CN105548717A - 一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置 - Google Patents

一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置 Download PDF

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查坤
卢联杰
张锐
王明博
冯小利
曾文兵
侯嫚利
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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置，装置包括数据采集板、与数据采集板通过PXI总线连接的计算机板以及恒流电源，数据采集板包括电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路、频谱测试电路、信号采集电路和CPLD译码电路；电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路和频谱测试电路的输入端连接被测产品电信号输出端，输出端连接信号采集电路输入端；所述CPLD译码电路一端连接信号采集电路输出端，另一端通过PXI总线连接计算机板。本发明可通过一套装置实现测量待测产品的电阻、电压、电流以及频谱电气参数，能有效提高产品检测效率，且维修方便、可靠性高、环境适应性强，可在条件恶劣的工作环境下进行正常测试。

Description

一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置
技术领域
本发明涉及测控技术领域，具体涉及一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置。
背景技术
随着计算机技术和电子测试技术的发展，传统仪器正向着计算机化的方向发展。虚拟仪器技术，是现代计算机技术、仪器技术、总线技术和软件技术完美结合的产物。它打破了传统仪器的框架，形成一种新的仪器模式，标志着自动测试与电子测量仪器技术发展的一个重要方向。
然而现有技术中，电气设备生产完成后，对于电气参数的检测主要是用数字万用表、示波器、频率计、信号发生器等传统仪器设备，测试较繁琐，效率低。因此，有必要开发一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置，使测试自动化、智能化、数字化，以提高产品检测速率。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置，可通过一套装置实现测量待测产品的电阻、电压、电流以及频谱电气参数，能有效提高产品检测效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置，所述装置包括数据采集板、与所述数据采集板通过PXI总线连接的计算机板以及恒流电源，
所述数据采集板包括电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路、频谱测试电路、信号采集电路和CPLD译码电路；所述电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路和频谱测试电路的输入端连接被测产品电信号输出端，输出端连接信号采集电路输入端；所述CPLD译码电路一端连接信号采集电路输出端，另一端通过PXI总线连接计算机板；所述恒流电源用于对装置进行供电；
所述信号采集电路用于选通电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路和频谱测试电路中的一路，以进行电阻、电压、电压或频谱测试；
所述CPLD译码电路用于接收计算机板发送的控制指令，以控制信号采集电路进行电路的选通；
所述电阻测试电路用于采集待测产品的电压值，并发送至计算机板，由计算机板计算得到待测产品的电阻值；
所述电压测试电路用于采集待测产品的电压值，并发送至计算机板；
所述电流测试电路用于采集待测产品的电压值，并发送至计算机板，由计算机板计算得到待测产品的电流值；
所述频谱测试电路用于隔离并采集待测产品的晶振频率、脉冲信号，并将发送至所述计算机板，由计算机板解析处理得到待测产品的频谱。
作为进一步优选地，所述装置还包括与计算机板连接的显示屏，用于显示待测产品的电阻、电压、电压和频谱。
因此，本发明可以获得以下的有益效果：
本发明利用软件和硬件资源，使本来需要硬件或电路实现的技术软件化和虚拟化，最大限度地降低系统成本，增强系统的功能和灵活性，可解决现有传统测试仪器功能单一、测试通道少，测试精度差的问题，大大提高了测试效率。本发明的测试装置采用模块化设计，各模块功能独立，更利于布置，提高测试装置箱体内部空间使用率；其集成度高、体积小、携带方便、操作简单，可替代传统仪器，自动化程度高，测量速度快，特别适用于产品的批量生产；维修方便、可靠性高、环境适应性强，可在自然环境条件恶劣的工作环境中正常测试。
附图说明
图1是本发明基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置结构示意图；
图2是本发明装置结构设计原理示意图；
图3是本发明装置工作流程示意图。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供一种电气参数测试装置，用于测量待测产品(如测试仪、控制器)的电阻、电压、电流以及频谱等电气参数。如图1所示，装置包括计算机板和数据采集板，其中数据采集板与计算机板通过PXI总线连接，且通过AC/DC电源实现对装置各功能模块的供电。
数据采集板用于采集电压、电流等模拟信号，经模数转换处理后得到相应的数字信号，将数字信号译码处理后发送至计算机板。
数据采集板包括电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路、频谱测试电路、信号采集电路和CPLD译码电路。
CPLD译码电路连接在计算机板和信号采集电路之间，通过地址总线和数据总线接收计算机板的指令，对信号采集电路进行控制，同时将采集到的信号通过数据总线传输至计算机板。
信号采集电路用于选通电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路和频谱测试电路中的一路，并将其采集的模拟信号(电压信号)转换为数字信号传输至CPLD，CPLD通过数据总线将信号传输至计算机板，以进行电阻、电压、电压或频谱测试；
电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路和频谱测试电路的输入端连接被测产品电信号输出端，分别用于测试被测产品的绝缘电阻(或导通电阻)、工作电压、工作电流和晶振频谱。电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路和频谱测试电路的输出端均连接信号采集电路的输入端，用于将测试得到的电信号发送至信号采集电路。
电阻测试电路由恒流源、运放、模拟开关、继电器组成，可采用常见的电阻测试电路。计算机通过CPLD译码电路和信号采集电路对各被测通道模拟开关依次选通，恒流源对待测回路提供恒流电流输出，通过采集各通道待测电阻上的电压值(此时待测产品两端电流为已知量，由恒流电源产生)，由计算机板计算得出待测回路电阻的阻值。例如测试某通道电阻值时，计算机板选通该通道后，恒流源对该回路提供5mA的恒流电流输出，数据采集板采集该通道待测电阻上的电压，电压经分压网络10级降压后达到模数转换芯片的输入信号范围(-10V～+10V)，电压信号经信号采集电路内部的模数转换芯片转化为数字信号，数字信号经译码转送至计算机板，计算机板解析后得到5V的电压值，经公式(其中R为待测电阻值，V为待测产品的解析电压，N为运放的放大倍数，I为恒流源电流)计算可得待测电阻值R为10KΩ。
电压测试电路由分压网络、模拟开关、继电器组成，可采用常见的电压测试电路。电压测试电路首先对被测产品的输出电压进行分压，使得输入到信号采集电路模数转换芯片的电压在芯片采集范围内，通过模拟开关和继电器复合方式对多通道模拟量进行选择，电压信号经模数转换芯片转化为数字信号，数字信号经译码转送至计算机板。
电流测试电路由精密电阻、运放、模拟开关组成，可采用常见的电流测试电路。计算机通过CPLD译码电路和信号采集电路对各被测通道模拟开关依次选通，通过采集各通道精密电阻(电阻值已知，串联在回路中)上的电压值，由计算机板计算得出待测回路电流值。其测试原理与电阻测试原理相同，即通过公式计算待测回路电流值，此时R为精密电阻的阻值，N为运放的放大倍数，I为恒流源电流。
频谱测试电路由光耦、反向器组成，用于对被测产品输出的晶振频率、脉冲信号进行隔离、采集。隔离优选采用高速光耦，隔离后的脉冲信号经过反相整流后直接输入到CPLD中进行译码，CPLD将信号通过数据总线传输至计算机板，计算机板依据脉冲总数和自身基准时钟解析出频谱。
为方便测试，本发明计算机板还提供：PS/2接口，用于连接键盘鼠标；LAN接口，用于连接网口；USB接口，用于连接USB外设：以及LVDS接口，用于连接显示屏，对参数测试结果进行显示。
图2为本发明装置设计原理示意图。在本设计中可采用LabVIEW作为软件开发工具，主要包括前面板和框图程序的设计，前面板是用来操作各种控件和观测参数值的用户界面，框图程序用来控制数据的流动方向，完成编程。软件设计采用自顶向下的设计方式。针对LabVIEW的数据流编程方式，软件分为顶层、逻辑层和驱动层。顶层主要包括人机界面和系统流程控制。逻辑层负责实现各种逻辑功能，例如配置、数据处理、数据存储和数据查询等。驱动层负责与硬件进行通信和文件I/O等。
如图3所示为本发明装置测试主流程图，通过相应的界面菜单选项可以选择“阻值测试”、“频率测试”、“电压测试”或“电流测试”。可根据用户要求，对通道数量进行设置。
本发明装置工作时，首先选择测试项，以电流测试为例，鼠标点击测试界面上“电流测试”，然后点击打开通道按钮，在测试界面上会显示实时电流的数值，同时界面上的曲线图会记录电流变化，监测电流跳变。测试结束时，点击关闭通道按钮，退出测试界面。
本领域的技术人员容易理解，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 (2)

1.一种基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置，其特征在于，所述装置包括数据采集板、与所述数据采集板通过PXI总线连接的计算机板以及恒流电源，
所述数据采集板包括电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路、频谱测试电路、信号采集电路和CPLD译码电路；所述电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路和频谱测试电路的输入端连接被测产品电信号输出端，输出端连接信号采集电路输入端；所述CPLD译码电路一端连接信号采集电路输出端，另一端通过PXI总线连接计算机板；所述恒流电源用于对装置进行供电；
所述信号采集电路用于选通电阻测试电路、电压测试电路、电流测试电路和频谱测试电路中的一路，以进行电阻、电压、电压或频谱测试；
所述CPLD译码电路用于接收计算机板发送的控制指令，以控制信号采集电路进行电路的选通；
所述电阻测试电路用于采集待测产品的电压值，并发送至计算机板，由计算机板计算得到待测产品的电阻值；
所述电压测试电路用于采集待测产品的电压值，并发送至计算机板；
所述电流测试电路用于采集待测产品的电压值，并发送至计算机板，由计算机板计算得到待测产品的电流值；
所述频谱测试电路用于隔离并采集待测产品的晶振频率、脉冲信号，并将发送至所述计算机板，由计算机板解析处理得到待测产品的频谱。
2.如权利要求1所述的基于虚拟仪器技术的电气参数测试装置，其特征在于，所述装置还包括与计算机板连接的显示屏，用于显示待测产品的电阻、电压、电压和频谱。
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