CN102680756B - 一种复合功能电子测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合功能电子测量方法，其包括以下步骤：(1)设置一电子测量仪，在其内部设置相互连接的功能测试单元和中央处理单元；(2)在所述的功能测试单元内设置万用表测试模块，漏电开关检测模块和谐波分析模块；(3)设置一软件控制平台；(4)加电开始工作，功能测试单元开始采集信息源所发出的信息，待功能测试单元采集完信息后，将信息传输至中央处理单元，经中央处理单元处理后，将信息输出。本发明还公开了实现上述方法的复合功能电子测量装置。本发明集万用表、漏电开关检测仪和谐波分析仪于一体，使得测试更加方便、快捷，且携带方便，结合本发明的附加功能，使得使用更加智能化，更大大提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明属于电子信息领域，涉及电子测量技术，具体涉及一种复合功能电子测量方法以及实现该方法的复合功能电子测量装置。
背景技术
在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。直流输电、大功率单相整流技术在工业部门和用电设备上的广泛应用。导致电流波形畸变和三相不平衡日益严重，成为影响电能质量的重要因素。冲击性功率负荷(如电弧炉、直流输电换流站)投入电网运行后，会使电网电压发生波动，从而严重地干扰了电网中波动敏感负荷如照明、计算机、精密电子仪器等的正常运转。众多基于计算机，微处理器控制的精密电子和电力电子装置在电力系统大量使用，对供电质量的敏感程度越来越高，他们对系统干扰比机电设备更敏感，因此对电能质量的要求也更高。一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障，重则造成整个系统的损坏，由此带来的损失是难以估量的。另外，大量为提高生产效率，节约能源和减小环境污染而采用的基于电力电子技术的现代化设备正成为电能质量问题的主要来源。所以，这些问题需要谐波分析仪来辅助解决。
在生活中，用电安全已成为人们经常谈论的话题，生活用电电压为220V，人们在用电的过程中，由于种种原因会发生漏电现象，所以，一些厂商便发明了一系列的漏电开关，以防止因漏电而对人们产生危害。而有些在安装漏电开关的过程中，由于错误接线或漏电开关不合格，同样会对人们的人身和财产安全造成危害，所以，这时便要用到漏电开关检测仪。
目前市场上的万用表、RCD(漏电开关)检测仪和谐波分析仪都是独立的，而我们的电力和质检部门等在实际检测和使用时，除了检测漏电开关是否合格外，往往还要进行电网的谐波分析以及万用表的测试(包括电压，频率，通断，电流，电容，电压等)，这样需要选取不同功能的各种不同电子测量仪表，无法把不同的功能测量集成于一种仪表上，使其测量过程比较繁琐，测量劳动强度大，增加测量成本，给测量带来很多不便，且多个单一功能的测量仪表不但造价昂贵而且携带不便。
所以，开发一种集漏电开关检测功能、谐波分析功能和万用表功能于一体的仪表，就成为较为迫切的需要。
发明内容
本发明的目的是为了有效解决测量仪表功能单一问题，同时结合目前市场上万用表、漏电开关检测仪和谐波分析仪而开发一种复合功能电子测量方法及装置，该电子测量方法及装置，具有智能化高，精确度高，使用方便、快捷的特点。
本发明为实现上述目的所采用的技术方法为：
一种复合功能电子测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)设置一电子测量仪，在其内部设置相互连接的一功能测试单元和一中央处理单元；
(2)在所述的功能测试单元内设置一万用表测试模块，一漏电开关检测模块和一谐波分析模块；
(3)设置一软件控制平台，内置于所述的中央处理单元内；
(4)加电开始工作，所述的功能测试单元开始采集信息源所发出的信息时，首先，由软件控制平台根据预先设置好的程序，对功能测试单元进行测试选择，待功能测试单元采集完信息后，将信息传输至中央处理单元，经中央处理单元处理后，将信息输出。
所述的步骤(1)中还包括：在所述的电子测量仪上设置一功能转换旋钮；
所述的步骤(2)还包括：在所述的万用表测试模块内设置相互连接的一功能选择模块，一信号调理模块和一数字万用表专用芯片(ASIC)；在所述的漏电开关检测模块内设置相互连接的一电压检测模块，一高速ADC模块，一触发电流产生模块，一信号跟随模块和一DAC模块；在所述的谐波分析模块内设置相互连接的一功能选择模块，一信号调理模块，一基频测试模块，高速ADC采集模块和数据存储模块；
所述的步骤(3)还包括：当功能转换旋钮选择万用表测试功能时，所述的功能选择模块，根据用户的选择，提供相应的测试功能，然后通过对信息源进行采集，经信号调理模块对采集的信号进行预处理后，传输至ASIC中，然后通过ASIC与中央处理单元进行通信和处理后，输出信号；当功能转换旋钮选择漏电开关检测功能时，所述的信号跟随模块跟随外部电网(230V/50Hz)的信号，中央处理单元根据信号跟随模块发回的信息，发送数字信号给DAC模块，DAC模块输出交流信号，去控制电子负载，使其输出相应漏电电流，在D/A转换刚开始时，中央处理单元的定时器开始计时，直到漏电开关跳闸(触发)后结束计时；当功能转换旋钮选择谐波分析功能时，谐波信号经信号调理模块后得到基波信号的频率，该信号经基频测试模块后，传输至中央处理单元，中央处理单元根据基波频率得到相应的采样频率，然后通过中央处理单元，算出相应的谐波大小和其他参数后，输出结果。
在所述步骤(2)中的功能测试单元内，还设置有漏电开关检测前接线检查功能模块，该功能通过3个LED指示灯来指示，是否连接正确；当P-EGREEN(绿)LED指示灯和P-N GREEN(绿)LED指示灯亮而RED(红)LED指示灯不亮时，说明接线是正确的，否则接线不正确。
所述步骤(3)还包括在所述的软件控制平台中设置HOLD(数据保持)，MAX/MIN(最大/最小值)，RANGE(切换自动和手动量程)，LIGHT(背光)，SAVE(存储)，RECALL(读存储的数据)和LOCK(漏电开关锁定测试功能)附加功能模块。
步骤(1)中所述的中央处理单元包括数据运算模块和中央控制模块，所述的数据运算模块对各测试模块所采集到的信号数据，通过FFT算法进行运算；所述的中央控制模块通过对软件程序的调用和执行，来实现对各测试功能的智能化转换和对数据运算结果的处理。
一种实施上述方法的复合功能电子测量装置，其包括电子测量仪本体，其特征在于，在所述的电子测量仪本体内部设有相互连接的一功能测试单元和一中央处理单元；在所述的功能测试单元内设有一万用表测试模块，一漏电开关检测模块和一谐波分析模块；所述的功能测试单元开始采集信息源所发出的信息时，对功能测试单元进行测试选择，待功能测试单元采集完信息后，将信息传输至中央处理单元，经中央处理单元处理后，将信息输出。
所述的软件控制平台中分别设有如下附加功能模块：HOLD数据保持，MAX/MIN最大/最小值，RANGE切换自动和手动量程，LIGHT背光，SAVE存储，RECALL读存储数据和LOCK漏电开关锁定测试模块。
所述的电子测量仪本体上设有一功能转换旋钮以及多个附加功能按键。
在所述的万用表测试模块内设有相互连接的功能选择模块，信号调理模块和一数字万用表专用芯片(ASIC)；在所述的漏电开关检测模块内设有相互连接的电压检测模块，高速ADC模块，触发电流产生模块，信号跟随模块和DAC模块；在所述的谐波分析模块内设有相互连接的功能选择模块，信号调理模块，基频测试模块，高速ADC采集模块和数据存储模块。
所述的中央处理模块包括DSP数据处理芯片、嵌入式ARM控制芯片和FPGA可编程逻辑器件。
所述的电子测量仪本体侧面还设有USB通信接口。
所述的万用表测试功能模块包括交流电压测试功能，直流电压测试功能，电阻测试功能，二极管测试功能，通断蜂鸣测试功能，电容测试功能，温度测试功能，频率测试功能，交流电流测试功能和直流电流测试功能；所述的漏电开关检测功能模块包括动作(跳闸)时间测试功能和动作(跳闸)电流测试功能；所述的谐波分析功能模块包括对谐波的1～21次分析功能。
本发明将万用表、漏电开关检测仪和谐波分析仪结为一体，使得使用者在检测漏电开关是否合格、对谐波的分析和其他功能测试时，无需使用三个测量仪器，而使用本发明就能达到测量目的，而且结合附加功能，从而能够实现测量的准确、方便和快捷。
附图说明
图1为本发明的硬件功能模块组成结构示意图；
图2为本发明的软件控制流程图；
图3为本发明的软件控制平台示意图；
图4为本发明的万用表功能测试流程图；
图5为本发明的漏电开关检测流程图；
图6为本发明的谐波分析流程图。
具体实施方式
实施例：参见图1至图6，本实施例提供的一种复合功能电子测量方法，其包括以下步骤：
(1)设置一电子测量仪，在其内部设置相互连接的一功能测试单元和一中央处理单元；在所述的电子测量仪上设置一功能转换旋钮；
其还包括在所述的中央处理单元设置一数据运算模块和一中央控制模块，所述的数据运算模块对各测试模块所采集到的信号数据，通过FFT算法进行运算；所述的中央控制模块通过对软件程序的调用和执行，来实现对各测试功能的智能化转换和对数据运算结果的处理；
(2)在所述的功能测试单元内设置一万用表测试模块，一漏电开关检测模块和一谐波分析模块；在所述的万用表测试模块内设置相互连接的一功能选择模块，一信号调理模块和一数字万用表专用芯片(ASIC)；在所述的漏电开关检测模块内设置相互连接的一电压检测模块，一高速ADC模块，一触发电流产生模块，一信号跟随模块和一DAC模块；在所述的谐波分析模块内设置相互连接的一功能选择模块，一信号调理模块，一基频测试模块，高速ADC采集模块和数据存储模块；
在所述步骤(2)中的功能测试单元内，设置一漏电开关检测前接线检查功能模块，该功能通过3个LED指示灯来指示，是否连接正确；当P-E GREEN(绿)LED指示灯和P-N GREEN(绿)LED指示灯亮而RED(红)LED指示灯不亮时，说明接线是正确的，否则接线不正确；
(3)设置一软件控制平台，内置于所述的中央处理单元内；
在所述的软件控制平台内分别设置HOLD(数据保持)，MAX/MIN(最大/最小值)，RANGE(切换自动和手动量程)，LIGHT(背光)，SAVE(存储)，RECALL(读存储的数据)和LOCK(漏电开关锁定测试功能)等附加功能模块；
当功能转换旋钮选择万用表测试功能时，所述的功能选择模块，根据用户的选择，提供相应的测试功能，然后通过对信息源进行采集，经信号调理模块对采集的信号进行预处理后，传输至ASIC中，然后通过ASIC与中央处理单元进行通信和处理后，输出信号；当功能转换旋钮选择漏电开关检测功能时，所述的信号跟随模块跟随外部电网(230V/50Hz)的信号，中央处理单元根据信号跟随模块发回的信息，发送数字信号给DAC模块，DAC模块输出交流信号，去控制电子负载，使其输出相应漏电电流，在D/A转换刚开始时，中央处理单元的定时器开始计时，直到漏电开关跳闸(触发)后结束计时；当功能转换旋钮选择谐波分析功能时，谐波信号经信号调理模块后得到基波信号的频率，该信号经基频测试模块后，传输至中央处理单元，中央处理单元根据基波频率得到相应的采样频率，然后通过中央处理单元，算出相应的谐波大小和其他参数后，输出结果；
(4)加电开始工作，所述的功能测试单元开始采集信息源所发出的信息时，首先，由软件控制平台根据预先设置好的程序，对功能测试单元进行测试选择，待功能测试单元采集完信息后，将信息传输至中央处理单元，经中央处理单元处理后，将信息输出。
一种实施上述方法的复合功能电子测量装置，其包括电子测量仪本体，在所述的电子测量仪本体内部设有相互连接的一功能测试单元和一中央处理单元；在所述的功能测试单元内设有一万用表测试模块，一漏电开关检测模块和一谐波分析模块；所述的功能测试单元开始采集信息源所发出的信息时，对功能测试单元进行测试选择，待功能测试单元采集完信息后，将信息传输至中央处理单元，经中央处理单元处理后，将信息输出。
所述的软件控制平台中分别设有如下附加功能模块：HOLD数据保持，MAX/MIN最大/最小值，RANGE切换自动和手动量程，LIGHT背光，SAVE存储，RECALL读存储的数据和LOCK漏电开关锁定测试模块。
所述的电子测量仪本体上设有一功能转换旋钮，及如下多个附加功能按键：HOLD数据保持，MAX/MIN最大/最小值，RANGE切换自动和手动量程，LIGHT背光，SAVE存储，RECALL读存储的数据和LOCK漏电开关锁定测试按键。
所述的万用表测试模块内分别设有相互连接的功能选择模块，信号调理模块和一数字万用表专用芯片(ASIC)；在所述的漏电开关检测模块内设有相互连接的电压检测模块，高速ADC模块，触发电流产生模块，信号跟随模块和DAC模块；在所述的谐波分析模块内设有相互连接的功能选择模块，信号调理模块，基频测试模块，高速ADC采集模块和数据存储模块。
所述的中央处理模块包括DSP数据处理芯片、嵌入式ARM控制芯片和FPGA可编程逻辑器件。
所述的电子测量仪本体侧面还设有USB通信接口。
本电子测量装置可通过USB通信模块与PC机连接，在PC机上运行虚拟数字多用表软件；USB控制欲数据采集模块的多路数字量输出单元产生测量转换和量程转换所需要的控制信号，多路模拟量通过A/D转换器转换后，经USB总线传输到PC机，经过PC机软件的数据处理，在PC机上显示被测量的数据。
本发明的方法及装置主要功能测量范围：交流电压为0V～1000V，频率响应为45Hz～1000Hz，测量精度为±(2％+3)；直流电压为0～1000V，测量精度为±(2％+3)；交流电流为0～1A，频率响应为45Hz～1000Hz，测量精度为±(2％+5)；直流电流为0～1A，测量精度为±(2％+3)；电阻为0～40MΩ，测量精度为±(1％+3)；电容为0～1000μF，测量精度为±(3％+5)；频率为0.01Hz～1MHz，测量精度为±(0.1％+3)；温度为-40℃～1000℃，测量精度为±(3％+5)。
本发明的漏电开关测试功能测量范围：漏电开关测试分为3档：*1/2档，*1档和*5档；额定动作(跳闸)电流为10/20/30/100/300mA；故障动作(跳闸)时间范围：*1/2档：0～2000mS，*1档：0～2000mS，*5档：0～40mS；动作(跳闸)电流精度：*1/2档：-8％～0％*1档和*5档：0％～+8％；动作(跳闸)时间精度：±2％rdg±2dgt；相位角度选择：测试可选择从正的(0°)或从负的(180°)半周开始测试。本发明的谐波分析功能测量范围：谐波分析电压范围：30V～600V；谐波分析电流范围：5A～100A；谐波分析频响(基波频率)：50Hz～60Hz；测试精度：1次谐波：±(3％+10)；2～6次谐波：±(3.5％+10)；7～8次谐波：±(4.5％+10)；9～10次谐波：±(5％+10)；11～15次谐波：±(7％+10)；16～21次谐波：±(10％+10)。
本发明的优点是：本发明提供的方法及装置集万用表、漏电开关检测仪和谐波分析仪的功能于一体，使得测试更加方便、快捷，装置的体积更小、集成度更高，结合本发明提供的多种附加功能，使得测量方法及装置使用更加智能化，且大大提高了测量精度，携带方便，同时也节约了购买成本。
但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种复合功能电子测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)设置一电子测量仪，在其内部设置相互连接的一功能测试单元和一中央处理单元；
(2)在所述的功能测试单元内设置一万用表测试模块，一漏电开关检测模块和一谐波分析模块；
(3)设置一软件控制平台，内置于所述的中央处理单元内；
(4)加电开始工作，所述的功能测试单元开始采集信息源所发出的信息时，首先，由软件控制平台根据预先设置好的程序，对功能测试单元进行测试选择，待功能测试单元采集完信息后，将信息传输至中央处理单元，经中央处理单元处理后，将信息输出；
所述的步骤(1)中还包括：在所述的电子测量仪上设置一功能
转换旋钮；
所述的步骤(2)还包括：在所述的万用表测试模块内设置相互连接的一万用表测试功能选择模块，一信号调理模块和一数字万用表专用芯片ASIC；在所述的漏电开关检测模块内设置相互连接的一电压检测模块，一高速ADC模块，一触发电流产生模块，一信号跟随模块和一DAC模块；在所述的谐波分析模块内设置相互连接的一谐波分析功能选择模块，一信号调理模块，一基频测试模块，高速ADC采集模块和数据存储模块；
所述的步骤(3)还包括：当功能转换旋钮选择万用表测试功能时，所述的万用表测试功能选择模块，根据用户的选择，提供相应的测试功能，然后通过对信息源进行采集，经信号调理模块对采集的信号进行预处理后，传输至ASIC中，然后通过ASIC与中央处理单元进行通信和处理后，输出信号；当功能转换旋钮选择漏电开关检测功能时，所述的信号跟随模块跟随外部电网的信号，中央处理单元根据信号跟随模块发回的信息，发送数字信号给DAC模块，DAC模块输出交流信号，去控制电子负载，使其输出相应漏电电流，在D/A转换刚开始时，中央处理单元的定时器开始计时，直到漏电开关跳闸即触发后结束计时；当功能转换旋钮选择谐波分析功能时，谐波信号经信号调理模块后得到基波信号的频率，该信号经基频测试模块后，传输至中央处理单元，中央处理单元根据基波频率得到相应的采样频率，然后通过中央处理单元，算出相应的谐波大小和其他参数后，输出结果。
2.根据权利要求1所述的复合功能电子测量方法，其特征在于，还包括在所述步骤(2)中的功能测试单元内，设置一漏电开关检测前接线检查功能模块，该功能通过3个LED指示灯来指示，是否连接正确；当P-E GREEN(绿)LED指示灯和P-N GREEN(绿)LED指示灯亮而RED(红)LED指示灯不亮时，说明接线是正确的，否则接线不正确。
3.根据权利要求1所述的复合功能电子测量方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括在所述的软件控制平台中设置如下附加功能模块：HOLD数据保持，MAX/MIN最大/最小值，RANGE切换自动和手动量程，LIGHT背光，SAVE存储，RECALL读存储的数据和LOCK漏电开关锁定测试模块。
4.根据权利要求1所述的复合功能电子测量方法，其特征在于，步骤(1)还包括在所述的中央处理单元中设置数据运算模块和中央控制模块，所述的数据运算模块对各测试模块所采集到的信号数据，通过FFT算法进行运算；所述的中央控制模块通过对软件程序的调用和执行，来实现对各测试功能的智能化转换和对数据运算结果的处理。
5.一种实施权利要求1-4之一所述方法的复合功能电子测量装置，其包括电子测量仪本体，其特征在于，在所述的电子测量仪本体内部设有相互连接的一功能测试单元和一中央处理单元；在所述的功能测试单元内设有一万用表测试模块，一漏电开关检测模块和一谐波分析模块；所述的功能测试单元开始采集信息源所发出的信息时，对功能测试单元进行测试选择，待功能测试单元采集完信息后，将信息传输至中央处理单元，经中央处理单元处理后，将信息输出，所述的万用表测试模块内设有相互连接的功能选择模块，信号调理模块和一数字万用表专用芯片ASIC；所述的漏电开关检测模块内设有相互连接的电压检测模块，高速ADC模块，触发电流产生模块，信号跟随模块和DAC模块；所述的谐波分析模块内设有相互连接的功能选择模块，信号调理模块，基频测试模块，高速ADC采集模块和数据存储模块。
6.根据权利要求5所述的复合功能电子测量装置，其特征在于，所述的软件控制平台中分别设有如下附加功能模块：HOLD数据保持，MAX/MIN最大/最小值，RANGE切换自动和手动量程，LIGHT背光，SAVE存储，RECALL读存储的数据和LOCK漏电开关锁定测试模块。
7.根据权利要求6所述的复合功能电子测量装置，其特征在于，所述的电子测量仪本体上设有一功能转换旋钮，及如下多个附加功能按键：HOLD数据保持，MAX/MIN最大/最小值，RANGE切换自动和手动量程，LIGHT背光，SAVE存储，RECALL读存储数据和LOCK漏电开关锁定测试按键。
8.根据权利要求5所述的复合功能电子测量装置，其特征在于，所述的中央处理单元包括DSP数据处理芯片、嵌入式ARM控制芯片和FPGA可编程逻辑器件。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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