CN101625395A - 继电器触点稳定时间的测量方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种最多可同时测量6组转换触点、测量分辨率为1μs的继电器触点稳定时间的测量方法及其装置。它是由被测继电器、负载单元、信号调理单元、数据采集单元、总线、主控制单元、FPGA逻辑时序单元、人机交互单元和线圈驱动单元组成的，被测继电器连接负载单元，负载单元连接信号调理单元，信号调理单元连接数据采集单元，数据采集单元连接总线，总线连接主控制单元和FPGA逻辑时序单元，主控制单元分别连接人机交互单元、FPGA逻辑时序单元和线圈驱动单元，线圈驱动单元连接被测继电器。本发明具有测量精度高、测量过程自动化、测量步骤简单、操作方便，测量装置体积小，重量轻等优点。
Description
(一)技术领域
本发明涉及电磁技术，具体说就是继电器触点稳定时间的测量方法及其装置。
(二)背景技术
继电器触点稳定时间可有效地反映继电器触点接触可靠性，是产品出厂前进行筛选试验中的重要测量参数，GJB要求五级以上航天继电器出厂前必须进行触点稳定时间测量。航天继电器触点稳定时间定义为：在继电器动作和释放时间之后，触点达到并保持静态接触电阻状态时，所允许的最大时间。目前对于航天继电器触点稳定时间测量方法、测量条件都有标准规定。以GJB 65B-99为例，该标准规定航天继电器触点稳定时间测量须在50mA(最大值)50mV(直流最大值或交流峰值)阻性负载条件下进行。
目前，针对继电器触点稳定时间测量的专门研究很少，继电器生产厂家一般通过示波器测量触点压降波形人工测量稳定时间。该方法一方面为了提高测量波形的信噪比，人为提高了负载电压，导致与GJB标准规定的测量条件不符。另一方面人工测量方法受主观因素影响大，测量结果误差较大，测量过程复杂，效率不高。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种最多可同时测量6组转换触点、测量分辨率为1μs的继电器触点稳定时间的测量方法及其装置。
本发明的目的是这样实现的：所述的继电器触点稳定时间的测量装置，它是由被测继电器、负载单元、信号调理单元、数据采集单元、总线、主控制单元、FPGA逻辑时序单元、人机交互单元和线圈驱动单元组成的，被测继电器连接负载单元，负载单元连接信号调理单元，信号调理单元连接数据采集单元，数据采集单元连接总线，总线连接主控制单元和FPGA逻辑时序单元，主控制单元分别连接人机交互单元、FPGA逻辑时序单元和线圈驱动单元，线圈驱动单元连接被测继电器。
本发明一种继电器触点稳定时间的测量装置，还有以下技术特征：
(1)所述的人机交互单元由一个独立键盘、一片液晶屏、一片C8051F单片机构成，C8051F单片机是该单元的控制核心，与系统的主控单元ARM处理器通过串口连接，单片机内部DA的输出与线圈驱动单元连接；工作时，C8051F单片机接受键盘的输入并进行处理，处理结果通过串口发送给主控单元ARM处理器，实现测量仪参数设置或者测量命令输入；C8051F单片机接受主控单元ARM处理器通过串口发送过来的测量结果并在液晶屏上显示。
(2)所述的主控制单元由ARM处理器LPC2292及其附属电路构成；ARM处理器与人机交互单元C8051F单片机通过串口相连，与FPGA逻辑时序单元的EPC3T144通过IO口连接，与线圈驱动单元也通过IO口连接；工作时该单元接受人机交互单元的测量指令，通过IO口输出线圈电压信号同时启动FPGA逻辑时序单元；该单元对数据采集单元的采集数据进行处理得到测量结果并通过串口发送给人机交互单元。
(3)所述的线圈驱动单元的功率放大电路的LM3886输入端与人机交互单元C8051F的DA输出相连接，功率放大电路的输出连接水银继电器的转换触点，ARM处理器线圈电压信号IO口接至水银继电器的线圈控制端，水银继电器的常开触点和地线接至被测继电器的线圈两端；工作时人机交互单元C8051F的DA输出经功放电路放大得到被测继电器线圈电压，该电压在ARM处理器的控制下经水银继电器隔离输出控制被测继电器动作或释放。
(4)所述的负载单元由5V直流电源、100Ω精密电阻、1Ω精密电阻构成。1Ω精密电阻的高电位端与被测继电器转换触点连接，被测继电器的常开触点与常闭触点短接在一起后与1Ω精密电阻的低电位端连接；在继电器触点断开时，触点两端负载电压等于1Ω精密电阻两端的电压50mV，当继电器触点闭合时1Ω精密电阻被短路，5V直流电源、100Ω精密电阻、被测继电器触点组成电流回路，回路电流为50mA。
(5)所述的信号调理单元由滤波模块和运放模块构成；滤波部分由滤波电容构成，对触点压降信号进行必要的滤波降噪；运放模块分为两级放大，第一级放大电路由LF356及其外围元件构成，第二级放大电路由AD620及其外围元件构成；触点压降经过滤波，滤波模块的输出作为第一级运放的输入，第一级运放的输出连接数据采集单元的AD输入端；每一组触点压降分成两路信号进行不同倍数的放大处理；每一组触点需要两个信号调理单元，其中一个对触点压降进行低倍放大用于稳定时间的起点判定，另一个进行高倍放大用于稳定时间终点的判定。
(6)所述的FPGA逻辑时序单元由EPC3T144、EPCS1及其外围电路构成；EPCS1是EPC3T144的配置芯片，与EPC3T144连接用于存储EPC3T144的程序；EPC3T144与主控单元ARM处理器通过IO口连接，与数据采集单元AD采集控制端也通过IO口连接，同时EPC3T144采用IO口模拟地址总线与ARM处理器和缓存RAM连接。EPC3T144经ARM触发后产生AD采集控制信号和缓存地址信号，控制数据采集的进行。
(7)所述的数据采集单元由AD芯片、缓存RAM及其外围电路构成；AD芯片的采集端与信号调理单元第二级运放的输出连接，采集控制端与FPGA逻辑时序单元EPC3T144的IO连接，AD的输出与缓存RAM的数据端口连接，缓存RAM的地址线与地址总线相连；该单元在FPGA逻辑时序单元的控制下实现触点压降信号的采集和存储。
本发明一种继电器触点稳定时间的测量方法，步骤如下：
线圈电压28V、具有两组转换触点。
步骤一：将继电器线圈接在测量装置线圈驱动单元的输出端口，两组转换触点与分别与两组负载单元输出端口高电位端连接，常闭触点与常开触点短接后与分别与两组负载单元输出端口低电位端连接；
步骤二：按下键盘上的设置键，液晶屏显示设置界面；在触点组数处输入2，在线圈电压处输入28，报警上限处输入400，报警下限处输入200；设置完毕按确认键退出；人机交互单元C8051F单片机的程序根据输入参数调整DA输出值为0.7V；线圈驱动单元功率放大电路对DA信号放大40倍得到28V额定线圈电压；
步骤三：按下测量键；
步骤四：C8051F单片机将测量指令发送给主控单元ARM处理器；ARM处理器对测量指令解析后发出控制信号，控制线圈驱动单元水银继电器闭合，从而输出28V直流电压给被测继电器线圈；被测继电器动作；
步骤五：信号调理单元将触点压降进行滤波去噪处理；运放模块将触点压降进行两级放大；每一组触点压降对应两组信号调理单元，其中一组对触点压降放大90倍，另一组放大1500倍；
步骤六：FPGA逻辑时序单元输出25000个AD采集信号对触点压降进行25ms采集，采集数据暂存在缓存RAM中；每组触点压降经90倍和1200倍放大后对应的两组采集数据，分别暂存在两片RAM中；
步骤七：主控单元读取缓存中的数据并进行处理；每组触点对应两组数据，触点压降放大90倍的一组数据，触点最大压降为电压50mV，经90倍放大后约4.5V仍在AD采集范围内，该组数据保留了触点压降的全部波形，ARM程序通过分析该组数据找到该继电器两组触点稳定时间的起点即继电器动作时间分别为1127、1136μs；触点压降经1500倍放大的一组数据中触点压降大部分进入了运放的饱和区，只有触点动态电阻接近静态电阻时的压降放大后约为3.5V在AD采集范围内，ARM程序通过对该组数据分析判定该继电器两组触点稳定时间终点分别为1488μs、1491μs。ARM程序将每组触点的两个数据做差得到此次测量两组触点的稳定时间分别为361μs、355μs；
步骤八：主控单元求出测量结果后通过串口线传送给人机交互单元并在液晶屏上显示。
本发明继电器触点稳定时间的测量方法及其装置，能同时对最多6组转换触点稳定时间进行测量，测量结果通过液晶屏显示。本发明测量条件严格执行GJB 65B-99标准，并且具有测量精度高、测量过程自动化、测量步骤简单、操作方便，测量装置体积小，重量轻等优点。
(四)附图说明
图1为本发明的结构方框图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1：结合图1，本发明一种继电器触点稳定时间测量装置，它是由被测继电器(1)、负载单元(2)、信号调理单元(3)、数据采集单元(4)、总线(5)、主控制单元(6)、FPGA逻辑时序单元(7)、人机交互单元(8)和线圈驱动单元(9)组成的，其特征在于：被测继电器(1)连接负载单元(2)，负载单元(2)连接信号调理单元(3)，信号调理单元(3)连接数据采集单元(4)，数据采集单元(4)连接总线(5)，总线(5)连接主控制单元(6)和FPGA逻辑时序单元(7)，主控制单元(6)分别连接人机交互单元(8)、FPGA逻辑时序单元(7)和线圈驱动单元(9)，线圈驱动单元(9)连接被测继电器(1)。
本发明一种继电器触点稳定时间测量装置，还有以下技术特征：所述的人机交互单元(8)由一个独立键盘、一片液晶屏、一片C8051F单片机构成，C8051F单片机是该单元的控制核心，与系统的主控单元ARM处理器通过串口连接，单片机内部DA的输出与线圈驱动单元连接；工作时，C8051F单片机接受键盘的输入并进行处理，处理结果通过串口发送给主控单元ARM处理器，实现测量仪参数设置或者测量命令输入；C8051F单片机接受主控单元ARM处理器通过串口发送过来的测量结果并在液晶屏上显示。
所述的主控制单元(6)由ARM处理器LPC2292及其附属电路构成；ARM处理器与人机交互单元C8051F单片机通过串口相连，与FPGA逻辑时序单元的EPC3T144通过IO口连接，与线圈驱动单元也通过IO口连接；工作时该单元接受人机交互单元的测量指令，通过IO口输出线圈电压信号同时启动FPGA逻辑时序单元；该单元对数据采集单元的采集数据进行处理得到测量结果并通过串口发送给人机交互单元。
所述的线圈驱动单元(9)的功率放大电路的LM3886输入端与人机交互单元C8051F的DA输出相连接，功率放大电路的输出连接水银继电器的转换触点，ARM处理器线圈电压信号IO口接至水银继电器的线圈控制端，水银继电器的常开触点和地线接至被测继电器的线圈两端；工作时人机交互单元C8051F的DA输出经功放电路放大得到被测继电器线圈电压，该电压在ARM处理器的控制下经水银继电器隔离输出控制被测继电器动作或释放。
所述的负载单元(2)由5V直流电源、100Ω精密电阻、1Ω精密电阻构成。1Ω精密电阻的高电位端与被测继电器转换触点连接，被测继电器的常开触点与常闭触点短接在一起后与1Ω精密电阻的低电位端连接；在继电器触点断开时，触点两端负载电压等于1Ω精密电阻两端的电压50mV，当继电器触点闭合时1Ω精密电阻被短路，5V直流电源、100Ω精密电阻、被测继电器触点组成电流回路，回路电流为50mA。
所述的信号调理单元(3)由滤波模块和运放模块构成；滤波部分由滤波电容构成，对触点压降信号进行必要的滤波降噪；运放模块分为两级放大，第一级放大电路由LF356及其外围元件构成，第二级放大电路由AD620及其外围元件构成；触点压降经过滤波，滤波模块的输出作为第一级运放的输入，第一级运放的输出连接数据采集单元的AD输入端；每一组触点压降分成两路信号进行不同倍数的放大处理；每一组触点需要两个信号调理单元，其中一个对触点压降进行低倍放大用于稳定时间的起点判定，另一个进行高倍放大用于稳定时间终点的判定。
所述的FPGA逻辑时序单元(7)由EPC3T144、EPCS1及其外围电路构成；EPCS1是EPC3T144的配置芯片，与EPC3T144连接用于存储EPC3T144的程序；EPC3T144与主控单元ARM处理器通过IO口连接，与数据采集单元AD采集控制端也通过IO口连接，同时EPC3T144采用IO口模拟地址总线与ARM处理器和缓存RAM连接。EPC3T144经ARM触发后产生AD采集控制信号和缓存地址信号，控制数据采集的进行。
所述的数据采集单元(4)由AD芯片、缓存RAM及其外围电路构成；AD芯片的采集端与信号调理单元第二级运放的输出连接，采集控制端与FPGA逻辑时序单元EPC3T144的IO连接，AD的输出与缓存RAM的数据端口连接，缓存RAM的地址线与地址总线相连；该单元在FPGA逻辑时序单元的控制下实现触点压降信号的采集和存储。
本发明一种继电器触点稳定时间的测量方法，结合某型号航天继电器(线圈电压28V、具有两组转换触点)其测量步骤如下：
步骤一：将继电器线圈接在测量装置线圈驱动单元的输出端口，两组转换触点与分别与两组负载单元输出端口高电位端连接，常闭触点与常开触点短接后与分别与两组负载单元输出端口低电位端连接；
步骤二：按下键盘上的设置键，液晶屏显示设置界面；在触点组数处输入2，在线圈电压处输入28，报警上限处输入400，报警下限处输入200；设置完毕按确认键退出；人机交互单元C8051F单片机的程序根据输入参数调整DA输出值为0.7V；线圈驱动单元功率放大电路对DA信号放大40倍得到28V额定线圈电压；
步骤三：按下测量键；
步骤四：C8051F单片机将测量指令发送给主控单元ARM处理器；ARM处理器对测量指令解析后发出控制信号，控制线圈驱动单元水银继电器闭合，从而输出28V直流电压给被测继电器线圈；被测继电器动作；
步骤五：信号调理单元将触点压降进行滤波去噪处理；运放模块将触点压降进行两级放大；每一组触点压降对应两组信号调理单元，其中一组对触点压降放大90倍，另一组放大1500倍；
步骤六：FPGA逻辑时序单元输出25000个AD采集信号对触点压降进行25ms采集，采集数据暂存在缓存RAM中；每组触点压降经90倍和1200倍放大后对应的两组采集数据，分别暂存在两片RAM中；
步骤七：主控单元读取缓存中的数据并进行处理；每组触点对应两组数据，触点压降放大90倍的一组数据，触点最大压降为50mV，经90倍放大后约4.5V仍在AD采集范围内，该组数据保留了触点压降的全部波形，ARM程序通过分析该组数据找到该继电器两组触点稳定时间的起点即继电器动作时间分别为1127、1136μs；触点压降经1500倍放大的一组数据中触点压降大部分进入了运放的饱和区，只有触点动态电阻接近静态电阻时的压降放大后约为3.5V在AD采集范围内，ARM程序通过对该组数据分析判定该继电器两组触点稳定时间终点分别为1488μs、1491μs。ARM程序将每组触点的两个数据做差得到此次测量两组触点的稳定时间分别为361μs、355μs；
步骤八：主控单元求出测量结果后通过串口线传送给人机交互单元并在液晶屏上显示。
实施例2：结合图1，本发明继电器触点稳定时间测量装置，包括以下单元：
人机交互单元，实现测量装置参数设置、测量指令输入和测量结果输出。
主控制单元，接受人机交互单元传送的测量指令，分析后向线圈驱动单元发送线圈电压控制信号。数据采集单元传送过来的数据经主控制单元运算处理，得到测量结果并传递给人机交互单元显示。
线圈驱动单元，接收主控制单元传递的线圈电压控制信号，并将信号功率放大后隔离输出驱动继电器线圈。
负载单元，该单元为被测量继电器提供符合GJB规定的负载电源和阻性负载。
信号调理单元，对每一组触点压降信号进行滤波并放大特定倍数以适应数据采集的需要。
数据采集单元，在FPGA逻辑时序单元的控制下进行触点压降信号采集，并将采集数据存储在缓存RAM中。
FPGA逻辑时序单元，在主控制单元的控制下产生数据采集信号和RAM缓存地址信号。
Claims (9)
1.一种继电器触点稳定时间测量装置，它是由被测继电器(1)、负载单元(2)、信号调理单元(3)、数据采集单元(4)、总线(5)、主控制单元(6)、FPGA逻辑时序单元(7)、人机交互单元(8)和线圈驱动单元(9)组成的，其特征在于：被测继电器(1)连接负载单元(2)，负载单元(2)连接信号调理单元(3)，信号调理单元(3)连接数据采集单元(4)，数据采集单元(4)连接总线(5)，总线(5)连接主控制单元(6)和FPGA逻辑时序单元(7)，主控制单元(6)分别连接人机交互单元(8)、FPGA逻辑时序单元(7)和线圈驱动单元(9)，线圈驱动单元(9)连接被测继电器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种继电器触点稳定时间测量装置，其特征在于：所述的人机交互单元(8)由一个独立键盘、一片液晶屏、一片C8051F单片机构成，C8051F单片机是该单元的控制核心，与系统的主控单元ARM处理器通过串口连接，单片机内部DA的输出与线圈驱动单元连接；工作时，C8051F单片机接受键盘的输入并进行处理，处理结果通过串口发送给主控单元ARM处理器，实现测量仪参数设置或者测量命令输入；C8051F单片机接受主控单元ARM处理器通过串口发送过来的测量结果并在液晶屏上显示。
3.根据权利要求1所述的一种继电器触点稳定时间测量装置，其特征在于：所述的主控制单元(6)由ARM处理器LPC2292及其附属电路构成；ARM处理器与人机交互单元C8051F单片机通过串口相连，与FPGA逻辑时序单元的EPC3T144通过IO口连接，与线圈驱动单元也通过IO口连接；工作时该单元接受人机交互单元的测量指令，通过IO口输出线圈电压信号同时启动FPGA逻辑时序单元；该单元对数据采集单元的采集数据进行处理得到测量结果并通过串口发送给人机交互单元。
4.根据权利要求1所述的一种继电器触点稳定时间测量装置，其特征在于：所述的线圈驱动单元(9)的功率放大电路的LM3886输入端与人机交互单元C8051F的DA输出相连接，功率放大电路的输出连接水银继电器的转换触点，ARM处理器线圈电压信号IO口接至水银继电器的线圈控制端，水银继电器的常开触点和地线接至被测继电器的线圈两端；工作时人机交互单元C8051F的DA输出经功放电路放大得到被测继电器线圈电压，该电压在ARM处理器的控制下经水银继电器隔离输出控制被测继电器动作或释放。
5.根据权利要求1所述的一种继电器触点稳定时间测量装置，其特征在于：所述的负载单元(2)由5V直流电源、100Ω精密电阻、1Ω精密电阻构成，1Ω精密电阻的高电位端与被测继电器转换触点连接，被测继电器的常开触点与常闭触点短接在一起后与1Ω精密电阻的低电位端连接；在继电器触点开路时，触点两端负载电压等于1Ω精密电阻两端的电压50mV，当继电器触点短路时1Ω精密电阻被短路，5V直流电源、100Ω精密电阻、被测继电器触点组成电流回路，回路电流为50mA。
6.根据权利要求1所述的一种继电器触点稳定时间测量装置，其特征在于：所述的信号调理单元(3)由滤波模块和运放模块构成；滤波部分由滤波电容构成，对触点压降信号进行必要的滤波降噪；运放模块分为两级放大，第一级放大电路由LF356及其外围元件构成，第二级放大电路由AD620及其外围元件构成；触点压降经过滤波，滤波模块的输出作为第一级运放的输入，第一级运放的输出连接数据采集单元的AD输入端；每一组触点压降分成两路信号进行不同倍数的放大处理；每一组触点需要两个信号调理单元，其中一个对触点压降进行低倍放大用于稳定时间的起点判定，另一个进行高倍放大用于稳定时间终点的判定。
7.根据权利要求1所述的一种继电器触点稳定时间测量装置，其特征在于：所述的FPGA逻辑时序单元(7)由EPC3T144、EPCS1及其外围电路构成；EPCS1是EPC3T144的配置芯片，与EPC3T144连接用于存储EPC3T144的程序；EPC3T144与主控单元ARM处理器通过IO口连接，与数据采集单元AD采集控制端也通过IO口连接，同时EPC3T144采用IO口模拟地址总线与ARM处理器和缓存RAM连接，EPC3T144经ARM触发后产生AD采集控制信号和缓存地址信号，控制数据采集的进行。
8.根据权利要求1所述的一种继电器触点稳定时间测量装置，其特征在于：所述的数据采集单元(4)由AD芯片、缓存RAM及其外围电路构成；AD芯片的采集端与信号调理单元第二级运放的输出连接，采集控制端与FPGA逻辑时序单元EPC3T144的IO连接，AD的输出与缓存RAM的数据端口连接，缓存RAM的地址线与地址总线相连；该单元在FPGA逻辑时序单元的控制下实现触点压降信号的采集和存储。
9.一种继电器触点稳定时间的测量方法，其特征在于：继电器触点稳定时间的测量方法步骤如下：
继电器线圈电压28V，具有两组转换触点；
步骤一：将继电器线圈接在测量装置线圈驱动单元的输出端口，两组转换触点与分别与两组负载单元输出端口高电位端连接，常闭触点与常开触点短接后与分别与两组负载单元输出端口低电位端连接；
步骤二：按下键盘上的设置键，液晶屏显示设置界面；在触点组数处输入2，在线圈电压处输入28，报警上限处输入400，报警下限处输入200；设置完毕按确认键退出；人机交互单元C8051F单片机的程序根据输入参数调整DA输出值为0.7V；线圈驱动单元功率放大电路对DA信号放大40倍得到28V额定线圈电压；
步骤三：按下测量键；
步骤四：C8051F单片机将测量指令发送给主控单元ARM处理器；ARM处理器对测量指令解析后发出控制信号，控制线圈驱动单元水银继电器闭合，从而输出28V直流电压给被测继电器线圈；被测继电器动作；
步骤五：信号调理单元将触点压降进行滤波去噪处理；运放模块将触点压降进行两级放大；每一组触点压降对应两组信号调理单元，其中一组对触点压降放大90倍，另一组放大1500倍；
步骤六：FPGA逻辑时序单元输出25000个AD采集信号对触点压降进行25ms采集，采集数据暂存在缓存RAM中；每组触点压降经90倍和1200倍放大后对应的两组采集数据，分别暂存在两片RAM中；
步骤七：主控单元读取缓存中的数据并进行处理；每组触点对应两组数据，触点压降放大90倍的一组数据，触点最大压降为开路电压50mV，经90倍放大后约4.5V仍在AD采集范围内，该组数据保留了触点压降的全部波形，ARM程序通过分析该组数据找到该继电器两组触点稳定时间的起点即继电器动作时间分别为1127、1136μs；触点压降经1500倍放大的一组数据中触点压降大部分进入了运放的饱和区，只有触点动态电阻接近静态电阻时的压降放大后约为3.5V在AD采集范围内，ARM程序通过对该组数据分析判定该继电器两组触点稳定时间终点分别为1488μs、1491μs，ARM程序将每组触点的两个数据做差得到此次测量两组触点的稳定时间分别为361μs、355μs；
步骤八：主控单元求出测量结果后通过串口线传送给人机交互单元并在液晶屏上显示。
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