CN107664716B - 基于交流阻抗的接触检查方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于交流阻抗的接触检查方法和装置，包括控制单元MCU、交流信号源单元、高频变压器、阈值设置单元、测量单元和检测单元；控制单元连接交流信号源单元、阈值设置单元和检测单元；交流信号源单元作为输入连接到高频变压器的原边，高频变压器的副边作为输出连接到测量单元；测量单元连接检测单元，从测量单元中两处拾取电压信号作为检测单元的输入；检测单元将测量单元的输入和阈值设置单元的输入进行比较，检测单元将比较结果送至控制单元MCU。本发明不仅可以对测量端子的测试引线的连接可靠性进行检查，而且可以对被动元器件与仪器测量端子及夹具的连接可靠性进行检查，同时，还能够自动分辨被动元器件的类别。

Description

基于交流阻抗的接触检查方法和装置

技术领域

本发明涉及电子测量和仪器仪表领域，尤其是一种应用于被动电子元件电感、电容和电阻进行参数测量过程中的接触可靠性检查方法和装置。

背景技术

电子测量仪器仪表广泛应用于现代化生产和生活的各个领域，测量仪器通过测量端子及夹具与被测元件连接，然后测量仪器才能正常开始发挥测试测量功能。

通常对被动元器件进行测量时采用开尔文四线检测，如图1所示，它采用分离的电流和电压测量线路，相比于两端的传感能够进行更加精确的测量。在现实自动化生产线上采用仪器仪表进行测量和产品规格分选，由于夹具接触不良或者测试引线断线造成仪器测量结果误差，进一步地可能会将合格品判断为不合格品，不合格品判断为合格品，这就会导致产品规格误判。

针对生产实践的需要，“专利CN201120409003”提出了一种用于仪表测试线接触不良检测装置，如图2所示，基于交流频率法旨在检查测试线的通断状况。如图2所示，该方法虽然能够检测HC和HP之间接触可靠与否，也能检查LP与LC之间接触可靠与否；但是并不能检查HC与LC之间接触可靠性。于是，它的缺点是：并不能检查被测件是否与仪器测量端子及夹具之间的连接可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种基于交流阻抗的接触检查装置及检查方法，不仅可以对测量端子的测试引线的连接可靠性进行检查，而且可以对被动元器件与仪器测量端子及夹具的连接可靠性进行检查，实现更加全面和有效的连接可靠性检查，同时，还能够自动分辨被动元器件的类别是属于电感、电容或者电阻。

本发明所采用的技术方案为：一种基于交流阻抗的接触检查装置，包括控制单元MCU、交流信号源单元、高频变压器、阈值设置单元、测量单元和检测单元；所述的控制单元连接交流信号源单元、阈值设置单元和检测单元；所述的交流信号源单元作为输入连接到高频变压器的原边，高频变压器的副边作为输出连接到测量单元；所述的测量单元连接检测单元，从测量单元中两处拾取电压信号作为检测单元的输入；所述的检测单元将测量单元的输入和阈值设置单元的输入进行比较，接着，所述的检测单元将比较结果送至控制单元MCU。

进一步的说，本发明所述的阈值设置单元包括阈值产生器单元、隔离放大器单元以及阈值调整单元；所述的控制单元MCU控制阈值产生器单元产生直流电压，隔离放大器单元对直流电压进行放大后，所述阈值调整单元再次对直流电压进行适当的衰减，并将衰减后的直流电压送到比较器单元的同相输入端。

再进一步的说，本发明所述的测量单元包括第一标准组件、第二耦合电容、第二标准组件、第三标准组件、保险丝单元和接触检查部件。

再进一步的说，本发明所述的检测单元包括第一电压采样单元、第二电压采样单元、减法器单元、检波器单元、比较器单元和光耦单元。

再进一步的说，本发明所述控制单元MCU控制交流信号源单元以生成交流正弦波，所述高频变压器将此交流正弦波耦合到测量单元，所述检测单元拾取监测点电压，由减法器单元作减法获取差值电压，再由检波器单元将交流正弦波电压转换为直流电压，将转换后的直流电压送至比较器单元的反相输入端。

再进一步的说，本发明所述比较器单元对从测量电路中拾取的电压经检波器转换成的直流电压与来自阈值设置单元的输出电压进行比较，并将比较的结果经过光耦送到控制单元，所述的控制单元MCU根据光耦的输出状态来判断接触检查部件的连接可靠性。

再进一步的说，本发明所述控制单元MCU连接交流信号源单元的输入、阈值产生器单元的输入和光耦单元的输出，交流信号源单元的输出连接第一耦合电容的一端、第一耦合电容的另一端连接高频变压器原边的一端，高频变压器原边的另一端连接1号参考地基准SGND1，高频变压器副边的一端连接第一标准组件的一端，高频变压器副边的另一端连接2号参考地基准SGND2，第一标准组件的另一端连接第二耦合电容的一端和第一电压采样单元的输入端，第一电压采样单元的输出端连接减法器单元的一个输入端，第二耦合电容的另一端连接第二标准组件的一端，第二标准组件的另一端连接接触检查部件，接触检查部件的另一端连接第三标准组件的一端，第三标准组件的另一端连接保险丝的一端和第二电压采样单元的输入端，保险丝单元的另一端连接高频变压器副边的另一端和2号参考地基准SGND2，第二电压采样单元的输出端连接减法器单元另一个输入端，减法器单元的输出端连接检波器单元的输入端，检波器单元的输出端连接比较器单元的另一个输入端，比较器单元的输出端连接光耦单元的输入端。

再进一步的说，本发明所述控制单元MCU、交流信号源单元、第一耦合电容、阈值产生器单元、高频变压器原边、隔离放大器的输入端和光耦单元的输出端以1号参考地基准SGND1为接地参考；高频变压器副边、第一标准组件、第二标准组件、第三标准组件、保险丝单元、接触检查部件、第二耦合电容、第一电压采样单元、第二电压采样单元、减法器单元、检波器单元、比较器单元、阈值调整单元、隔离放大器输出端和光耦输入端以2号参考地基准SGND2为接地参考。

一种基于交流阻抗的接触检查方法，包括以下步骤：

第一步，接触检查部件连接到接触检查电路中；

第二步，控制单元MCU控制交流信号源单元生成一个频率的交流正弦信号，控制单元MCU同时控制阈值设置单元生成阈值电平送至检波器单元中比较器单元的同相输入端作为设置电压；

第三步，交流正弦信号通过变压器耦合到测量电路，电压采样电路从采样点拾取电压并送至检测电路单元中减法器；

第三步，检测电路中的减法器对两处采样电压进行相减生成差值电压，相减的结果差值电压送至检波器单元；

第四步，检波器单元将差值进行绝对值转换，并且提取相应的直流电压值送至比较器单元的反相输入端；

第五步，比较器单元将两字检波器单元的直流电压和设置电压进行比较，并将比较的结果送至控制单元MCU；

第六步，控制单元MCU根据检测单元的输出结果，结合比较算法，来判断接触检查部件的连接可靠性；

第七步，将被测件连接到以上所述的接触检查部件的位置，由控制单元MCU控制交流信号单元生成不同频率的两个交流正弦波，将此不同频率的交流正弦波施加到被测件上；

第八步，控制单元控制MCU控制阈值设置单元和检测单元中的比较器可组成逐次逼近型模数转换器，对采样点的电压差值进行模数转换，并记录结果；

第九步，控制单元MCU依据被动元件的幅频特性的特点，根据不同频率下，电压采样点的电压差值来判断被测件的类别。

本发明的有益效果是：不仅可以对测量端子的测试引线的连接可靠性进行检查，而且可以对被动元器件与仪器测量端子及夹具的连接可靠性进行检查，实现更加全面和有效的连接可靠性检查，同时，还能够自动分辨被动元器件的类别是属于电感、电容或者电阻。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是开尔文四线检测原理图；

图2是仪表测试线接触不良检测装置图；

图3是本发明装置的结构示意图；

图4是本发明装置的电路原理框图；

图5是本发明装置的信号流径图；

图6是本发明装置的测量原理简图。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图3-6所示，一种基于交流阻抗的接触检查装置，包括控制单元MCU、交流信号源单元、高频变压器、阈值设置单元、测量单元和检测单元；所述的阈值设置单元包括阈值产生器单元、隔离放大器单元、阈值调整单元，所述的测量单元包括标准组件1、耦合电容2、标准组件2、标准组件3、保险丝单元和接触检查部件，所述的检测单元包括电压采样1单元、电压采样2单元、减法器单元、检波器单元、比较器单元和光耦单元。

控制单元连接交流信号源单元、阈值设置单元和检测单元，所述的交流信号源单元作为输入连接到高频变压器的原边，高频变压器的副边作为输出连接到测量单元，所述的测量单元连接检测单元，从测量单元中两处拾取电压信号作为检测单元的输入，所述的检测单元将测量单元的输入和阈值设置单元的输入进行比较，接着，所述的检测单元将比较结果送至控制单元MCU。控制单元MCU控制阈值设置单元产生合适的阈值电压，具体地，所述的控制单元MCU控制阈值发生器产生直流电压，进一步所述的隔离放大器单元对直流电压进行放大，再进一步由阈值调整单元再次对直流电压进行适当的衰减，并将衰减后的直流电压送到比较器单元的同相输入端。

控制单元MCU控制交流信号源单元以生成交流正弦波，所述高频变压器将此交流正弦波耦合到测量单元，所述检测单元拾取监测点电压，进一步由所述的减法器单元作减法获取差值电压，再进一步通过由所述的检波器单元将交流正弦波电压转换为直流电压，再进一步将转换后的直流电压送至比较器单元的反相输入端。

比较器单元对从测量电路中拾取的电压经检波器转换成的直流电压与来自阈值设置单元的输出电压进行比较，并将比较的结果经过光耦送到控制单元，所述的控制单元MCU根据光耦的输出状态来判断接触检查部件的连接可靠性。

控制单元MCU连接交流信号源单元的输入、阈值产生器单元的输入和光耦单元的输出，交流信号源单元的输出连接耦合电容1的一端、耦合电容1的另一端连接高频变压器原边的一端，高频变压器原边的另一端连接1号参考地基准SGND1，高频变压器副边的一端连接标准组件1的一端，高频变压器副边的另一端连接2号参考地基准SGND2，标准组件1的另一端连接耦合电容2的一端和电压采样1单元的输入端，电压采样1单元的输出端连接减法器单元的一个输入端，耦合电容2的另一端连接标准组件2的一端，标准组件2的另一端连接接触检查部件，接触检查部件的另一端连接标准组件3的一端，标准组件3的另一端连接保险丝的一端和电压采样2单元的输入端，保险丝单元的另一端连接高频变压器副边的另一端和2号参考地基准SGND2，电压采样2单元的输出端连接减法器单元另一个输入端，减法器单元的输出端连接检波器单元的输入端，检波器单元的输出端连接比较器单元的另一个输入端，比较器单元的输出端连接光耦单元的输入端。

控制单元MCU、交流信号源单元、耦合电容1、阈值产生器单元、高频变压器原边、隔离放大器的输入端和光耦单元的输出端以1号参考地基准SGND1为接地参考；高频变压器副边、标准组件1、标准组件2、标准组件3、保险丝单元、接触检查部件、耦合电容2、电压采样1单元、电压采样2单元、减法器单元、检波器单元、比较器单元、阈值调整单元、隔离放大器输出端和光耦输入端以2号参考地基准SGND2为接地参考。

变压器采用高频脉冲变压器，带宽在一百千赫兹到两兆赫兹，以减小变压器的所占安装空间；标准组件1和标准组件2为电阻性元件，标准组件3为电感性元件，接触检查部件可以是被动元器件电感、电容和电阻；保险丝需要根据测量回路中电流选择合适的自恢复保险丝才能起到保护电路的作用；减法器可以采用晶体管差分放大电路，也可以采用运算放大器组成；检波器可以是精密绝对值电路、半波整流电路、全波整流电路或者同步检波电路；比较器可以采用专用集成比较器或者将运算放大器用作比较器；光耦宜选择高速光耦，响应速度在100纳秒左右；标准组件1的阻值至少是标准组件2的100倍。

基于接触部件的交流阻抗特性来进行接触可靠性检查，并且根据被动元器件幅频响应特点，通过改变信号源的频率可以自动分辨测试中的被动元器件的类别是属于电感、电容或者电阻。

工作原理：如附图6所示为本装置测量原理的简化图，下面根据此图进行原理推导

交流信号源Vs＝Asin(wt)，其中w＝2πf，f为交流正弦波的频率，A为交流正弦波的幅度；

C1分别为耦合电容1，C2为耦合电容2，因为它们的阻抗对于测试的影响非常小，所以在推导过程中将其阻抗忽略不计；T1为高频变压器，其原边和副边的匝数比为1：1；R1为标准组件1的电阻，R2为标准组件2的电阻，L3为标准组件3的电感，F1为保险丝，保险丝的阻值可以忽略，Z_contanct为接触检查部件在测试频率f下表征的阻抗；U_a和U_b分别为电压采样点a和b的电压；R1的阻值至少是R2的100倍。

当连接可靠时，接触检查部件在测试频率f下的阻抗为一个Z_contanct，标准组件L3的阻抗为Z3＝2πfL3，

因为T1高频变压器，原边和副边的匝数比为1：1，所以变压器副边的输出Us＝Vs＝Asin(wt)

那么，

进一步，

当连接不可靠时，接触检查部件在测试频率f下的阻抗为一个Z'_contanct，

那么，此时电压采样点电压分别为U'_a和U'_b，

进一步，

因为接触可靠情况下和接触不可靠情况下，接触检查部件的阻抗值不相等，即Z_contanct≠Z'_contanct，进一步会导致U_ab≠U'_ab，那么通过判断电压采样点a和b的电压差就能够判断接触检查部件的连接可靠性。

再进一步讲，

进行接触检查部件为测试线的情况下：

当接触可靠时，接触检查部件的阻抗很微小可以认为是Z_contanct＝0，接触不可靠时接触检查部件的阻抗很大，可认为Z'_contanct＝∞，可得Z_contanct≠Z'_contanct；

进行接触检查部件为被测元件的情况下：

当接触可靠时，接触检查部件的阻抗为Z_contanct＝Z_dut，接触不可靠时接触检查部件的阻抗很大，可认为Z'_contanct＝∞，可得Z_contanct≠Z'_contanct；

不仅可以对测量端子的测试引线的连接可靠性进行检查，而且可以对被动元器件与仪器测量端子及夹具的连接可靠性进行检查，实现更加全面和有效的连接可靠性检查。

由Z_R＝R，知电阻的阻抗值与频率无关；由Z_L＝2πfL，知电感的阻抗值随着频率增加而增大；由

知电容的阻抗值随着频率的增大而减小。

当被动元件与测试仪器连接可靠的情况下，Z_contanct＝Z_dut，只要改变交流正弦波的频率，根据式(2)可知就可以改变电压采样点之间的电压差；因为阈值设置单元和检测单元中的比较器可组成逐次逼近型模数转换器，所以通过逐次逼近型模数转换器可将采样点之间的电压差送至控制器单元MCU，由控制单元通过比较算法完成对自动判别被动元件的类别。

综上所述，本发明提出一种基于交流阻抗的接触检查装置及检查方法，不仅可以对测量端子的测试引线的连接可靠性进行检查，而且可以对被动元器件与仪器测量端子及夹具的连接可靠性进行检查，实现更加全面和有效的连接可靠性检查，同时，还能够自动分辨测试中的被动元器件的类别是属于电感、电容或者电阻。

工作过程：

第一步，接触检查部件连接到接触检查电路中；

第二步，控制单元MCU控制交流信号源单元生成一个频率的交流正弦信号，控制单元MCU同时控制阈值设置单元生成阈值电平送至检波器单元中比较器单元的同相输入端作为设置电压；

第三步，交流正弦信号通过变压器耦合到测量电路，电压采样电路从采样点拾取电压并送至检测电路单元中减法器；

第三步，检测电路中的减法器对两处采样电压进行相减生成差值电压，相减的结果差值电压送至检波器单元；

第四步，检波器单元将差值进行绝对值转换，并且提取相应的直流电压值送至比较器单元的反相输入端；

第五步，比较器单元将两字检波器单元的直流电压和设置电压进行比较，并将比较的结果送至控制单元MCU；

第六步，控制单元MCU根据检测单元的输出结果，结合比较算法，来判断接触检查部件的连接可靠性。

第七步，将被测件连接到以上所述的接触检查部件的位置，由控制单元MCU控制交流信号单元生成不同频率的两个交流正弦波，将此不同频率的交流正弦波施加到被测件上。

第八步，控制单元控制MCU控制阈值设置单元和检测单元中的比较器可组成逐次逼近型模数转换器，对采样点的电压差值进行模数转换，并记录结果；

第九步，控制单元MCU依据被动元件的幅频特性的特点，根据不同频率下，电压采样点的电压差值来判断被测件的类别。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种基于交流阻抗的接触检查装置，其特征在于：包括控制单元MCU、交流信号源单元、高频变压器、阈值设置单元、测量单元和检测单元；所述的控制单元连接交流信号源单元、阈值设置单元和检测单元；所述的交流信号源单元作为输入连接到高频变压器的原边，高频变压器的副边作为输出连接到测量单元；所述的测量单元连接检测单元，从测量单元中两处拾取电压信号作为检测单元的输入；所述的检测单元将测量单元的输入和阈值设置单元的输入进行比较，接着，所述的检测单元将比较结果送至控制单元MCU；

所述控制单元MCU连接交流信号源单元的输入、阈值产生器单元的输入和光耦单元的输出，交流信号源单元的输出连接第一耦合电容的一端、第一耦合电容的另一端连接高频变压器原边的一端，高频变压器原边的另一端连接1号参考地基准SGND1，高频变压器副边的一端连接第一标准组件的一端，高频变压器副边的另一端连接2号参考地基准SGND2，第一标准组件的另一端连接第二耦合电容的一端和第一电压采样单元的输入端，第一电压采样单元的输出端连接减法器单元的一个输入端，第二耦合电容的另一端连接第二标准组件的一端，第二标准组件的另一端连接接触检查部件，接触检查部件的另一端连接第三标准组件的一端，第三标准组件的另一端连接保险丝的一端和第二电压采样单元的输入端，保险丝单元的另一端连接高频变压器副边的另一端和2号参考地基准SGND2，第二电压采样单元的输出端连接减法器单元另一个输入端，减法器单元的输出端连接检波器单元的输入端，检波器单元的输出端连接比较器单元的另一个输入端，比较器单元的输出端连接光耦单元的输入端。

2.如权利要求1所述的基于交流阻抗的接触检查装置，其特征在于：所述的阈值设置单元包括阈值产生器单元、隔离放大器单元以及阈值调整单元；所述的控制单元MCU控制阈值产生器单元产生直流电压，隔离放大器单元对直流电压进行放大后，所述阈值调整单元再次对直流电压进行适当的衰减，并将衰减后的直流电压送到比较器单元的同相输入端。

3.如权利要求1所述的基于交流阻抗的接触检查装置，其特征在于：所述的测量单元包括第一标准组件、第二耦合电容、第二标准组件、第三标准组件、保险丝单元和接触检查部件。

4.如权利要求1所述的基于交流阻抗的接触检查装置，其特征在于：所述的检测单元包括第一电压采样单元、第二电压采样单元、减法器单元、检波器单元、比较器单元和光耦单元。

5.如权利要求1所述的基于交流阻抗的接触检查装置，其特征在于：所述控制单元MCU控制交流信号源单元以生成交流正弦波，所述高频变压器将此交流正弦波耦合到测量单元，所述检测单元拾取监测点电压，由减法器单元作减法获取差值电压，再由检波器单元将交流正弦波电压转换为直流电压，将转换后的直流电压送至比较器单元的反相输入端。

6.如权利要求4所述的基于交流阻抗的接触检查装置，其特征在于：所述比较器单元对从测量电路中拾取的电压经检波器转换成的直流电压与来自阈值设置单元的输出电压进行比较，并将比较的结果经过光耦送到控制单元，所述的控制单元MCU根据光耦的输出状态来判断接触检查部件的连接可靠性。

7.如权利要求1所述的基于交流阻抗的接触检查装置，其特征在于：所述控制单元MCU、交流信号源单元、第一耦合电容、阈值产生器单元、高频变压器原边、隔离放大器的输入端和光耦单元的输出端以1号参考地基准SGND1为接地参考；高频变压器副边、第一标准组件、第二标准组件、第三标准组件、保险丝单元、接触检查部件、第二耦合电容、第一电压采样单元、第二电压采样单元、减法器单元、检波器单元、比较器单元、阈值调整单元、隔离放大器输出端和光耦输入端以2号参考地基准SGND2为接地参考。

8.一种基于交流阻抗的接触检查方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，接触检查部件连接到接触检查电路中；

第二步，控制单元MCU控制交流信号源单元生成一个频率的交流正弦信号，控制单元MCU同时控制阈值设置单元生成阈值电平送至检波器单元中比较器单元的同相输入端作为设置电压；

第三步，交流正弦信号通过变压器耦合到测量电路，电压采样电路从采样点拾取电压并送至检测电路单元中减法器；

第三步，检测电路中的减法器对两处采样电压进行相减生成差值电压，相减的结果差值电压送至检波器单元；

第四步，检波器单元将差值进行绝对值转换，并且提取相应的直流电压值送至比较器单元的反相输入端；

第五步，比较器单元将两字检波器单元的直流电压和设置电压进行比较，并将比较的结果送至控制单元MCU；

第六步，控制单元MCU根据检测单元的输出结果，结合比较算法，来判断接触检查部件的连接可靠性；

第七步，将被测件连接到以上所述的接触检查部件的位置，由控制单元MCU控制交流信号单元生成不同频率的两个交流正弦波，将此不同频率的交流正弦波施加到被测件上；

第八步，控制单元控制MCU控制阈值设置单元和检测单元中的比较器可组成逐次逼近型模数转换器，对采样点的电压差值进行模数转换，并记录结果；

第九步，控制单元MCU依据被动元件的幅频特性的特点，根据不同频率下，电压采样点的电压差值来判断被测件的类别。

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