигания - быстрый. Обратимся к практике.

Управляющие импульсы на модуль зажигания и вторичка зажигания ВАЗ-2112. Норма.

Стандартная звуковая карта с делителем. По вертикальной шкале условные единицы. Доработанная звуковая карта через спецадаптер. По вертикальной шкале вольты верхнего канала.
sec_standart.png (4216 bytes) sec_dc.png (4086 bytes)
 
Вторичка при неисправности одной из катушек модуля зажигания (искра присутствует, но с потерей мощности).
sec_standart_bad.png (3796 bytes) sec_dc_bad.png (3876 bytes)

Как видно, различия в столбцах слева и справа носят скорее эстетический характер - неисправный МЗ отлавливается на обоих типах карт по отсутствию затухающих колебаний.
Но, обратите внимание, что импульс управления в левом столбце имеет противный уплыв на горизонтальном участке обусловленный закрытостью входа стандартной звуковухи. Причем чем медленнее будет сигнал, тем сильнее будут искажения (в конце этого замедления - полный аллес, т.е. прямая линия). Сравните сигналы датчика распредвала полученные на картах обоих типов. Насколько это ограничивает возможности диагноста?

Сигнал датчика распредвала 406дв., холостой ход.

Стандартная звуковая карта с делителем. По вертикальной шкале условные единицы. Доработанная звуковая карта через спецадаптер. По вертикальной шкале вольты (масштаб 1:10).
df_1.png (3986 bytes) df_4.png (3547 bytes)

Казалось бы, что и тут стандартной звуковой карты вполне достаточно, т.к. она достоверно определяет временные интервалы. Опровергает эту надежду следующий пример: сигнал неисправного датчика распредвала не дотягивал двух вольт до нуля, и по этой причине ЭБУ отказывался учитывать его сигнал при управлении двигателем. На стандартной звуковой карте эту неисправность не отловить, просто пройдем мимо. Это уже серьезнее...

Доработанная звуковая карта через спецадаптер. По вертикальной шкале вольты.
Сигналы датчика распредвала дв. ВАЗ-2111. Справа сигнал неисправного датчика.
df_3.png (14133 bytes)


И, наконец, сигналы низкой частоты стандартной звуковухе попросту недоступны. А их немало, их даже большинство (кислородник, датчик положения дросселя, дрейф температурного датчика и др.). Из анализа выпадает немало тестов. Например форму скачка сигнала ДМРВ при включении зажигания (что является одной из достоверных характеристик его здоровья) на стандартной звуковухе не увидеть. Итоговое напряжение после завершения переходного процесса можно посмотреть и вольтметром, а сам переход только запоминающим осциллографом, и только тем что способен показывать постоянную составляющую сигнала, т.е. иметь открытый вход.

Сигнал ДМРВ Bosch при включении зажигания.

Доработанная звуковая карта через спецадаптер. По вертикальной шкале вольты.
dmrv2.png (9266 bytes)

К тому же, возможность видеть постоянку позволяет откалибровать шкалу осциллографа в физических величинах - вольтах, миллиамперах, барах, сантиметрах и т.д. Все зависит от начиненности поста датчиками - преобразователями физических величин. Смотреть осциллограммы еще.

За радостью первых осциллограмм (неважно на каком оборудовании полученных) последует недоумение: "А как их толковать?", и здесь вполне уместна аналогия с медициной. По одной и той же кардиограмме работы сердца врачи с разным опытом сделают разные выводы. От менее опытного ускользнет то что более опытный посчитает важным. Т.е. чтобы лучше читать осциллограммы надо их много читать, и количество обязательно перейдет в качество.

На сегодняшний день трудно представить полноценную диагностику без осциллографа, или его старшего брата - мотортестера. Особенно остро он необходим при диагностировании автомобилей имеющих слаборазвитую самодиагностику зашитую в программу ЭБУ (если она вообще есть). Чем "глупее" ЭБУ, тем больший объем диагностических работ перекладывается на внешнее оборудование. Осциллограф - один из их числа. А если речь идет об иномарке, к ЭБУ которой вы не можете подступиться ввиду отсутствия трехкилобаксового сканера, то без осциллографа совсем плохо.
Распространенный случай на автомобилях даже с продвинутой самодиагностикой - ЭБУ зафиксировал множественные пропуски воспламенения в каком-то цилиндре и отключил его форсунку. Пропуски воспламенения могут быть вызваны массой причин, и необязательно пропусками в зажигании. Но даже и в последнем случае ЭБУ не укажет конкретную причину (свеча? провод? катушка?), а просто вырубит форсунку и все - разбирайтесь сами. А осциллограф укажет. Причем, осциллографом можно выявлять и неисправности не имеющие никакого отношения к системе управления, чем кстати и ограничивается в большинстве случаев родная ЭБУшная самодиагностика. Например, по сигналу ДМРВ работающего на холостом ходу двигателя можно обнаружить отклонение от нормы в ГРМ.

Да мало ли где может пригодиться осциллограф!? И не только в ремонте автомобилей, хотя бы и магнитолу чинить. Использование Powergraph может быть полезным еще и там где необходима длительная регистрация сигнала во времени, что собственно и является прямым назначением программы - самописец.
Не обойтись нам и без наблюдения сигналов в реальном времени. Достаточно щелчком мыши запустить другую программу (при неизменном железе) и самописец превращается в real-time осциллограф. Таким же образом можем получить спектроанализатор и генератор. В предлагаемом в этой статье осциллографе отсутствует какая-либо привязка к конкретному ПО, что делает вас независимым в выборе софта который найдете на просторах интернета в великом множестве.

Комплектация осциллографа изображенного на фотографии:
1. двухканальный адаптер в металлическом корпусе с возможностью калибрования каждого канала. Один из каналов разбит на три калиброванных поддиапазона (1:1, 1:10, 1:100), переключение производится одним тумблером на адаптере. Поддиапазон 1:1 позволяет получить качественный сигнал при просмотре низковольтных величин (кислородник, датчики на основе пьезоэлементов, ДМРВ, токовый датчик, микрофон и др.). Входное сопротивление адаптера не хуже 1мОм на каждый канал. Входные сигнальные гнезда адаптера могут быть выполнены в виде тюльпан-аудио, либо BNC (по желанию заказчика). Для исследователей низковольтных сигналов может быть полезен поддиапазон 2:1, в этом случае он вытесняет из адаптера поддиапазон 1:100 (опция);
2. доработанная звуковая карта (PCI);
3. датчики: емкостной - для отображения вторичного напряжения зажигания с кабелем длиной 3м. Универсальный щуп с кабелем длиной 3м.;
4. диск с несколькими вариантами ПО осциллографа, драйвером прилагаемой звуковой карты, информационным пакетом и мануалом по установке. В качестве бесплатного бонуса диск дополнен подборкой диагностического софта из собственной коллекции - всё рабочее и проверенное в деле.

P.S. Этот осциллограф более не производится и не продается.

Назад