CN105425183A - 一种电子仪器的校准电路及校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子设备校准领域，提供了一种电子仪器的校准电路及校准装置。本发明所提供的电子仪器的校准电路包括输出控制模块、A/D转换模块、信号转换模块以及微处理器MCU，由所述微处理器MCU根据所述用户操作输出所述调控信号以控制所述输出控制模块输出相应的所述电流信号，由所述A/D转换模块对所述电流信号进行采集与A/D转换处理，并输出所述数字信号至所述信号转换模块，所述信号转换模块根据所述预设协议对所述数字信号进行转换并输出所述电压信号至电子仪器，由所述信号转换模块转发电子仪器所反馈的所述PWM信号至所述微处理器MCU，由所述微处理器MCU根据所述调控信号与PWM信号计算电子仪器的误差并进行校准，提高电子仪器的检测精确度。

Description

一种电子仪器的校准电路及校准装置

技术领域

本发明属于电子设备校准领域，特别涉及一种电子仪器的校准电路及校准装置。

背景技术

电子仪器是指检测、分析、测试电子产品性能、质量、安全的装置。大体可以概括为电子测量仪器、电子分析仪器和应用仪器三大块，有光学电子仪器、电子元件测量仪器、动态分析仪器等24种细分类。

目前的电子仪器在工作过程中会存在系统误差，导致检测结果不准确，需要借助外界装置对电子仪器进行校准以提高检测精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电子仪器的校准电路，旨在解决现有的对电子仪器的校准的技术存在校准过程自动化程度低的问题。

本发明是这样实现的，一种用于电子仪器的校准电路，与接收并根据电流信号与电压信号输出PWM信号的所述电子仪器连接，所述校准电路包括：

具有接收调控信号的输入端，电流信号输出端连接所述电子仪器的电流信号输入端，根据所述调控信号输出所述电流信号的输出控制模块；

电流信号输入端连接所述输出控制模块的电流信号输出端，对所述电流信号进行A/D转换处理，并输出数字信号的A/D转换模块；

数字信号输入端连接所述A/D转换模块的数字信号输出端，电压信号输出端与脉冲输入端分别连接所述电子仪器的电压信号输入端与脉冲输出端，具有接收所述PWM信号的脉冲输入端，根据所述数字信号与预设协议输出所述电压信号，并转发所述PWM信号的信号转换模块；

输出端连接所述输出控制模块的输入端，输入端连接所述信号转换模块的输出端，根据用户操作输出所述调控信号，并根据所述PWM信号与所述调控信号计算系统误差的微处理器MCU。

本发明还提供了一种校准装置，包括上述的校准电路。

本发明所提供的电子仪器的校准电路包括所述输出控制模块、所述A/D转换模块、所述信号转换模块以及所述微处理器MCU，由所述微处理器MCU根据所述用户操作输出所述调控信号以控制所述输出控制模块输出相应的所述电流信号，由所述A/D转换模块对所述电流信号进行采集与A/D转换处理，并输出所述数字信号至所述信号转换模块，所述信号转换模块根据所述预设协议对所述数字信号进行转换并输出所述电压信号至电子仪器，由所述信号转换模块转发电子仪器所反馈的所述PWM信号至所述微处理器MCU，由所述微处理器MCU根据所述调控信号与PWM信号计算电子仪器的误差并进行校准，提高电子仪器的检测精确度。

附图说明

图1是本发明实施例1所提供的校准电路的模块结构图；

图2是本发明实施例2所提供的输出控制模块的模块结构图；

图3是本发明实施例2所提供的电压输出子模块的示例电路结构图；

图4是本发明实施例2所提供的电压输出子模块的示例电路结构图；

图5是本发明实施例3所提供的A/D转换模块的模块结构图；

图6是本发明实施例3所提供的电压信号采集模块的示例电路结构图；

图7是本发明实施例3所提供的电流信号采集模块的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

图1示出了本实施例所提供的校准电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实施例所提供的校准电路用于电子仪器100，其与接收并根据电流信号与电压信号输出PWM信号的电子仪器100连接，该校准电路可以包括：

具有接收调控信号的输入端，电流信号输出端连接电子仪器100的电流信号输入端，根据调控信号输出电流信号的输出控制模块200。

电流信号输入端连接输出控制模块200的电流信号输出端，对电流信号进行A/D转换，并输出数字信号的A/D转换模块300。

数字信号输入端连接A/D转换模块300的数字信号输出端，电压信号输出端与脉冲输入端分别连接电子仪器100的电压信号输入端与脉冲输出端，具有接收PWM信号的脉冲输入端，根据数字信号与预设协议输出电压信号，并转发PWM信号的信号转换模块400。

输出端连接输出控制模块的输入端，输入端连接信号转换模块的输出端，根据用户操作输出调控信号，并根据PWM信号与调控信号计算（电子仪器）系统误差的微处理器MCU500。

在本实施例中，微处理器MCU500可以是型号为51系列单片机。利用工控机自带的2个RS232串口分别跟输出控制模块200与信号转换模块400通讯，并在工控机上运行组态软件。电子仪器100的电压信号输入端可以是电子仪器上的ST/SC光口。

本实施例所提供的用于电子仪器100的校准电路包括输出控制模块200、A/D转换模块300、信号转换模块400以及微处理器MCU500，由微处理器MCU500根据用户操作输出调控信号以控制输出控制模块200输出相应的电流信号，模拟校准仪所接收到的数字化电能表所输出的电流信号；由A/D转换模块300对电流信号进行采集与A/D转换处理，并输出数字信号至信号转换模块400，信号转换模块400根据预设协议对数字信号进行转换并输出电压信号至电子仪器100，模拟校准仪所接收到的数字化电能表所输出的电能数据；再由信号转换模块400转发电子仪器100所输出的PWM信号至微处理器MCU500，由微处理器MCU500根据调控信号与PWM信号计算出一个电能误差，此误差即为电子仪器100的系统误差。

实施例2

在本实施例中，如图2所示，输出控制模块200可以包括：

交流信号源201、第一电流输出子模块202、第二电流输出子模块203、第三电流输出子模块204、第一电压输出子模块205、第二电压输出子模块206以及第三电压输出子模块207；

交流信号源201的输入端是输出控制模块200的输入端，交流信号源201的第一电流信号输出端、第二电流信号输出端以及第三电流信号输出端分别连接第一电流输出子模块202的输入端、第二电流输出子模块203的输入端以及第三电流输出子模块204的输入端，交流信号源201的第一电压信号输出端、第二电压信号输出端以及第三电压信号输出端分别连接第一电压输出子模块205的输入端、第二电压输出子模块206的输入端以及第三电压输出子模块207的输入端，第一电流输出子模块202的输出端、第二电流输出子模块203的输出端、第三电流输出子模块204的输出端、第一电压输出子模块205的输出端、第二电压输出子模块206的输出端以及第三电压输出子模块207的输出端所组成的总线是输出控制模块200的输出端。

在本实施例中，第一电压输出子模块205、第二电压输出子模块206以及第三电压输出子模块207为相同结构的电压输出子模块；第一电流输出子模块202、第二电流输出子模块203以及第三电流输出子模块204为相同结构的电流输出子模块。

在本实施例中，如图3所示，电压输出子模块可以包括：

第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、变压器T1、第一继电器J1以及第一电压互感器T2；

第一运算放大器U1的反相端是电压输出子模块的输入端，第一运算放大器U1的输出端连接变压器T1的初级绕组的第一端，变压器T1的次级绕组的第一端连接第一继电器J1的常闭端，变压器T1的次级绕组具有多个抽头，第一继电器J1具有多个常开端，多个常开端的数量与多个抽头的数量相等，多个常开端中的每一个常开端一一对应地连接多个抽头中的每一个抽头，第一继电器J1的公共端是电压输出子模块的输出端，第一电压互感器T2的初级绕组的第一端连接第一继电器J1的公共端，第一电压互感器T2的次级绕组的第一端与电阻R3的第一端共接于第二运算放大器U2的反相端，第二运算放大器U2的输出端与电阻R3的第二端共接于电阻R2的第一端，电阻R2的第二端与电阻R1的第一端共接于第一运算放大器U1的同相端，电阻R1的第二端、变压器T1的初级绕组的第二端、变压器T1的次级绕组的第二端、第一电压互感器T2的初级绕组的第二端、第一电压互感器T2的次级绕组的第二端以及第二运算放大器U2的同相端共接于地。

在本实施例中，通过一个能够输出6路高精度交流小信号的交流信号源提供信号，然后经过第一运算放大器U1进行放大，再通过变压器T1进行电压转换后输出，第一电压互感器T2对输出的值进行采样，然后通过第二运算放大器U2与电阻组成的低通滤波器将输出的信号反馈回输入端，使整个系统形成一个闭环反馈，提高系统的负载调整率。

在本实施例中，如图4所示，电流输出子模块可以包括：

第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电流变压器T3、第二继电器J2以及第一电流互感器T4；

第三运算放大器U3的反相端是电压输出子模块的输入端，第三运算放大器U3的输出端连接电流变压器T3的初级绕组的第一端，电流变压器T3的次级绕组的第一端连接第二继电器J2的常闭端，电流变压器T3的次级绕组具有多个抽头，第二继电器J2具有多个常开端，多个常开端的数量与多个抽头的数量相等，多个常开端中的每一个常开端一一对应地连接多个抽头中的每一个抽头，第二继电器J2的公共端是电压输出子模块的输出端，第一电流互感器T4的初级绕组的第一端连接第二继电器J2的公共端，第一电流互感器T4的次级绕组的第一端与电阻R6的第一端共接于第四运算放大器U4的反相端，第四运算放大器U4的输出端与电阻R6的第二端共接于电阻R5的第一端，电阻R5的第二端与电阻R4的第一端共接于第三运算放大器U3的同相端，电阻R4的第二端、电流变压器T3的初级绕组的第二端、电流变压器T3的次级绕组的第二端、第一电流互感器T4的初级绕组的第二端、第一电流互感器T4的次级绕组的第二端以及第四运算放大器U4的同相端共接于地。

在本实施例中，第一继电器J1、第二继电器J2可以是型号为3TH42和3TH40的中间继电器。在此处设置继电器使得用户可以通过切换变压器的抽头进一步对电压输出进行调节。

在本实施例中，电流输出子模块的工作原理与电压输出子模块类似，仅仅是将变压器T1替换为电流变压器T3，将第一电压互感器T2替换为第一电流互感器T4。

实施例3

在本实施例中，如图5所示，A/D转换模块300可以包括：

采集模块301、电压变换模块302、电流电压变换模块303以及数字信号处理器304；

采集模块301的第一电流信号输入端、第二电流信号输入端、第三电流信号输入端、第一电压信号输入端、第二电压信号输入端以及第三电压信号输入端所组成的总线是A/D转换模块300的电流信号输入端，采集模块301的第一电流信号输出端、第二电流信号输出端、第三电流信号输出端分别连接电压变换模块302的第一输入端、第二输入端以及第三输入端，采集模块301的第一电压信号输出端、第二电压信号输出端、第三电压信号输出端分别连接电流电压变换模块303的第一输入端、第二输入端以及第三输入端，点压变换模块的第一输出端、第二输出端以及第三输出端分别连接数字信号处理器304的第一输入端、第二输入端以及第三输入端，电流电压变换模块303的第一输出端、第二输出端以及第三输出端分别连接数字信号处理器304的第四输入端、第五输入端以及第六输入端，数字信号处理器304的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端以及第六输出端所组成的总线是A/D转换模块300的数字信号输出端。

在本实施例中，数字信号处理器304是型号为TMS320C24xA/LF240xA的数字信号处理芯片。

在本实施例中，采集模块301包括第一电压信号采集模块、第二电压信号采集模块、第三电压信号采集模块、第一电流信号采集模块、第二电流信号采集模块以及第三电流信号采集模块；

第一电压信号采集模块的输入端与输出端分别为采集模块301的第一电压信号输入端与第一电压信号输出端，第二电压信号采集模块的输入端与输出端分别为采集模块301的第二电压信号输入端与第二电压信号输出端，第三电压信号采集模块的输入端与输出端分别为采集模块301的第三电压信号输入端与第三电压信号输出端，第一电流信号采集模块的输入端与输出端分别为采集模块301的第一电流信号输入端与第一电流信号输出端，第二电流信号采集模块的输入端与输出端分别为采集模块301的第二电流信号输入端与第二电流信号输出端，第三电流信号采集模块的输入端与输出端分别为采集模块301的第三电流信号输入端与第三电流信号输出端。

在本实施例中，第一电压信号采集模块、第二电压信号采集模块以及第三电压信号采集模块是结构相同的电压信号采集模块；第一电流信号采集模块、第二电流信号采集模块以及第三电流信号采集模块是结构相同的电流信号采集模块。

在本实施例中，如图6所示，电压信号采集模块可以包括第二电压互感器T5与第三继电器J3；

第二电压互感器T5的初级绕组的第一端是电压信号采集模块的输入端，第二电压互感器T5的次级绕组的第一端连接第三继电器J3的常闭端，第二电压互感器T5的次级绕组具有多个抽头，第三继电器J3具有多个常开端，多个常开端的数量与多个抽头的数量相等，多个常开端中的每一个常开端与多个抽头中的每一个抽头一一对应地连接，第二电压互感器T5的初级绕组的第二端与次级绕组的第二端共接于地，第三继电器J3的公共端是电压信号采集模块的输出端。

在本实施例中，如图7所示，电流信号采集模块可以包括第二电流互感器T6与第四继电器J4；

第二电流互感器T6的初级绕组的第一端是电流信号采集模块的输入端，第二电流互感器T6的次级绕组的第一端连接第四继电器J4的常闭端，第二电流互感器T6的次级绕组具有多个抽头，第四继电器J4具有多个常开端，多个常开端的数量与多个抽头的数量相等，多个常开端中的每一个常开端与多个抽头中的每一个抽头一一对应地连接，第二电流互感器T6的初级绕组的第二端与次级绕组的第二端共接于地，第四继电器J4的公共端是电流信号采集模块的输出端。

在本实施例中，第三继电器J3、第四继电器J4可以是型号为3TH42和3TH40的中间继电器。在此处设置继电器使得用户可以通过切换变压器的抽头进一步对电压输出进行调节。

本发明实施例还提供了一种校准装置，包括上述任一实施例的校准电路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子仪器的校准电路，与待校准的电子仪器连接，所述电子仪器接收并根据电流信号与电压信号输出PWM信号，其特征在于，所述校准电路包括：

具有接收调控信号的输入端，电流信号输出端连接所述电子仪器的电流信号输入端，根据所述调控信号输出所述电流信号的输出控制模块；

电流信号输入端连接所述输出控制模块的电流信号输出端，对所述电流信号进行A/D转换处理，并输出数字信号的A/D转换模块；

数字信号输入端连接所述A/D转换模块的数字信号输出端，电压信号输出端与脉冲输入端分别连接所述电子仪器的电压信号输入端与脉冲输出端，具有接收所述PWM信号的脉冲输入端，根据所述数字信号与预设协议输出所述电压信号，并转发所述PWM信号的信号转换模块；

输出端连接所述输出控制模块的输入端，输入端连接所述信号转换模块的输出端，根据用户操作输出所述调控信号，并根据所述PWM信号与所述调控信号计算系统误差的微处理器MCU。

2.如权利要求1所述的校准电路，其特征在于，所述输出控制模块包括：

交流信号源、第一电流输出子模块、第二电流输出子模块、第三电流输出子模块、第一电压输出子模块、第二电压输出子模块以及第三电压输出子模块；

所述交流信号源的输入端是所述输出控制模块的输入端，所述交流信号源的第一电流信号输出端、第二电流信号输出端以及第三电流信号输出端分别连接所述第一电流输出子模块的输入端、所述第二电流输出子模块的输入端以及所述第三电流输出子模块的输入端，所述交流信号源的第一电压信号输出端、第二电压信号输出端以及第三电压信号输出端分别连接所述第一电压输出子模块的输入端、所述第二电压输出子模块的输入端以及所述第三电压输出子模块的输入端，所述第一电流输出子模块的输出端、第二电流输出子模块的输出端、第三电流输出子模块的输出端、第一电压输出子模块的输出端、第二电压输出子模块的输出端以及第三电压输出子模块的输出端所组成的总线是所述输出控制模块的输出端。

3.如权利要求2所述的校准电路，其特征在于，所述第一电压输出子模块、所述第二电压输出子模块以及所述第三电压输出子模块为相同结构的电压输出子模块；

所述电压输出子模块包括：

第一运算放大器、第二运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、变压器、第一继电器以及第一电压互感器；

第一运算放大器的反相端是所述电压输出子模块的输入端，所述第一运算放大器的输出端连接所述变压器的初级绕组的第一端，所述变压器的次级绕组的第一端连接所述第一继电器的常闭端，所述变压器的次级绕组具有多个抽头，所述第一继电器具有多个常开端，所述多个常开端的数量与所述多个抽头的数量相等，所述多个常开端中的每一个常开端一一对应地连接所述多个抽头中的每一个抽头，所述第一继电器的公共端是所述电压输出子模块的输出端，所述第一电压互感器的初级绕组的第一端连接所述第一继电器的公共端，所述第一电压互感器的次级绕组的第一端与所述电阻R3的第一端共接于所述第二运算放大器的反相端，所述第二运算放大器的输出端与电阻R3的第二端共接于电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端与电阻R1的第一端共接于第一运算放大器的同相端，所述电阻R1的第二端、所述变压器的初级绕组的第二端、所述变压器的次级绕组的第二端、所述第一电压互感器的初级绕组的第二端、所述第一电压互感器的次级绕组的第二端以及第二运算放大器的同相端共接于地。

4.如权利要求2所述的校准电路，其特征在于，所述第一电流输出子模块、所述第二电流输出子模块以及所述第三电流输出子模块为相同结构的电流输出子模块；

所述电流输出子模块包括：

第三运算放大器、第四运算放大器、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电流变压器、第二继电器以及第一电流互感器；

第三运算放大器的反相端是所述电压输出子模块的输入端，所述第三运算放大器的输出端连接所述电流变压器的初级绕组的第一端，所述电流变压器的次级绕组的第一端连接所述第二继电器的常闭端，所述电流变压器的次级绕组具有多个抽头，所述第二继电器具有多个常开端，所述多个常开端的数量与所述多个抽头的数量相等，所述多个常开端中的每一个常开端一一对应地连接所述多个抽头中的每一个抽头，所述第二继电器的公共端是所述电压输出子模块的输出端，所述第一电流互感器的初级绕组的第一端连接所述第二继电器的公共端，所述第一电流互感器的次级绕组的第一端与所述电阻R6的第一端共接于所述第四运算放大器的反相端，所述第四运算放大器的输出端与电阻R6的第二端共接于电阻R5的第一端，所述电阻R5的第二端与电阻R4的第一端共接于第三运算放大器的同相端，所述电阻R4的第二端、所述电流变压器的初级绕组的第二端、所述电流变压器的次级绕组的第二端、所述第一电流互感器的初级绕组的第二端、所述第一电流互感器的次级绕组的第二端以及第四运算放大器的同相端共接于地。

5.如权利要求1所述的校准电路，其特征在于，所述A/D转换模块包括：

采集模块、电压变换模块、电流电压变换模块以及数字信号处理器；

所述采集模块的第一电流信号输入端、第二电流信号输入端、第三电流信号输入端、第一电压信号输入端、第二电压信号输入端以及第三电压信号输入端所组成的总线是所述A/D转换模块的电流信号输入端，所述采集模块的第一电流信号输出端、第二电流信号输出端、第三电流信号输出端分别连接所述电压变换模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端，所述采集模块的第一电压信号输出端、第二电压信号输出端、第三电压信号输出端分别连接所述电流电压变换模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端，所述点压变换模块的第一输出端、第二输出端以及第三输出端分别连接所述数字信号处理器的第一输入端、第二输入端以及第三输入端，所述电流电压变换模块的第一输出端、第二输出端以及第三输出端分别连接所述数字信号处理器的第四输入端、第五输入端以及第六输入端，所述数字信号处理器的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端以及第六输出端所组成的总线是所述A/D转换模块的数字信号输出端。

6.如权利要求5所述的校准电路，其特征在于，所述采集模块包括第一电压信号采集模块、第二电压信号采集模块、第三电压信号采集模块、第一电流信号采集模块、第二电流信号采集模块以及第三电流信号采集模块；

所述第一电压信号采集模块的输入端与输出端分别为所述采集模块的第一电压信号输入端与第一电压信号输出端，所述第二电压信号采集模块的输入端与输出端分别为所述采集模块的第二电压信号输入端与第二电压信号输出端，所述第三电压信号采集模块的输入端与输出端分别为所述采集模块的第三电压信号输入端与第三电压信号输出端，所述第一电流信号采集模块的输入端与输出端分别为所述采集模块的第一电流信号输入端与第一电流信号输出端，所述第二电流信号采集模块的输入端与输出端分别为所述采集模块的第二电流信号输入端与第二电流信号输出端，所述第三电流信号采集模块的输入端与输出端分别为所述采集模块的第三电流信号输入端与第三电流信号输出端。

7.如权利要求6所述的校准电路，其特征在于，所述第一电压信号采集模块、第二电压信号采集模块以及第三电压信号采集模块是结构相同的电压信号采集模块；

所述电压信号采集模块包括第二电压互感器与第三继电器；

所述第二电压互感器的初级绕组的第一端是所述电压信号采集模块的输入端，所述第二电压互感器的次级绕组的第一端连接所述第三继电器的常闭端，所述第二电压互感器的次级绕组具有多个抽头，所述第三继电器具有多个常开端，所述多个常开端的数量与所述多个抽头的数量相等，所述多个常开端中的每一个常开端与所述多个抽头中的每一个抽头一一对应地连接，所述第二电压互感器的初级绕组的第二端与次级绕组的第二端共接于地，所述第三继电器的公共端是所述电压信号采集模块的输出端。

8.如权利要求6所述的校准电路，其特征在于，所述第一电流信号采集模块、第二电流信号采集模块以及第三电流信号采集模块是结构相同的电流信号采集模块；

所述电流信号采集模块包括：

所述电流信号采集模块包括第二电流互感器与第四继电器；

所述第二电流互感器的初级绕组的第一端是所述电流信号采集模块的输入端，所述第二电流互感器的次级绕组的第一端连接所述第四继电器的常闭端，所述第二电流互感器的次级绕组具有多个抽头，所述第四继电器具有多个常开端，所述多个常开端的数量与所述多个抽头的数量相等，所述多个常开端中的每一个常开端与所述多个抽头中的每一个抽头一一对应地连接，所述第二电流互感器的初级绕组的第二端与次级绕组的第二端共接于地，所述第四继电器的公共端是所述电流信号采集模块的输出端。

9.如权利要求1所述的校准电路，其特征在于，所述微处理器MCU是型号为51系列单片机。

10.一种校准装置，其特征在于，所述校准装置包括如权利要求1至9任一项所述的校准电路。