CN105842492B - 工频矢量小信号标准源仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工频矢量小信号标准源仪，微处理器与数控工频信号发生器连接，微处理器将自动调节后的信号传送给发生器产生一个工频信号；发生器与第一放大器连接，第一放大器分别与升流器和升压器连接；升流器与取样电流互感器连接；升压器与取样电压互感器连接；取样电流互感器和取样电压互感器分别与信号合成电路连接，信号合成电路与第二放大器连接；微处理器分别与第二放大器、信号合成电路和触摸显示屏连接。本发明采用高稳定度的FPGA‑DDS技术产生稳定的频率标准，用来检定类似测差式原理的工频矢量小信号检测的科学检测仪器，也可以用来检定阻抗，导纳等小电流矢量，小电压矢量以及它们的高精度分解量。

Description

工频矢量小信号标准源仪
技术领域
本发明属于工频矢量小信号检测的科学检测仪器，具体涉及一种工频矢量小信号标准源仪。
背景技术
目前以互感器校验仪整体检定装置为代表的工频矢量小信号检测仪器采用电工原理由无源器件组成。其电路复杂笨重，量限窄，自动化程度低。其原因有：1由电磁式互感器级联组成的十进制分压器，同相分量需要四级，正交分量需要四级。每级都要十只继电器控制。再加上各种功能和换向开关，继电器的数量近百只。(这些继电器在工作时带电切换)；2正交分量是由无源元件电容器移相产生的，需要很大体积的电容，带载能力差量限窄。
随着电子技术的进步，快速的电流开关和激光微调薄膜电阻网络组成的，高精度、高线性度、高分辩率、极低温漂的集成电路电子分压器。在工频矢量小信号处理领域比电磁式互感器性能更优越，可实现数字化控制，并拓展了其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工频矢量小信号标准源仪。本发明采用高稳定度的FPGA-DDS技术产生稳定的频率标准，用来检定类似测差式原理的互感器校验仪、互感器负荷箱校验仪、二次压降负荷测试仪等工频矢量小信号检测的科学检测仪器，也可以用来检定阻抗，导纳等小电流矢量，小电压矢量以及它们的高精度分解量。
本发明采用的技术方案：
工频矢量小信号标准源仪，它包括发生器、第一放大器、升流器、取样电流互感器、升压器、取样电压互感器、信号合成电路、第二放大器、微处理器和触摸显示屏，其中，微处理器与数控工频信号发生器连接，微处理器将自动调节后的信号传送给发生器产生一个工频信号；
发生器与第一放大器连接，发生器将所述工频信号传送给第一放大器，在第一放大器中产生一个预设电压信号，第一放大器分别与升流器和升压器连接，第一放大器将所述预设电压信号传送给升流器和升压器；
升流器与取样电流互感器连接，升流器将第一放大器送来的预设电压信号生成一个电流信号，并通过升流器上的输出端To和Tx输出，取样电流互感器将所述电流信号变成取样信号送到信号合成电路；
升压器与取样电压互感器连接，升压器将第一放大器送来的预设电压信号生成一个电压信号，并通过升压器上的输出端a和x输出，取样电压互感器将所述电压信号变成取样信号送到信号合成电路；
取样电流互感器和取样电压互感器分别与信号合成电路连接，信号合成电路与第二放大器连接，信号合成电路将取样电流互感器或取样电压互感器送来的取样信号进行正交移相90度，然后再正交分压；同时信号合成电路将取样电流互感器或取样电压互感器送来的取样信号进行同相分压，最后将同相分压和正交分压信号进行信号合成，并通过第二放大器的输出端K和D输出；
微处理器分别与第二放大器、信号合成电路和触摸显示屏连接，通过在触摸显示屏上操控微处理器来对发生器、第二放大器、信号合成电路发出指令，实现输出信号的自动调节。
进一步地，还包括一个测量反馈电路，所述测量反馈电路由第三放大器、滤波器、AD637转换器和A/D转换器组成，第三放大器与取样电流互感器和取样电压互感器的输出端连接，第三放大器与滤波器连接，滤波器与AD637转换器连接，AD637转换器与A/D转换器连接，A/D转换器与微处理器连接；测量反馈电路将取样信号实时反馈到微处理器，保证输出为恒流恒压信号。
进一步地，所述的信号合成电路由跟随器、第一反相器、第二反相器、移相器、反相调幅器、第一分压器、第二分压器、第一继电器、第二继电器和加法器；跟随器分别与第一反相器和第二反相器连接；取样信号经跟随器驱动分别送到第一反相器和第二反相器；
第一反相器通过第一继电器分别与两个第一分压器连接，取样信号经第一反相器产生同相分量-f和同相分量+f，同相分量-f接到第一继电器的常开端，同相分量+f接到第一继电器的常闭端，同相分量±f由第一继电器分别选择送到两个第一分压器的电压参考基准Vref端；
第二反相器通过第二继电器依次与移相器和反相调幅器连接，反相调幅器分别与两个第二分压器连接，取样信号经第二反相器产生-&正交分量和+&正交分量，-&正交分量接到第二继电器的常开端，+&正交分量接到第二继电器的常闭端，±&正交分量由继电器选择送到移相器移相90度产生正交分量，正交分量再经反相调幅器进行反相和幅值调整，再送到两个第二分压器的电压参考基准Vref端；
第一分压器和第二分压器均与微处理器连接，第一分压器和第二分压器均与加法器连接，所述同相分量±f经过第一分压器、±&正交分量经过第二分压器后通过加法器合成送到第二放大器放大。
进一步地，所述的第一分压器和第二分压器均由AD7545D/A转换器、运算放大器、数据锁存器和地址译码器组成，地址译码器分别与数据锁存器和AD7545D/A转换器连接，数据锁存器与AD7545D/A转换器连接，AD7545D/A转换器与运算放大器连接，微处理器分别与数据锁存器、地址译码器和AD7545D/A转换器连接，同相分量±f连接两个第一分压器、±&正交分量连接两个第二分压器可提高分压的分辨率，AD7545D/A转换器在微处理器的控制下将同相分量±f和±&正交分量分解为D*Vref/224，其中D为0～224。
所述的发生器为数控工频信号发生器，其采用放大器采用具有过流、过热、过压保护的OPA集成放大器组成。
本发明与现有技术相比其有益效果是：(1)测试工频源信号精度高稳定性好，MCU通过RS232口控制可实现多种工作方式；(2)采用数字式四象限乘法器对同相和正交分量进行1/16777215分压，分辨率高，稳定性好，可以在任何工作状态下改变同相和正交分量的值；(3)采用nA级电子元件实现信号的反相、合成、驱动，确保输出信号在μA级稳定可靠，并且具有很好的零位误差和热稳定性；(4)本发明采用由放大器、滤波器、AD637和A/D转换器所组成的测量反馈电路，保证取样信号实时反馈到微处理器，与触摸屏操作向FPGA发出指令的给定环节构成闭环控制，保证输出恒流恒压，并且显示于触摸显示屏。
附图说明
图1为本发明的整体框架连接示意图；
图2为图1中信号合成电路的框架连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，工频矢量小信号标准源仪，它包括发生器1、第一放大器2、升流器3、取样电流互感器4、升压器5、取样电压互感器6、信号合成电路7、第二放大器8、微处理器9和触摸显示屏10，其中，微处理器9与发生器1连接，微处理器9将自动调节后的信号传送给发生器1产生一工频信号；所述发生器1采用数控工频信号发生器。
发生器1与第一放大器2连接，发生器1将所述工频信号传送给第一放大器2，在第一放大器2中产生一预设电压信号，第一放大器2分别与升流器3和升压器5连接，第一放大器2将所述预设电压信号传送给升流器3和升压器5；
升流器3与取样电流互感器4连接，升流器3将第一放大器2送来的预设电压信号生成一电流信号，并通过升流器3上的输出端To和Tx输出，取样电流互感器4将所述电流信号变成取样信号送到信号合成电路7；
升压器5与取样电压互感器6连接，升压器5将第一放大器2送来的预设电压信号生成一电压信号，并通过升压器5上的输出端a和x输出，取样电压互感器6将所述电压信号变成取样信号送到信号合成电路7；
取样电流互感器4和取样电压互感器6分别与信号合成电路7连接，信号合成电路7与第二放大器8连接，信号合成电路7将取样电流互感器4或取样电压互感器6送来的取样信号进行正交移相90度，然后再正交分压；同时信号合成电路7将取样电流互感器4或取样电压互感器6送来的取样信号进行同相分压，最后将同相分压和正交分压信号进行信号合成，并通过第二放大器8的输出端K和D输出；
微处理器9分别与第二放大器8、信号合成电路7和触摸显示屏10连接，通过在触摸显示屏10上操控微处理器9来对发生器1、第二放大器8、信号合成电路7发出指令，实现输出信号的自动调节。
本发明还包括一个测量反馈电路，所述测量反馈电路由第三放大器11、滤波器12、AD637转换器13和A/D转换器14组成，第三放大器11与取样电流互感器4和取样电压互感器6的输出端连接，第三放大器11与滤波器12连接，滤波器12与AD637转换器13连接，AD637转换器13与A/D转换器14连接，A/D转换器14与微处理器9连接；测量反馈电路将取样信号实时反馈到微处理器9，保证输出为恒流恒压信号。
如图2，所述的信号合成电路7由跟随器15、第一反相器16、第二反相器17、移相器18、反相调幅器19、第一分压器20、第二分压器21、第一继电器22、第二继电器23和加法器24；跟随器15分别与第一反相器16和第二反相器17连接；取样信号经跟随器15驱动分别送到第一反相器16和第二反相器17；
第一反相器16通过第一继电器22分别与两个第一分压器20连接，取样信号经第一反相器16产生同相分量-f和同相分量+f，同相分量-f接到第一继电器22的常开端，同相分量+f接到第一继电器22的常闭端，同相分量±f由第一继电器22分别选择送到两个第一分压器20的电压参考基准Vref端；
第二反相器17通过第二继电器23依次与移相器18和反相调幅器19连接，反相调幅器19分别与两个第二分压器21连接，取样信号经第二反相器17产生-&正交分量和+&正交分量，-&正交分量接到第二继电器23的常开端，+&正交分量接到第二继电器23的常闭端，±&正交分量由继电器选择送到移相器18移相90度产生正交分量，正交分量再经反相调幅器19进行反相和幅值调整，再送到两个第二分压器21的电压参考基准Vref端；
第一分压器20和第二分压器21均与微处理器9连接，第一分压器20和第二分压器21均与加法器24连接，所述同相分量±f经过第一分压器20、±&正交分量经过第二分压器21后通过加法器24合成送到第二放大器8放大。
所述的第一分压器20和第二分压器21均由AD7545D/A转换器25、运算放大器26、数据锁存器27和地址译码器28组成，地址译码器28分别与数据锁存器27和AD7545D/A转换器25连接，数据锁存器27与AD7545D/A转换器25连接，AD7545D/A转换器25与运算放大器26连接，微处理器9分别与数据锁存器27、地址译码器28和AD7545D/A转换器25连接，同相分量±f连接两个第一分压器20、±&正交分量连接两个第二分压器21可提高分压的分辨率，AD7545D/A转换器25在微处理器9的控制下将同相分量±f和±&正交分量分解为D*Vref/224，其中D为0～224。

Claims (2)

1.工频矢量小信号标准源仪，其特征在于，它包括发生器、第一放大器、升流器、取样电流互感器、升压器、取样电压互感器、信号合成电路、第二放大器、微处理器和触摸显示屏，其中，微处理器与数控工频信号发生器连接，微处理器将自动调节后的信号传送给发生器产生一个工频信号；
发生器与第一放大器连接，发生器将所述工频信号传送给第一放大器，在第一放大器中产生一个预设电压信号，第一放大器分别与升流器和升压器连接，第一放大器将所述预设电压信号传送给升流器和升压器；
升流器与取样电流互感器连接，升流器将第一放大器送来的预设电压信号生成一个电流信号，并通过升流器上的输出端To和Tx输出，取样电流互感器将所述电流信号变成取样信号送到信号合成电路；
升压器与取样电压互感器连接，升压器将第一放大器送来的预设电压信号生成一个电压信号，并通过升压器上的输出端a和x输出，取样电压互感器将所述电压信号变成取样信号送到信号合成电路；
取样电流互感器和取样电压互感器分别与信号合成电路连接，信号合成电路与第二放大器连接，信号合成电路将取样电流互感器或取样电压互感器送来的取样信号进行正交移相90度，然后再正交分压；同时信号合成电路将取样电流互感器或取样电压互感器送来的取样信号进行同相分压，最后将同相分压和正交分压信号进行信号合成，并通过第二放大器的输出端K和D输出；
微处理器分别与第二放大器、信号合成电路和触摸显示屏连接，通过在触摸显示屏上操控微处理器来对发生器、第二放大器、信号合成电路发出指令，实现输出信号的自动调节；
所述的信号合成电路由跟随器、第一反相器、第二反相器、移相器、反相调幅器、第一分压器、第二分压器、第一继电器、第二继电器和加法器；跟随器分别与第一反相器和第二反相器连接；取样信号经跟随器驱动分别送到第一反相器和第二反相器；
第一反相器通过第一继电器分别与两个第一分压器连接，取样信号经第一反相器产生同相分量-f和同相分量+f，同相分量-f接到第一继电器的常开端，同相分量+f接到第一继电器的常闭端，同相分量±f由第一继电器分别选择送到两个第一分压器的电压参考基准Vref端；
第二反相器通过第二继电器依次与移相器和反相调幅器连接，反相调幅器分别与两个第二分压器连接，取样信号经第二反相器产生-&正交分量和+&正交分量，-&正交分量接到第二继电器的常开端，+&正交分量接到第二继电器的常闭端，±&正交分量由继电器选择送到移相器移相90度产生正交分量，正交分量再经反相调幅器进行反相和幅值调整，再送到两个第二分压器的电压参考基准Vref端；
第一分压器和第二分压器均与微处理器连接，第一分压器和第二分压器均与加法器连接，所述同相分量±f经过第一分压器、±&正交分量经过第二分压器后通过加法器合成送到第二放大器放大；
还包括一个测量反馈电路，所述测量反馈电路由第三放大器、滤波器、AD637转换器和A/D转换器组成，第三放大器与取样电流互感器和取样电压互感器的输出端连接，第三放大器与滤波器连接，滤波器与AD637转换器连接，AD637转换器与A/D转换器连接，A/D转换器与微处理器连接；测量反馈电路将取样信号实时反馈到微处理器，保证输出为恒流恒压信号；
所述的发生器为数控工频信号发生器，其采用放大器采用具有过流、过热、过压保护的OPA集成放大器组成。
2.根据权利要求1所述的工频矢量小信号标准源仪，其特征在于，所述的第一分压器和第二分压器均由AD7545D/A转换器、运算放大器、数据锁存器和地址译码器组成，地址译码器分别与数据锁存器和AD7545D/A转换器连接，数据锁存器与AD7545D/A转换器连接，AD7545D/A转换器与运算放大器连接，微处理器分别与数据锁存器、地址译码器和AD7545D/A转换器连接，同相分量±f连接两个第一分压器、±&正交分量连接两个第二分压器可提高分压的分辨率，AD7545D/A转换器在微处理器的控制下将同相分量±f和±&正交分量分解为D*Vref/224，其中D为0～224。
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