一种基于图像采集的示波器系统的制作方法

1.本发明属于检测仪器领域，具体涉及一种基于图像采集的示波器系统。


背景技术：

2.示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。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(这是传统的模拟示波器的工作原理)。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。
3.示波器探头的定义：本质上，示波器探头是在测试点或信号源和示波器之间建立了一条物理和电子连接；实际上，示波器探头是把信号源连接到示波器输入上的某类设备或网络，它必须在信号源和示波器输入之间提供足够方便优质的连接。连接的充分程度有三个关键的问题：物理连接、对电路操作的影响和信号传输。
4.目前服务器的应用较为广泛，而信号质量的验证是保证服务器稳定运行的重要前提，信号质量的验证用到最多的仪器就是示波器及示波器探头。随着技术的不断发展，板卡设计越来越复杂，传统示波器探头及系统逐渐不能满足日益复杂的板卡结构的测试需求。
5.亟需一种可以应对复杂电路结构需要的示波器或示波器系统。


技术实现要素：

6.为解决以上问题，本发明提出一种基于图像采集的示波器系统，包括检测模块，示波器模块，控制模块，其中：
7.所述检测模块配置用于检测待检测点的波形信号，并将所述波形信号发送到所述示波器模块，以及将所述检测模块的自身姿态和环境信息发送到所述控制模块；
8.所述示波器模块配置用于接收所述检测模块发送的待检测点的波形信号并显示；
9.所述控制模块配置用于接收所述检测模块的自身姿态和环境信息，并根据所述检测模块的自身姿态和所述环境信息控制所述检测模块的姿态。
10.在本发明的一些实施方式中，检测模块包括：
11.多个图像采集摄像头，所述多个采集摄像头配置用于采集所述检测模块所在环境的图像信息作为环境信息；
12.主动弯折探头，所述主动弯折探头配置用于与待检测点接触以检测所述待检测点的波形信号；
13.姿态传感器，所述姿态传感器配置用于获取所述检测模块的自身姿态。
14.在本发明的一些实施方式中，控制模块进一步配置用于：
15.获取所述姿态传感器的参数并基于所述参数判断所述检测模块的姿态是否为水平；
16.响应于所述检测模块的姿态为水平，将对所述主动弯折探头的调整幅度设为第一幅度；
17.并根据所述参数与所述第一幅度调整所述主动弯折探头的姿态。
18.在本发明的一些实施方式中，控制模块进一步配置用于：
19.获取所述姿态传感器的参数并基于所述参数判断所述检测模块的姿态是否为垂直；
20.响应于所述检测模块的姿态为垂直，将对所述主动弯折探头的调整幅度设为第二幅度；
21.并根据所述参数与所述第二幅度调整所述主动弯折探头的姿态。
22.在本发明的一些实施方式中，控制模块进一步配置用于：
23.获取所述主动弯折探头的状态以及所述多个图像采集摄像头的图像数据；
24.将所述图像数据融合，并根据融合后的图像设定所述主动弯折探头在调整姿态时的调整范围。
25.在本发明的一些实施方式中，控制模块进一步配置用于：
26.实时获取所述多个图像采集摄像头的环境信息，并基于所述环境信息确定所述检测模块的空间位置以及所述检测模块在所属空间位置下的活动范围，根据所述活动范围实时设定所述主动弯折探头的调整范围。
27.在本发明的一些实施方式中，控制模块进一步配置用于：
28.通过所述图像数据绘制所述待检测点所述设备的完整电路图像，并在获取到所述待检测点的波形信号后，在所述完整电路图像上保存所述待检测点的位置信息。
29.在本发明的一些实施方式中，控制模块进一步配置用于：
30.根据所述检测模块在所属空间位置下的活动范围，计算所述检测模块在所述空间位置下的最大偏角，根据所述最大偏角设定所述主动弯折探头在调整姿态时的调整幅度。
31.在本发明的一些实施方式中，主动弯折探头包括：
32.伸缩式接触点，所述伸缩式接触点配置用于在所述待检测点与所待检测点建立电连接，并将所述待检测点的波形信号输出到所述示波器模块。
33.在本发明的一些实施方式中，系统还包括：
34.多个控制按钮，所述多个控制按钮配置用于与向所述控制模块发送相应的控制指令，并通过所述控制模块控制所述主动弯折探头的姿态。
35.本发明提供的一种基于图像采集的示波器系统，有效解决了点测信号时看不到或者看不清被测点的问题，扩大了探头在多层板或高密度引脚、走线等复杂场景下的应用范围，降低操作不当引起的板卡短路，测试数据错误等问题，提高测试效率，降低测试成本。同时对检测过的电路板绘制相应完整电路图或三维电路图，方便操作人员保存被检测点的信息以及保存检测时待检测点的波形信号。实现一种效果更好，更加方便，更人性化的示波器系统。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例提出的一种基于图像采集的示波器系统的结构图；
38.图2为本发明实施例提出的一种基于图像采集的示波器系统的部分结构示意图；
39.图3为本发明实施例提出的一种基于图像采集的示波器的部分结构示意图。
具体实施方式
40.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
41.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
42.如图1为解决以上问题，本发明提出一种基于图像采集的示波器系统，包括检测模块1，示波器模块2，控制模块3，其中：
43.所述检测模块1配置用于检测待检测点的波形信号，并将所述波形信号发送到所述示波器模块2，以及将所述检测模块1的自身姿态和环境信息发送到所述控制模块3；
44.所述示波器模块2配置用于接收所述检测模块1发送的待检测点的波形信号并显示；
45.所述控制模块3配置用于接收所述检测模块1的自身姿态和环境信息，并根据所述检测模块1的自身姿态和所述环境信息控制所述检测模块1的姿态。
46.在本发明的实施例中，检测模块1可以视为传统示波器中的示波器的探头，用于连接待检测点获取的待检测点的波形信号，同时将波形信号发送到示波器模块2。同时检测模块还通过一些姿态传感器或视觉传感器获取检测模块1所处的环境信息以及自身的姿态信息，并将获取到的环境信息和自身姿态信息发送到控制模块3。
47.在一些实施例中姿态信息是指检测模块1在环境中的放置姿态。环境信息是指检测模块1所在的检测环境的视觉图像信息，或者说是待检测点及待检测点所属的设备与检测模块1的空间相对关系。
48.在本发明的一些实施例中，检测模块1获取到的波形信号还发送到控制模块3中。
49.示波器模块2是传统的显示波形信号的显示设备，在一些实施例中，还用于显示检测模块1获取到的视觉图像信息。
50.控制模块3是具备一定运算能力的计算单元，工作时接收检测模块1发送来的关于检测模块1的姿态信息和环境信息，并根据检测模块1的姿态信息和环境信息调整检测模块1的姿态。
51.在一些实施例中，控制模块3还接收检测模块1获取的关于待检测点的波形信号，并将波形信号保存用以后续分析。
52.在本发明的一些实施方式中，检测模块包括：
53.多个图像采集摄像头4，所述多个采集摄像头4配置用于采集所述检测模块所在环境的图像信息作为环境信息；
54.主动弯折探头5，所述主动弯折探头5配置用于与待检测点接触检测所述待检测点
的波形信号；
55.姿态传感器6，所述姿态传感器6配置用于获取所述检测模块1的自身姿态。
56.在本实施例中，如图3所示，图3示出的是本发明一个实施例中检测模块1的部分结构。检测模块1上的多个图像采集摄像头分布在检测模块1的不同部位。如图3所示的41a、41b、42a、42b。其中41a和41b位于检测模块的主体部分，而42a和42b位于主动弯折探头5上。41a和41b用于采集含有主动弯折探头5及其附近的图像信息。42a和42b用于采集主动弯折探头5前方的环境的图像信息。
57.在本发明的一些实施例中，图像采集摄像头4可以是普通摄像头、红外摄像头或者全彩摄像头。优选的使用在黑暗环境小成像效果较好的全彩摄像头。
58.主动弯折探头5具有一定变形能力，在工作中接收控制模块3发送的相应的指令，并根据指令进行弯折或恢复本来状态。
59.姿态传感器6位于检测模块1内部，可以是常见具备重力感应的3轴陀螺仪，用于感应检测模块1的状态，例如是否是水平放置或者是垂直放置，以及在使用时向控制模块3发送检测模块1在垂直方向或水平方向的倾角或倾斜度。
60.在本发明的一些实施方式中，控制模块3进一步配置用于：
61.获取所述姿态传感器6参数并判断所述参数所表示的所述检测模块1的姿态是否为水平；
62.响应于所述检测模块1的姿态为水平，将对所述主动弯折探头5的调整幅度设为第一幅度；
63.并根据所述参数与所述第一幅度调整所述主动弯折探头5的姿态。
64.在本实施例中，控制模块3在工作时且当前示波器系统存在检测模块1的接入，控制模块3则获取检测模块1上的姿态传感器6的标识检测模块1姿态的参数，并根据参数判断检测模块1是是否处于水平状态。
65.具体地，首先需设置检测模块1中姿态传感器的初始状态，以及初始状态对应的检测模块1的状态，例如，以姿态传感器6初始状态表示检测模块1处于水平状态，当检测模块1倾斜角度在0-45
°
时，认为检测模块1处于水平状态范围。当检测模块1倾斜角度在45-90
°
为垂直状态或竖直状态，然后再控制模块3获取到姿态传感器的参数(具体是多少度)时与预先设定范围进行对比，以判断检测模块1是处于哪种状态。
66.当处于水平状态时，将主动弯折探头5的调整幅度设定为最低一级，调整幅度表示主动弯折探头5在控制模块3的控制下的形变速度。具体地，如果控制模块3发送一个向下(与检测模块的姿态有关)弯折的指令，则主动弯折探头5向下形变1
°
。具体形变的度数即幅度可根据实际需要进行调整。例如在一些实施例中，将接收1个形变指令设置主动弯折探头形变5
°
。
67.此外，调整幅度还根据主动弯折探头的设备性能有关。在本实施例中设置为最低调整幅度，检测模块1需要深入待检测设备的内部，由于待检测设备的内部环境复杂，为安全起见，予以微调。
68.在设定好调整幅度后，便可根据调整幅度一步一步(指按照一定度数)调整主动弯折探头5的姿态。
69.在本发明的一些实施方式中，控制模块3进一步配置用于：
70.获取所述姿态传感器6参数并判断所述参数所表示的所述检测模块1的姿态是否为垂直；
71.响应于所述检测模块1的姿态为垂直，将对所述主动弯折探头5的调整幅度设为第二幅度；
72.并根据所述参数与所述第二幅度调整所述主动弯折探头5的姿态。
73.在本实施例中，如前所述，在检测模块处于垂直状态或竖直状态时，将调整幅度设定为检测模块1在水平状态时的两倍。
74.在本发明的一些实施例中，控制模块3还根据姿态传感器6的倾斜角度调整主动弯折探头5的形变角度，即在姿态传感器6在一定时间内其传递到控制模块3的参数的变化范围稳定，即检测模块处于稳定状态，则根据姿态传感器6的倾斜角度，反向调整主动弯折探头5的倾斜角度。
75.具体地，在使用时，如果操作人员将检测模块1固定或稳定在待检测点附近长达1秒，则控制模块3根据检测模块1的倾斜角度，则按照一定调整速度调整主动弯折探头5向检测模块1倾斜的反方向形变与检测模块1的倾斜角度相同大小的形变(具体形变范围根据主动弯折探头5的形变能力而定)。例如，当检测模块1被操作人员使用，并在倾角在水平范围内对待检测点进行测量时，假设操作人员将检测模块1的一端抬高15
°
，则当操作人员将检测模块1放到待检测点上方，且位置状态不在变化时，姿态传感器6在1秒内输出的参数处于相对稳定的数值范围，则此时控制模块3将根据检测模块1的倾斜角度，即15
°
，控制主动弯折探头5向下形变15
°
。无需操作人进行额外操作。
76.进一步，如果在上述形变过程中，操作人员调整检测模块1的倾斜角度，则停止对主动弯折探头5的形变。在适当时，需要将主动弯折探头的形变进行退回一定倾斜角度，即反向调整一定角度。通过这样的方式为操作人员提供更高效及人性化的使用体验。因为正常的使用中，当发现主动玩弯折探头5所指向的连接点并不是待检测点时，会控制检测模块1离开或修正检测模块1的位置。基于上述方式可以实现对待检测点的主动对齐调整。
77.在本发明的一些实施方式中，控制模块3进一步配置用于：
78.获取所述主动弯折探头5的状态以及所述多个图像采集摄像头4的图像数据；
79.将所述图像数据融合，并根据融合后的图像设定所述主动弯折探头5在调整姿态时的调整范围。
80.在本发明的一些实施方式中，控制模块3进一步配置用于：
81.实时获取所述多个图像采集摄像头4的环境信息，并基于所述环境信息确定所述检测模块1的空间位置以及所述检测模块1在所属空间位置下的活动范围，根据所述活动范围实时设定所述主动弯折5探头的调整范围。
82.在本实施例中，在实际使用中，当待检测点不可见(被其他物体遮挡)时，可通过检测模块1上的多个图像采集摄像头4提供的图像数据来指导检测模块1和待检测点的相对位置。
83.具体地，控制模块3将图像采集摄像头41a和41b的图像数据进行融合，同时将图像采集摄像头42a和42b图像数据融合。最后将两份融合后的数据再融合成一个图像数据。
84.进一步，通过图像采集摄像头41a和41b融合后的图像数据(下称融合图像数据1)中主动弯折探头5在融合图像数据1中的大小，以及在主动弯折探头5当前形变状态下应呈
现在采集摄像头41a和41b中的大小和其他物体的大小，以及采集摄像头42a和42b图像数据融合后的图像数据(下称融合图像数据2)中其他物体的大小，通过相应的双目摄像头测距算法计算当前检测模块1所处的检测环境中其他物体的大小以及其他物体与检测模块1的距离。
85.同时以具备已知长度大小的主动弯折探头5的融合图像数据1中的弯折探头5在图像采集摄像头41a和41b应呈现的长度对双目摄像头测距算法计算得到的其他物体大小进行修正。同时修正图像采集摄像头42a和42b图像数据融合后的融合图像数据2中的其他物体大小。并通过检测模块1所在环境的其他物体大小确定检测模块1在该环境中的调整范围(包括检测模块1自身的倾斜角度，即操作人员可在该环境下倾斜检测模块1的范围，以及主动弯折探头5的形变范围)。
86.需要说明的是，当检测模块1中的主动弯折探头5的选材被确定时，便可知晓在如图3所示的图像采集摄像头41a和41b双目摄像头下的成像的具体大小。而主动弯折探头5则是上述物体测距中唯一个已知的确定大小的参考对象。由于图像采集摄像头41a和41b和图像采集摄像头42a和42b的位置不同，在经过双目摄像头测距算法可能输出的环境中的实际物体大小并不相同，因此。借助已知的主动弯折探头5的真是大小可有效纠正上述两组数据的差异。
87.在本发明的一些实施方式中，控制模块3进一步配置用于：
88.通过所述图像数据绘制所述待检测点所述设备的完整电路图像，并在获取到所述待检测点的波形信号后，在所述完整电路图像上保存所述待检测点的位置信息。
89.在本实施例中，在控制模块3还通过检测模块1上的图像采集摄像头41a和41b以及图像采集摄像头42a和42b的图像对检测模块1所检测的待测设备绘制完整的电路图，通过将两组图像采集摄像头在检测模块1移动中所捕捉的到关于待检测设备的图像融合成一幅该设备的完整图像，并且将检测模块1在于待检测点接触获取待检测点的波形信号时，将待检测点的位置标记在绘制好的完整电路图上进行标记然后保存。
90.进一步，可根据上述两组图像采集摄像头(图像采集摄像头41a和41b以及图像采集摄像头42a和42b)生成检测模块1所检测的待检测设备的三维图像，即在上述获取到对应物体的大小情况下建立待检测设备的三维图像。并将待检测点标记在三维图像上，同时将测得的待检测点的波形信号与该三维图像进行关联。
91.此外，控制模块3绘制的完整电路图像或生成的三维图像均可传输或导出。同时导出的包括在完整电路图像或三维图像上被标记的检测点的波形数据。当检测点存在多个时，通过完整电路图像或三维图像为操作人员提供可视化的展示界面。
92.在本发明的一些实施方式中，控制模块3进一步配置用于：
93.根据所述检测模块1在所属空间位置下的活动范围，计算所述检测模块1在所述空间位置下的最大偏角，根据所述最大偏角设定所述主动弯折探头5在调整姿态时的调整幅度。
94.在本实施例中，通过上述图像识别的方式确定检测模块1在检测环境下(空间环境)能够活动的最大范围(操作人员可以在该检测环境下控制检测模块1的范围)。然后根据范围大小调整控制模块3向主动弯折探头5的调控指令所对应的主动弯折探头5的形变度数。即在空间狭小的情况下，将主动弯折探头5的形变幅度增强。例如，如果空间狭小，检测
模块1在该检测环境下最多只能倾斜10
°
(无论哪个方向)，则在检测模块1稳定后，如果在其他情况下，控制模块3发送一个调控指令，主动弯折探头5形变1
°
，则在这种情况下控制模块3发送一个调控指令，则主动弯折探头5形变3
°
。
95.在本发明的一些实施方式中，主动弯折探头5包括：
96.伸缩式接触点7，所述伸缩式接触点7配置用于在所述待检测点与所待检测点建立电连接，并将所述待检测点的波形信号输出到所述示波器模块2。
97.如图3所示，主动弯折探头5上还设置有伸缩式接触点7，当检测模块1位置固定时，控制模块3可想主动弯折探头5发送相应的指令，将伸缩式接触点7伸出，与待检测点接触，获取待检测点的波形信号并输出到示波器模块2。
98.此外，需要说明的是，检测模块1除伸缩式接触点7外其他部分均为绝缘涉及，以防止因操作人员的操作失误导致的待检测设备的短路。
99.在本发明的一些实施方式中，系统还包括：
100.多个控制按钮，所述多个控制按钮配置用于与向所述控制模块发送相应的控制指令，并通过所述控制模块控制所述主动弯折探头的姿态。
101.在本实施例中，根据需要可以在检测模块1或示波器模块2上设定多个控制按钮，在一些实施例中，在检测模块1上设置用于控制伸缩式接触点7以及切换示波器模块2显示内容的控制按钮。当操作人员长按该控制按钮长达预定时间，可直接弹出伸缩式接触点7或者向控制模块3发送主动弹出伸缩式接触点7的信号，控制模块3根据检测模块1所在的环境中检测模块1和待检测设备的空间状态确定是否发出弹出伸缩式接触点7的指令。当操作人员单击该控制按钮时可切换示波器模块2的屏幕显示上述融合图像的画面还是待检测点的波形信号画面。
102.在本发明的一些实施例中，当检测模块1的主动弯折探头5具有多个自由度的弯折能力时，即该弯折探头5具备360度的形变能力。还可在示波器模块2的外壳上设置相应的方向键以控制具备多个自由度的主动弯折探头模块。
103.本发明提供的一种基于图像采集的示波器系统，有效解决了点测信号时看不到或者看不清被测点的问题，扩大了探头在多层板或高密度引脚、走线等复杂场景下的应用范围，降低操作不当引起的板卡短路，测试数据错误等问题，提高测试效率，降低测试成本。同时对检测过的电路板绘制相应完整电路图或三维电路图，方便操作人员保存被检测点的信息以及保存检测时待检测点的波形信号。实现一种效果更好，更加方便，更人性化的示波器系统。
104.以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
105.上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
106.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
107.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非
旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。