Najtrudniej jest zrobić pierwszy krok, ale później trudno sobie wyobrazić funkcjonowanie bez takiego urządzenia. Tym pierwszym krokiem jest oczywiście zakup samego oscyloskopu. Tutaj trzeba uświadomić sobie pewne kwestie. Część z nich była już poruszana w artykule „ScopeTester 5, czyli o oscyloskopach inaczej”. Przypomnieć należy najistotniejsze zagadnienie –  powszechne występowanie tzw. „czasów martwych”. Mówiąc obrazowo: typowe oscyloskopy rejestrują i pokazują tylko stosunkowo krótkie wycinki przebiegu, związane z wystąpieniem warunku wyzwalania, reszta nie jest rejestrowana. Ta „reszta” może stanowić np. 99% i typowo jest tym większa, im szybsze zastosowano próbkowanie. Ale przecież im większe pasmo i próbkowanie, tym lepszy oscyloskop. Nie do końca…

Pasmo i próbkowanie

Jednym z głównych parametrów, jakie określają zwykle producenci oscyloskopów, jest maksymalna częstotliwość sygnałów, z jakimi może pracować urządzenie, nazywana pasmem wejściowym. Zdarza się, że jest to 10 czy 20 MHz, ale może być także znacznie więcej, np. 100 czy 200 MHz. Urządzenie o większym paśmie jest droższe, jednak o czym wie niewiele osób, mechanikowi w warsztacie wystarcza urządzenie, które ma niższe pasmo. Jak to możliwe?
Większość dostępnych na rynku oscyloskopów jest budowana z myślą o elektronikach. Dla kogoś pracującego ze współczesnymi szybkimi układami procesorowymi sygnały z czujników i elementów wykonawczych samochodu będą sygnałami bardzo wolno zmiennymi. Wysokie pasmo jest potrzebne inżynierom pracującym przy tworzeniu sterownika silnika, a nie diagnostom w warsztacie. Wysoka częstotliwość próbkowania to więcej pomiarów wykonanych przez oscyloskop w jednostce czasu. Więcej pomiarów to więcej szczegółów, ale jednocześnie więcej danych do przeglądania i analizy. Człowiek, w przeciwieństwie do maszyny, nie potrafi przetwarzać setek lub tysięcy ekranów przebiegu na sekundę. Duża ilość nieistotnych szczegółów przytłacza i utrudnia interpretację.

Do zrozumienia realnych wymagań potrzebna jest znajomość zasady funkcjonowania sterownika silnika – ze względów diagnostycznych lepiej jest widzieć sygnały, podobnie jak widzi to sterownik. On nie dysponuje specjalnymi wzmacniaczami wejściowymi o paśmie wielu MHz. Sygnały czujników nie są prowadzone kablami koncentrycznymi, lecz zwykłymi przewodami w wiązkach. Czujniki mają ograniczoną szybkość przetwarzania, podobnie mechaniczne elementy wykonawczereagują relatywnie wolno. Sterownik mierzy sygnały wejściowe tylko tak szybko, jak jest to potrzebne, aby móc zareagować w odpowiednim czasie na zmianę parametrów pracy. Sterownik nie może sobie pozwolić na „czasy martwe”, musi pracować w trybie ciągłym. Dlatego znacznie więcej zyskujemy, decydując się na wybór urządzenia oferującego możliwość dłuższej rejestracji ciągłych przebiegów niż tylko skupiając się na paśmie i częstotliwości próbkowania. Takim urządzeniem jest chociażby „ScopeTester 5”, którym możemy rejestrować ciągłe przebiegi o czasie od pojedynczych sekund aż do minut.

Wiele kanałów

Sterownik nowoczesnego oscyloskopu śledzi wiele sygnałów. Zalety większej ilości kanałów dostępnych w oscyloskopie są istotne. Przykładem może być synchronizacja sygnałów czujników wału korbowego i wałka rozrządu. W wyniku użycia niewłaściwych części lub błędów montażu, możliwe jest nieprawidłowe ustawienie czujników. W takiej sytuacji każdy z sygnałów mierzonych osobno oscyloskopem jednokanałowym będzie prawidłowy, natomiast silnik nie będzie mógł normalnie pracować. Tylko równoczesna rejestracja pozwoli zauważyć, że coś jest nie tak – sygnały nie są prawidłowo zsynchronizowane. Ktoś słusznie zauważy, że w tej sytuacji może w ogóle obejść się bez oscyloskopu – sterownik powinien zarejestrować kody błędów, które naprowadzą diagnostę na problem. Praktyka pokazuje, że nie dzieje się tak zawsze. Sterowniki bywają modyfikowane, aby nie rejestrowały błędów w ogóle. Cel może być różny, np. usunięcie filtra DPF lub ukrycie istotnej wady przy sprzedaży na pojazdu rynku wtórnym. Skutek ten sam – mechanizm wewnętrznej diagnostyki staje się bezużyteczny.

Na rynku jest dostępnych wiele urządzeń oferujących dwa lub więcej kanałów. Decydując się na zakup urządzenia do warsztatu, koniecznie trzeba zorientować się, w jaki sposób podłączone są masy wejść. Powszechną praktyką jest użycie wspólnej masy dla wszystkich kanałów. W przypadku wątpliwości zwykły multimetr z funkcją ciągłości obwodu wystarczy, aby sprawdzić, czy wszystkie masy złącz BNC na urządzeniu są fizycznie połączone. Jeżeli tak jest, to trzeba o tym pamiętać i wypracować bezpieczne procedury przeprowadzania pomiarów, np. poprzez podłączanie masy tylko w jednym punkcie. To, co przy korzystaniu z jednego kanału nie stanowi problemu, może sprawić przykrą niespodziankę przy użyciu drugiego. Chwila nieuwagi, skutkująca podłączeniem masy drugiej sondy pomiarowej w miejsce sygnału lub napięcia zasilania, powoduje zwarcie. Naraża to nie tylko drogie elementy elektroniki samochodowej, ale także osobę wykonującą pomiar.
Dlatego należy zdecydowanie doradzać urządzenia wyposażone w wejścia różnicowe. Powinna być to jedna z kluczowych kwestii przy wyborze urządzeń wielokanałowych. Nieliczne urządzenia oferują wejścia w pełni izolowane – i te oczywiście będą również odpowiednie, ale są to jednocześnie rozwiązania najdroższe. Wejścia różnicowe gwarantują bezpieczeństwo w trakcie pomiaru, zapewniając wystarczające parametry dla pomiarów w pojazdach.

Diagnostyka sieci pokładowych

Co w takim razie z sygnałami magistrali cyfrowych, takich jak CAN, LIN, FlexRay i inne? Stanowią one specyficzny wyjątek pośród sygnałów możliwych do rejestracji w samochodzie. Są to sygnały cyfrowe, których dokładna obserwacja w wielu przypadkach wymaga znacznie większego próbkowania niż pozostałych sygnałów, na jakie przeważnie możemy trafić. Czy zatem warto zainwestować więcej w sprzęt, który umożliwi takie pomiary, np. specjalizowany oscyloskop z funkcją analizatora logicznego, pozwalający na dekodowanie ramek CAN?
Warto uzmysłowić sobie najpierw, co realnie możemy w sieci CAN zbadać. Otóż znowu nie tak wiele. Diagnostyka magistrali oscyloskopem powinna sprowadzać się do tego, czy na obydwu liniach sygnały zmieniają się w prawidłowym zakresie napięć. Jeżeli tak się dzieje, to dalsze drobiazgowe analizowanie kształtu zboczy lub zawartości ramek oscyloskopem nie wnosi wiele. Po pierwsze, zwykle mamy do czynienia z dużymi ilościami danych, których i tak nie jesteśmy w stanie przeanalizować w czasie rzeczywistym. Nie rozumiejąc treści przesyłanych komunikatów ani interakcji między komponentami sieci, nie mamy zbyt wiele możliwości działania. CAN jest w zasadzie typową siecią komputerową i podobnie powinien być traktowany. Czy ktoś diagnozował sieć komputerową w domu lub biurze za pomocą oscyloskopu? Najlepszym rozwiązaniem dla diagnostyki magistral danych są dedykowane analizatory i testery, których rozwoju i upowszechniana należy oczekiwać.

Z komputerem czy bez?

Okazuje się, że to, co często przez elektroników jest postrzegane jako namiastka oscyloskopu, może stanowić atut w warsztacie. Przystawki oscyloskopowe łączące się z komputerem za pomocą zwykłego portu USB rozwiązują kilka istotnych problemów. Niewielka i zamknięta obudowa lepiej zniesie warunki zewnętrzne – zmienne temperatury, obecność olejów i smarów, a także substancji lotnych.

Łatwość obsługi jest dla wielu użytkowników ważna. Pamiętajmy, że sposób obsługi oscyloskopu i związana z tym terminologia powstały w czasach, kiedy te urządzenia były adresowane tylko do wąskiej grupy specjalistów. Komputer pozwala stworzyć przyjaźniejszy interfejs użytkownika, co może bardzo ułatwić pracę z urządzeniem. Ekran jest większy i czytelniejszy niż w tradycyjnych oscyloskopach, a klawiatura pozwala wygodnie zapisać plik, wzbogacając go o krótki komentarz. Dłuższe przebiegi to także duże pliki – komputer oferuje nie tylko dużą przestrzeń do ich przechowywania, ale również łatwość późniejszego wyszukiwania. Nawyk rutynowego zapisywania przebiegów pozwoli w przyszłości na oszczędzenie mnóstwa czasu. Zgromadzone przy okazji normalnej pracy warsztatu przebiegi, zarówno ilustrujące napotkane usterki, jak i pokazujące prawidłową pracę komponentów, okażą się nieocenioną pomocą w momencie niepewności. Nie zapominajmy, że przebiegi z komputera dużo łatwiej jest udostępnić komuś w celu konsultacji, wysyłając na przykład przez internet.

Cennym atutem urządzenia dla motoryzacji jest możliwość przeliczania jednostek i interpretacji sygnałów, np. automatycznie zinterpretowany przebieg czujnika wału korbowego pozwala na porównanie dowolnych przebiegów z chwilową wartością obrotów. Przebiegi sterujące PWM stają się znacznie czytelniejsze, jeśli zastąpimy je obliczonym przebiegiem wartości, wyrażonym w procentach. Jest to funkcja ciągle mało popularna, jednak może dać bardzo duże możliwości diagnostyczne, zwłaszcza przy pomiarach wielokanałowych.

Wyposażenie warsztatu w oscyloskop otwiera ogromne możliwości, jednak trzeba pamiętać, że jest to inwestycja nie tylko w sprzęt, ale może nawet w większym stopniu w wiedzę i własny rozwój. Nakłady poniesione na dobrze dobrane urządzenie szybko się zwrócą, skutkując mniejszą ilością kosztownych błędów, co z pewnością docenią klienci.