CN105021973B - 一种数显式电容放电器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数显式电容放电器及检测方法，该数显式电容放电器包括电容充放电模块的电源输入端与电源输入模块的电源输出端相连，电容充放电模块的电源输出端与负载电阻相连，控制器与电容充放电模块的控制端相连，实现电容的充电和放电，显示模块的显示信号输入端与控制器的显示信号输出端相连，采集模块的的采集信号输出端与控制器相连，显示模块显示采集模块采集的电容充放电模块的电压、放电电流、负载电阻之一或者任意组合；旋转编码器的输出端与控制器的编码输入端相连，控制器根据旋转编码器输出的信号，控制电源输入模块输出电压。本发明能够很好的模拟数码电子雷管芯片放电过程，快捷的获取试验所需要的数据。

Description

一种数显式电容放电器及检测方法

技术领域

本发明涉及一种电容放电装置，特别是涉及一种数显式电容放电器及检测方法。

背景技术

数码电子雷管以电子延期电路取代传统化学药剂延期，属于民用爆破器材的高尖端产品，与普通延期电雷管相比，其主要特点是安全性好、延时精度高、段间隔时间小等优点。

在开发与检测电子延期电路时，需要通过大量电容放电的试验，获取可靠的试验数据，需要随时知道负载引火药电阻，用以检测引火药与电子延期电路的匹配度以及推进数码电子雷管的工程应用。

随着微电子技术不断的发展，传统的电容放电仪已不能满足试验需求，目前试验用的电容放电仪器体积较大，操作不便；功能单一，不能显示所需要的放电电压值和测量负载电阻值，不能同时快捷获得更多有效的试验数据。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种数显式电容放电器及检测方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种数显式电容放电器，包括控制器、电容充放电模块、电源输入模块、采集模块和显示模块，所述电容充放电模块的电源输入端与所述电源输入模块的电源输出端相连，所述电容充放电模块的电源输出端与负载电阻相连，所述控制器的电容充放电控制端与所述电容充放电模块的充放电控制端相连，实现电容的充电和放电，所述显示模块的显示信号输入端与所述控制器的显示信号输出端相连，所述采集模块的的采集信号输出端与所述控制器的采集信号输入端相连，所述显示模块显示显示所述采集模块采集的所述电容充放电模块的电压、放电电流、负载电阻之一或者任意组合。

本发明能够很好的模拟数码电子雷管芯片放电过程，快捷的获取试验所需要的数据。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括旋转编码器，所述旋转编码器的输出端与所述控制器的编码输入端相连，所述控制器根据所述旋转编码器输出的信号，控制所述电源输入模块输出电压。

通过旋转旋转编码器，控制器接收到旋转编码器输出的脉冲信号，控制器根据接收到的旋转编码器的脉冲信号，相应的输出脉冲信号给电源输入模块，对应的电源输入模块输出电压值，能够准确的调节输出电压的高低，并且采集模块采集的电压信号，控制器通过显示模块将电压、电流及负载电阻之一清晰的显示出来，更加直观。

在本发明的一种优选实施方式中，所述电源输入模块包括稳压器及数字电位器，所述稳压器的输出端与所述数字电位器的一端相连，所述稳压器的调节端分别与第一电阻的一端及第二电阻的一端相连，所述稳压器的输入端与第一电源相连，所述第一电阻的另一端与地相连，所述第二电阻的另一端与所述数字电位器的第二端相连，所述数字电位器的控制端与所述控制器的电压控制端相连。该电路简单，能够输出不同类别的电压值。

在本发明的一种优选实施方式中，所述电容充放电模块包括电容，所述电容的一端分别与第一三极管的发射极及场效应管的漏极相连，所述电容的另一端与地相连，所述第一三极管的基极与所述控制器的充电控制端相连，所述场效应管的栅极与所述控制器的放电控制端相连。当充电时，控制器的充电控制端为高电平，充电开关导通给电容充电；放电时，控制器的充电控制端为低，放电控制端为高电平，充电开关断开，放电开关导通，电容放电。电路简单，易于控制。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括第二三极管，所述第二三极管的基极及集电极串联在所述控制器的放电控制端及所述场效应管的栅极之间，所述第二三极管的发射极与第二电源相连。

在本发明的一种优选实施方式中，所述采集模块还包括电流采集模块，所述电流采集模块包括电容放电电流采集模块，所述电容放电电流采集模块包括第一放大器，所述第一放大器的正相输入端与第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端与电容的一端相连；所述第一放大器的反相输入端分别与第四电阻的一端及第五电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端与所述第一放大器的输出端相连，所述第五电阻的另一端与所述电容的另一端相连，所述第一放大器的输出端与所述控制器的电容放电电流采集端相连。检测电容两端的电流值大小。

在本发明的一种优选实施方式中，所述电流采集模块还包括电路电流采集模块，所述电路电流采集模块包括采样电阻，所述采样电阻与所述负载电阻串联，所述采样电阻的一端与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与第二放大器的正相输入端相连，所述采样电阻的另一端与第七电阻的一端相连，所述第七电阻的另一端分别与所述第二放大器的反相输入端及第八电阻的一端相连，所述第二放大器的输出端分别与所述控制器的电路电流采集端及所述第八电阻的另一端相连。采集采样电阻(已知采样电阻的阻值)的电压值，获取该电路上的电流值。

在本发明的一种优选实施方式中，所述采集模块包括负载电阻检测模块，所述负载电阻检测模块包括继电器及电流源，所述继电器的第一输出回路与采样电阻串联，所述继电器的第二输出回路的一端与电流源相连，所述继电器的输入回路的一端与所述第三电源相连，所述继电器的输入回路的另一端与第三三极管的集电极相连，所述第三三极管的发射极与地相连，所述第三三极管的基极与所述控制器的继电器控制端相连，第三放大器的反相输入端分别与第十电阻的一端及第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端与所述负载电阻的一端相连，所述第三放大器的正相输入端相连与第十二电阻的一端相连，所述第十二电阻的另一端与所述负载电阻的另一端相连，所述第三放大器的输出端分别与所述第十电阻的另一端及所述控制器的负载电阻检测端相连。通过恒定的电流源，获取负载电阻的阻值。

在本发明的一种优选实施方式中，所述采集模块还包括电压采集模块，所述电压采集模块与所述电源输入模块的电源输出端并联，所述电压采集模块包括第四放大器，所述第四放大器的反相输入端与所述第四放大器的输出端相连，所述第四放大器的正相输入端与第十四电阻的一端相连，所述第十四电阻的一端与地之间连接有第十三电阻，第十四电阻的另一端与电容的正极相连，第四放大器的输出端通过第十六电阻与控制器的电压信号输入端相连。使用电压跟随器实现电路隔离能够将电路安全的隔离出来，并且能够通过控制器检测输入电压压值。

本发明公开了一种数显式电容放电器的检测方法，包括以下步骤：

S1,开始，初始化控制器；

S2，负载电阻阻值采集：控制器控制继电器开关使继电器的第一输出回路闭合，负载电阻检测模块检测负载电阻值，所述负载检测模块为权利要求1中限定的负载电阻检测模块；

S3，电路电压采集：控制器控制继电器开关使继电器的第二输出回路闭合，充电开关闭合，放电开关断开，调节旋转编码器，电容充电，电容电压采集模块采集电容电压值U_电容，所述电容电压采集模块为权利要求8中限定的电压采集模块；

S4，充电开关断开，放电开关闭合，电容放电，电容放电电流采集模块采集电容放电电流值，所述电容放电电流采集模块为权利要求6中限定的电容放电电流采集模块；

S5，显示负载电阻阻值R_负载、电容电压值U_电容及电容放电电流；

S6，重新调节旋转编码器，返回步骤S3。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明能够很好的模拟了数码电子雷管芯片放电过程，很方便、快捷的获取试验所需要的数据。

附图说明

图1是本发明电路结构示意图。

图2是本发明电容放电电流采集模块电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供了一种数显式电容放电器，如图1所示，包括控制器、电容充放电模块、电源输入模块、采集模块和显示模块，在本实施方式中，控制器为单片机。电容充放电模块的电源输入端与电源输入模块的电源输出端相连，电容充放电模块的电源输出端与负载电阻相连，控制器的电容充放电控制端与电容充放电模块的充放电控制端相连，实现电容的充电和放电，显示模块的显示信号输入端与控制器的显示信号输出端相连，采集模块的的采集信号输出端与控制器的采集信号输入端相连，显示模块显示显示采集模块采集的电容充放电模块的电压、放电电流、负载电阻之一或者任意组合；还包括旋转编码器，在本实施方式中，也可以采用两个按键，一个按键为增加电压键，另一个为降低电压键。旋转编码器的输出端与控制器的编码输入端相连，控制器根据旋转编码器输出的信号，控制电源输入模块输出电压。

在本实施方式中，控制器根据旋转编码器输出的信号，控制电源输入模块输出电压，属于现有技术，例如旋转编码器顺时针旋转，控制器输出的脉冲信号使电压调节模块输出的电压调高，反之逆时针旋转使电压调节模块输出的电压调低。也可以采用按键代替旋转编码器。

在本发明的一种优选实施方式中，电源输入模块包括稳压器及数字电位器，稳压器的输出端与数字电位器的一端相连，稳压器的调节端分别与第一电阻的一端及第二电阻的一端相连，稳压器的输入端与第一电源相连，第一电阻的另一端与地相连，第二电阻的另一端与数字电位器的第二端相连，数字电位器的控制端与控制器的电压控制端相连。在本实施方式中，稳压器不限于采用LM317，也可以采用其他类型的稳压器，数字电位器也不限于采用X9313，可以采用其它类型的数字电位器，其具体连接方式为：X9313的端与控制器的第一一控制端相连，端与控制器的第一二控制端相连，V_H端与LM317的输出端相连，V_SS端、V_L端及第一电阻的另一端分别与地相连，V_L端也可以与负电源端相连，与低电平相连，V_W端与负载电阻的一端相连，LM317的输入端与开关电源相连，LM317的调整端分别与第一电阻的一端及第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端及X9313的V_CC端均电源端相连，其中控制器的电压控制端包括第一一控制端及第一二控制端，第一电阻或第二电阻为滑变电阻。

在本发明的一种优选实施方式中，电容充放电模块包括电容，电容的一端分别与第一三极管的发射极及场效应管的漏极相连，电容的另一端与地相连，第一三极管的基极与控制器的充电控制端相连，场效应管的栅极与控制器的放电控制端相连，第一三极管的集电极与电源输入模块的电源输出端相连，场效应管的源极与负载电阻相连。在本实施方式中，还包括第二三极管，第二三极管的基极及集电极串联在控制器的放电控制端及场效应管的栅极之间，第二三极管的发射极与第二电源相连。

在本发明的一种优选实施方式中，如图2所示，采集模块包括还电流采集模块，电流采集模块包括电容放电电流采集模块，所述电容放电电流采集模块包括第一放大器，第一放大器的正相输入端与第三电阻的一端相连，第三电阻的另一端与电容的一端相连；第一放大器的反相输入端分别与第四电阻的一端及第五电阻的一端相连，第四电阻的另一端与第一放大器的输出端相连，第五电阻的另一端与电容的另一端相连，第一放大器的输出端与控制器的电容电压采集端相连。

在本实施方式中，第一放大器的正相输入端还通过第十五电阻与第四电源相连，第一放大器的输出端通过第九电阻连接控制器。

该电路还可以包括第一电容，第一电容的一端与地相连，第一电容的另一端与第一放大器的输出端相连，用于滤波。

在本实施方式中，第三电阻、第四电阻、第五电阻、第九电阻、第十五电阻的阻值依次为5.1KΩ、100KΩ、5.1KΩ、1KΩ、100KΩ，第一电容的为100nF，这样的组合使电流采集值更准确。

在本发明的一种优选实施方式中，电流采集模块还包括电路电流采集模块，电路电流采集模块包括采样电阻，采样电阻与负载电阻串联，采样电阻的一端与第六电阻的一端相连，第六电阻的另一端与第二放大器的正相输入端相连，采样电阻的另一端与第七电阻的一端相连，第七电阻的另一端分别与第二放大器的反相输入端及第八电阻的一端相连，第八电阻的另一端分别与第二放大器的输出端及控制器的电路电流采集端相连。

在本发明的一种优选实施方式中，采集模块还包括负载电阻检测模块，负载电阻检测模块包括继电器及电流源，在本实施方式中，继电器为两个输出回路，并且为单刀双掷型。继电器的第一输出回路与采样电阻串联，继电器的第二输出回路的一端与电流源相连，继电器的输入回路的一端与第三电源相连，继电器的输入回路的另一端与第三三极管的集电极相连，第三三极管的发射极与地相连，第三三极管的基极与控制器的继电器控制端相连，第三放大器的反相输入端分别与第十电阻的一端及第十一电阻的一端相连，第十一电阻的另一端与负载电阻的一端相连，第三放大器的正相输入端相连与第十二电阻的一端相连，第十二电阻的另一端与负载电阻的另一端相连，第三放大器的输出端分别与第十电阻的另一端及控制器的负载电阻检测端相连。

在本发明的一种优选实施方式中，采集模块还包括电压采集模块，电压采集模块与电源输入模块的电源输出端并联，电压采集模块包括第四放大器，第四放大器的反相输入端与第四放大器的输出端相连，第四放大器的正相输入端与第十四电阻的一端相连，第十四电阻的一端与地之间连接有第十三电阻，第十四电阻的另一端与电容的正极相连，第四放大器的输出端通过第十六电阻与控制器的电压信号输入端相连。其中，第四放大器的型号可以为lm358。在本实施方式中，还包括第二电容，第二电容的一端与地相连，第二电容的另一端与第三放大器的输出端相连，第二电容用于滤波。

在本实施方式中，电容放电电流采集模块的连接位置和数量不是唯一固定，如图1所示，可以设置于电容的两端且位于充电开光和放电开关之间，在充电时，检测充电时的电压，在放电时，检测放电时的电压。也可以在电容两端和继电器输出端分别设置一个电流采集模块，电容两端的电流采集模块用于采集充电时的电容电压，继电器输出端的电流采集模块采集继电器输出的电压值。

在本实施方式中，还包括电源模块，电源模块分别与控制器的电源端、第一电源、第二电源、第三电源及第四电源相连，分别为控制器、第一电源、第二电源及第三电源提供不同类型的电源。例如，电源模块为控制器提供5V的电源电压，为第一电源提供32V的电压，分别为第二电源及第三电源提供5V或者3.3V电压均采用现有技术，在此不作赘述。

本发明还公开了一种数显式电容放电器的检测方法，包括以下步骤：

S1,开始，初始化控制器；

S2，负载电阻阻值采集：控制器控制继电器开关使继电器的第一输出回路闭合，负载电阻检测模块检测负载电阻值，负载检测模块为本发明的负载电阻检测模块。

在本实施方式中，负载电阻值可以根据控制器采集的第三放大器输出的电压求得:R_负载为所求的负载电阻阻值，U_负载为第三放大器采集的负载电阻的电压值，I_电流源为电流源输出的电流值，K₁为第三放大器放大的倍数，R₁₀为第十电阻的阻值，R₁₁为第十一电阻的阻值。

S3，电路电压采集：控制器控制继电器开关使继电器的第二输出回路闭合，充电开关闭合，放电开关断开，调节旋转编码器，电容充电，电容电压采集模块采集电容电压值U_电容，电容电压采集模块为本发明的电压采集模块。

在本实施方式中，电容电压值可以根据控制器采集的第一放大器输出的电压值得到:U_电容为所求的电容电压值，U_测为第一放大器采集的电容的电压值，K₂为第一放大器放大的倍数，R₄为第四电阻的阻值，R₅为第五电阻的阻值。

S4，充电开关断开，放电开关闭合，电容放电，电流采集模块采集电容放电电流值，电容放电电流采集模块为本发明的电容放电电流采集模块。

在本实施方式中，电容放电回路电流可以根据控制器采集的第二放大器输出的电压值得到:I_电路为所求的电容放电回路电流值，U_采样电阻为第二放大器采集的采样电阻的电压值，K₃为第二放大器放大的倍数，R₈为第八电阻的阻值，R₇为第七电阻的阻值。

在本实施方式中，电容放电电流可以根据控制器在单位时间内dt采集的第一放大器输出的电压值得到:C为电容的容值，I_电容为所求的电容放电电流值，dU为第一放大器采集的电容在采集时间内dt的电压变化值，K₄为第一放大器放大的倍数，R₄为第四电阻的阻值，R₅为第五电阻的阻值。其充电电流计算方法与电容放电电流计算方法一致，在此不作赘述。

S5，显示负载电阻阻值R_负载、电容电压值U_电容及电容放电电流。

在本实施方式中，电容放电电流显示至少显示电容放电电流，或者显示电容放电回路电流、充电电流之一或者任意组合的显示。

S6，重新调节旋转编码器，返回步骤S3。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种数显式电容放电器，其特征在于，包括控制器、电容充放电模块、电源输入模块、采集模块和显示模块，所述电容充放电模块的电源输入端与所述电源输入模块的电源输出端相连，所述电容充放电模块的电源输出端与负载电阻相连，所述控制器的电容充放电控制端与所述电容充放电模块的充放电控制端相连，实现电容的充电和放电，所述显示模块的显示信号输入端与所述控制器的显示信号输出端相连，所述采集模块的采集信号输出端与所述控制器的采集信号输入端相连，所述采集模块采集所述电容充放电模块的电压、放电电流、负载电阻，显示模块显示所述电容充放电模块的电压、放电电流、负载电阻之一或者任意组合；

所述采集模块包括负载电阻检测模块，所述负载电阻检测模块包括继电器及电流源，所述继电器的第一输出回路与采样电阻串联，所述采样电阻与所述负载电阻串联，所述继电器的第一输出回路的一端与场效应管的源极连接，第一输出回路的另一端接地，所述继电器的第二输出回路的一端与所述电流源的正极相连，第二输出回路的另一端与所述电流源的负极连接，所述继电器的输入回路的一端与第三电源相连，所述继电器的输入回路的另一端与第三三极管的集电极相连，所述第三三极管的发射极与地相连，所述第三三极管的基极与所述控制器的继电器控制端相连；

第三放大器的反相输入端分别与第十电阻的一端及第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端与所述负载电阻的一端相连，所述第三放大器的正相输入端相连与第十二电阻的一端相连，所述第十二电阻的另一端与所述负载电阻的另一端相连，所述第三放大器的输出端分别与所述第十电阻的另一端及所述控制器的负载电阻检测端相连。

2.根据权利要求1所述的数显式电容放电器，其特征在于，还包括旋转编码器，所述旋转编码器的输出端与所述控制器的编码输入端相连，所述控制器根据所述旋转编码器输出的信号，控制所述电源输入模块输出电压。

3.根据权利要求1所述的数显式电容放电器，其特征在于，所述电源输入模块包括稳压器及数字电位器，所述稳压器的输出端与所述数字电位器的一端相连，所述稳压器的调节端分别与第一电阻的一端及第二电阻的一端相连，所述稳压器的输入端与第一电源相连，所述第一电阻的另一端与地相连，所述第二电阻的另一端与所述数字电位器的第二端相连，所述数字电位器的控制端与所述控制器的电压控制端相连。

4.根据权利要求1所述的数显式电容放电器，其特征在于，所述电容的一端分别与第一三极管的发射极及场效应管的漏极相连，所述电容的另一端与地相连，所述第一三极管的基极与所述控制器的充电控制端相连，所述第一三极管的集电极与所述电源输入模块的电源输出端相连，所述场效应管的源极与负载电阻相连，所述场效应管的栅极与所述控制器的放电控制端相连。

5.根据权利要求4所述的数显式电容放电器，其特征在于，还包括第二三极管，所述第二三极管的基极及集电极串联在所述控制器的放电控制端及所述场效应管的栅极之间，所述第二三极管的发射极与第二电源相连。

6.根据权利要求1所述的数显式电容放电器，其特征在于，所述采集模块还包括电流采集模块，所述电流采集模块包括电容放电电流采集模块，所述电容放电电流采集模块包括第一放大器，所述第一放大器的正相输入端与第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端与电容的一端相连；所述第一放大器的反相输入端分别与第四电阻的一端及第五电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端与所述第一放大器的输出端相连，所述第五电阻的另一端与所述电容的另一端相连，所述第一放大器的输出端与所述控制器的电容放电电流采集端相连。

7.根据权利要求6所述的数显式电容放电器，其特征在于，所述电流采集模块还包括电路电流采集模块，所述电路电流采集模块包括采样电阻，所述采样电阻与所述负载电阻串联，所述采样电阻的一端与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与第二放大器的正相输入端相连，所述采样电阻的另一端与第七电阻的一端相连，所述第七电阻的另一端分别与所述第二放大器的反相输入端及第八电阻的一端相连，所述第八电阻的另一端分别与所述第二放大器的输出端及所述控制器的电路电流采集端相连。

8.根据权利要求1所述的数显式电容放电器，其特征在于，所述采集模块还包括电压采集模块，所述电压采集模块包括第四放大器，所述第四放大器的反相输入端与所述第四放大器的输出端相连，所述第四放大器的正相输入端与第十四电阻的一端相连，所述第十四电阻的一端与地之间连接有第十三电阻，第十四电阻的另一端与电容的正极相连，第四放大器的输出端通过第十六电阻与控制器的电压信号输入端相连。

9.根据权利要求1所述的数显式电容放电器的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1,开始，初始化控制器；

S2，负载电阻阻值采集：控制器控制继电器开关使继电器的第一输出回路闭合，负载电阻检测模块检测负载电阻值，所述负载检测模块为权利要求1中限定的负载电阻检测模块；

S3，电路电压采集：控制器控制继电器开关使继电器的第二输出回路闭合，充电开关闭合，放电开关断开，调节旋转编码器，电容充电，电容电压采集模块采集电容电压值U_电容，所述电容电压采集模块为权利要求8中限定的电压采集模块；

S4，充电开关断开，放电开关闭合，电容放电，电容放电电流采集模块采集电容放电电流值，所述电容放电电流采集模块为权利要求6中限定的电容放电电流采集模块；

S5，显示负载电阻阻值R_负载、电容电压值U_电容及电容放电电流；

S6，重新调节旋转编码器，返回步骤S3。