CN111578979B

CN111578979B - 一种同轴扫描开关及控制方法

Info

Publication number: CN111578979B
Application number: CN202010454019.9A
Authority: CN
Inventors: 富雅琼; 钱璐帅; 吴娟
Original assignee: Hangzhou Ouwei Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Ouwei Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: CN111578979A

Abstract

本发明涉及一种同轴扫描开关及控制方法，用于自动切换交流信号的开关，包括端子面板、十字滑台、同轴端子连接器、底座以及控制器；端子面板包括端子支撑板、通道端子组、公共端子组；通道端子组及公共端子组中的信号端子中心线垂直与端子支撑板安装；同轴端子连接器安装在十字滑台上面，同轴端子连接器的连接端子一端通过同轴线缆与公共端子组连接；在控制器的控制下，同轴端子连接器可以沿垂直和平行端子支撑板的两个方向移动，连接端子另一端与通道端子组中的信号端子进行对接，通过本发明可以解决精密交流信号计量检定自动通道切换的问题，提高了相关计量检定业务的精度和效率。

Description

一种同轴扫描开关及控制方法

技术领域

本发明涉计量测试领域，具体涉及到一种同轴扫描开关及控制方法。

背景技术

随着测量技术，通信技术，计算机技术的不断发展和应用，计量检测已逐步实现了自动化测量。扫描开关是一种构建电学、热工自动计量检定系统的仪器设备，在自动化的测量中起到重要的作用，它能在操作面板输入或程序指令控制下，使得一组输出(或输入)信号通道在不同组输入(或输出)信号通道之间切换。

在自动计量检测领域使用最多的是低热电势扫描开关，主要应用于对标准热电偶和标准铂电阻、工作用热电偶和热电阻、直流小信号的在测量中进行转换。目前对于交流信号的转换也常借用低热电势的扫描开关，在精度不高的测试场合对测量的结果的影响不太明显，在高精度的测量场合下则对交流信号的测量精度影响很大。这是由于低热电势的扫描开关的内部结构决定的，目前商品化的低热电势转化开关常利用控制电路驱动多路磁保持式继电器动作，实现通道的转换，其内部的连接结构常见有两种：

一种，继电器焊接在PCB板上，继电器动触点的引出端通过外部导线连接到机箱面板的信号输入(或输出)的接线柱上，继电器静触点引出端通过外部导线连接到机箱面板的信号输出(或输入)的接线柱上，通过外部的导线将信号输入端与信号输出端进行连接。

另一种，继电器焊接在PCB板上，继电器通过PCB板内部的金属导线将机箱面板的信号输入端与信号输出端连接在一起。

由于上述外部导线或内部的金属导线处于非屏蔽的状态，对于高精度场合下的，对交流信号测量进行通道转换时，容易受到低热电势扫描开关内部结构中其他部件电磁的干扰，影响交流信号测量的精度。

目前为了解决上述的问题，在高精度的测量场合，对交流信号测量时进行通道转换是借助同轴线缆和同轴连接座来实现的；利用同轴线缆全路径屏蔽的优势，来避免其他的连接器件对交流信号的电磁干扰。

具体的连接结构为：同轴线缆的两端均安装有同轴连接座，信号输入端的同轴端子以及信号输出端的同轴端子均安装在面板上面；通过人工操作利用同轴线缆将信号输入端与信号输出端连接，以及完成不同信号输入(或输出)端与信号输出(或输入)端的切换；人工操作存在两个问题：

1.测量的效率低且容易出错。

2.对于高精度的测量场合，引入了新的干扰因数，比如人体温度，磁场对测量结果的影响。

综上所述，有必要提出一种新的方案，可以解决在高精度交流信号计量检定的自动切换通道问题，避免外部因素的电磁干扰，提高相关计量检定业务的效率。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种同轴扫描开关及控制方法，采用全路径同轴连接的方案，信号输入端与信号的输出端借用同轴线缆进行无电气连接，对交流信号在传输过程中进行全路径的屏蔽，自动切换交流信号检定通道；避免了外部电路的电磁干扰，提高了对交流信号的检测精度及计量检定业务的效率。

本发明提出一种同轴扫描开关，用于自动切换交流信号的开关，包括端子面板、十字滑台、同轴端子连接器、底座以及控制器；

所述端子面板包括端子支撑板、通道端子组、公共端子组；所述通道端子组与所述公共端子组均有多个信号端子组成且两者数量成倍数关系；所述通道端子组与所述公共端子组中的信号端子中心线垂直与所述端子支撑板安装；

所述十字滑台包括第一直线滑台、第二直线滑台；所述第一直线滑台安装在所述底座上面且与所述的端子支撑板平行；所述第二直线滑台垂直安装在所述第一直线滑台上面；所述第二直线滑台的滑块可以沿平行和垂直于所述端子支撑板的两方向移动；

所述同轴端子连接器包括端子连接结构、阻尼器固定座；所述端子连接结构包括连接端子、端子固定座以及阻尼器；所述连接端子通过所述端子固定座与所述阻尼器的前端相连接；所述端子连接结构通过所述阻尼器固定座与所述第二直线滑台的滑块固定连接且垂直于所述端子支撑板；所述连接端子背向所述端子支撑板的一端通过同轴线缆与所述公共端子组的信号端子相连接；所述连接端子面向所述端子支撑板的一端与所述通道端子组的信号端子进行对接；所述端子连接结构的数量与所述公共端子组中的信号端子数量匹配；所述端子连接结构中连接端子的排列姿态与所述通道端子组中的信号端子排列姿态匹配；

所述控制器，用于控制所述第二直线滑台的滑块平行和垂直所述端子支撑板的两个方向的移动。

优选的，所述第一直线滑台与所述第二直线滑台均有步进电机、丝杠滑台、电机驱动器组成；所述电机驱动器与所述步进电机连接，用于控制步进电机的运动；所述步进电机的输出轴与所述丝杠滑台的丝杠固定连接，在所述步进电机的驱动下，所述第二直线滑台的滑块可以做平行和垂直于所述端子支撑板的两个方向移动。

优选的，还包括光栅尺，所述光栅尺尺体安装在所述底座上面且平行于所述第一直线滑台，所述光栅尺读数头与所述第一直线滑台的滑块固定连接；所述光栅尺用于检测所述第一直线滑台的滑块移动位置。

优选的，还包括光电传感器，所述光电传感器接收端安装在所述通道端子组竖直列信号端子的正下方，所述光电传感器发射端安装在所述连接端子的正下方且与所述光电传感器接收端在同一高度的水平线上；用于确定所述第一直线滑台的滑块零点位置，与所述光栅尺共同对所述第一直线滑台的滑块位置进行检测。

优选的，还包括光电传感器，所述光电传感器发射端安装在所述连接端子的正下方且与所述光电传感器接收端在同一高度的水平线上，所述光电传感器接收端安装在所述通道端子组中每一竖直列信号端子的正下方或是旁边；用于检测所述第一直线滑台滑块的运动位置。

优选的，所述公共端子组包括两个信号端子或是四个信号端子，用于组成两线制单路多通道、四线制单路多通道的扫描开关。

优选的，所述通道端子组与所述公共端子组的信号端子均采用双通同轴BNC端子座；所述阻尼器的后端安装有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述连接端子在对接所述通道端子组的信号端子时的接触压力值。

本发明还提供了一种同轴扫描开关的控制方法，包括如下步骤：

(1)启动后将第二直线滑台的滑块退至初始位置，并等待通道切换指令；

(2)读取通道切换指令后，移动第一直线滑台的滑块至提前标定好的通道端子组的信号端子位置处；

(3)控制第二直线滑台的滑块向前推进，使得同轴端子连接器的连接端子与被选通道端子组的信号端子内部紧密贴合连接；

(4)读取通道断开指令后，第二直线滑台的滑块退至初始位置；等待下一通道切换指令或归零指令；如接受到切换指令则跳转到步骤(2)，如接受到归零指令则跳转到步骤(5)；

(5)读取到归零指令后，第二直线滑台的滑块退至初始零位，第一直线滑台的滑块退回至初始零位。等待通道切换指令，如接收到通道切换指令则跳转到步骤(2)。

优选的，步骤(2)中移动第一直线滑台的滑块至标定好的位置时，通过读取光栅尺返回的行程数据，采用位置式反馈算法控制第一直线滑台的滑块停至标定好的位置。

优选的，步骤(3)中推进端子连接器时，根据压力传感器的反馈信号分别调节对应每个信号端子的接触压力，使之均达到额定值。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用全路径同轴连接的方案，信号输入端与信号输出端进行无电气连接，对交流信号在传输过程中进行全路径的屏蔽，避免了外部装置的电磁干扰，提高了对精密交流信号计量检定的精度。

2.本发明可以在无人的环境下自动的切换交流信号的检定通道，避免了人体温度、磁场对高精度计量结果的影响，提高了对交流信号的测量精度及计量检定作业的效率。

附图说明

图1同轴扫描开关总体结构正面示意图；

图2光电传感器的安装位置示意图；

图3同轴扫描开关总体结构反面示意图；

图中：1：端子面板；11：端子支撑板；12：通道端子组；13：公共端子组；2：十字滑台；21：第一直线滑台；22：第二直线滑台；211：步进电机；212:丝杠滑块；3:同轴端子连接器；31:端子连接结构；32：阻尼器固定座；311：连接端子；312：端子固定座；313：压力传感器；314：气体弹簧阻尼器；4：底座；5：光栅尺；51：光栅尺尺体；52：光栅尺读数头；6：光电传感器；61：光电传感器接收端；62：光电传感器发射端；

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如图1和图3所示，一种同轴扫描开关，用于自动切换交流信号的开关，包括端子面板1、十字滑台2、同轴端子连接器3、底座4以及控制器；

端子面板1包括端子支撑板11、通道端子组12、公共端子组13；通道端子组12与公共端子组13均有多个信号端子组成且两者数量成倍数关系；通道端子组12与公共端子组13中的信号端子中心线垂直与端子支撑板11安装；

有一优选方案，通道端子组12与公共端子组13中的信号端子均采用双通同轴BNC端子座。

十字滑台2包括第一直线滑台21、第二直线滑台22；第一直线滑台21安装在底座4上面且与端子支撑板11平行；第二直线滑台22垂直安装在第一直线滑台21上面；控制器，用于控制第二直线滑台22的滑块可以沿平行和垂直于端子支撑板11的两方向移动。

有一优选方案，第一直线滑台21与第二直线滑台22均有步进电机211、丝杠滑台212、电机驱动器组成；电机驱动器与步进电机211连接，控制器通过信号线与电机驱动器相连接并发送电机控制信号，用于控制步进电机211的运动；步进电机211的输出轴与丝杠滑台212的丝杠固定连接，在步进电机211的驱动下，第二直线滑台22的滑块可以做平行和垂直于端子支撑板11的两个方向移动。

同轴端子连接器3包括端子连接结构31、阻尼器固定座32；端子连接结构31包括连接端子311、端子固定座312以及阻尼器314；连接端子311通过端子固定座312与阻尼器314的前端相连接；端子连接结构31通过阻尼器固定座32与第二直线滑台22的滑块固定连接且垂直于端子支撑板11；连接端子311背向端子支撑板11的一端通过同轴线缆(图中省略)与公共端子组13的信号端子相连接；连接端子311面向端子支撑板11的一端与通道端子组12的信号端子进行对接；端子连接结构31的数量与公共端子组13中的信号端子数量匹配；端子连接结构31中连接端子311的排列姿态与通道端子组12中的信号端子排列姿态匹配；

有一优选方案，阻尼器314的后端安装有压力传感器313，用于检测连接端子311在对接通道端子组12的信号端子时的接触压力值。

为了对第一直线滑台21的滑块移动位置进行检测，精确的确定其移动的位置，有一优选方案，同轴扫描开关中还可以安装光栅尺5，光栅尺尺体51安装在底座4上面且平行于第一直线滑台21，光栅尺读数头52与第一直线滑台21的滑块固定连接，控制器通过RS-232数据线与光栅尺5相连，用于读取光栅尺读数头52的位移数据，进而对第一直线滑台21的滑块移动位置进行精确的定位。

如图2所示，同轴扫描开关在组装完成后，为了确定第一直线滑台21滑块零点位置，有一优选方案，还可以在连接端子311的正下方安装光电传感器发射端62，在通道端子组12竖直列信号端子的正下方且与光电传感器发射端62在同一高度的水平线上安装电传感器接收端61；控制器通过信号线与光电传感器发射端62相连接以驱动发射光信号；控制器通过信号线与光电传感器接收端61相连接以读取端子连接器是否到达预定的位置；工作时，当光电传感器发射端62与光电传感器接收端61正对时，光电传感器接收端61将反馈开关信号至控制器，控制器则可将此位置作为第一直线滑台21的滑块运动的零点位置，结合光栅尺5的形成的数据共同控制第一直线滑台21滑块的运动位置。

为了对第一直线滑台21的滑块移动位置进行检测，精确的确定其移动的位置，还有一种优选方案，同轴扫描开关单独安装光电传感器6，在连接端子311的正下方安装光电传感器发射端62，在通道端子组12中每一竖直列信号端子的最下方或是旁边且与光电传感器发射端62在同一高度的水平线上的位置处均安装光电传感器接收端61，用于检测第一直线滑台21滑块的运动位置；通过控制器对第一直线滑台21的滑块移动位置进行精确的控制。

有一优选方案，公共端子组13包括两个信号端子或是四个信号端子，用于组成两线制单路多通道、四线制单路多通道转化开关。

有一具体的实施例，公共端子组13的信号端子有4个信号端子，竖直排列且中心线垂直端子支撑板11，通道端子组12的信号端子有32个信号端子，四个为一组竖直等间距排列，组成了四线制单路八通道的转换开关。

使用时，首先对组装完成的同轴扫描开关进行位置标定，有一具体的实施例的标定的方法如下：

(1)光电传感器发射端61正对光电传感器接收端62的位置作为第一直线滑台21滑块运动的零点位置，记录此时光栅尺5的数据；

(2)驱动第一直线滑台21滑块运动至同轴端子连接器3正对面板上的通道端子组中的每一竖直列的信号端子，记录光栅尺5在各位置上的读数，并将其作为选通各通道的第一直线滑台21滑块的目标位置。

有一优选方案，通过读取光栅尺返回的行程数据，采用位置式反馈算法控制第一直线滑台的滑块停至标定好的位置；

有一优选方案，为了使每个信号端子在对接时接触压力均匀，根据压力传感器的反馈信号分别调节对应每个信号端子的接触压力，使之均达到额定值；

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神前提下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims

1.一种同轴扫描开关，用于自动切换交流信号的开关，其特征在于：包括端子面板、十字滑台、同轴端子连接器、底座以及控制器；

所述端子面板包括端子支撑板、通道端子组、公共端子组；所述通道端子组与所述公共端子组均由多个信号端子组成且两者数量成倍数关系；所述通道端子组与所述公共端子组中的信号端子中心线垂直与所述端子支撑板安装；

2.根据权利要求1所述的一种同轴扫描开关，其特征在于：所述第一直线滑台与所述第二直线滑台均由步进电机、丝杠滑台、电机驱动器组成；所述电机驱动器与所述步进电机连接，用于控制步进电机的运动；所述步进电机的输出轴与所述丝杠滑台的丝杠固定连接，在所述步进电机的驱动下，所述第二直线滑台的滑块可以做平行和垂直于所述端子支撑板的两个方向移动。

3.根据权利要求1所述的一种同轴扫描开关，其特征在于：还包括光栅尺，所述光栅尺尺体安装在所述底座上面且平行于所述第一直线滑台，所述光栅尺读数头与所述第一直线滑台的滑块固定连接；所述光栅尺用于检测所述第一直线滑台的滑块移动位置。

4.根据权利要求3所述的一种同轴扫描开关，其特征在于：还包括光电传感器，所述光电传感器接收端安装在所述通道端子组竖直列信号端子的正下方，所述光电传感器发射端安装在所述连接端子的正下方且与所述光电传感器接收端在同一高度的水平线上；用于确定所述第一直线滑台的滑块零点位置，与所述光栅尺共同对所述第一直线滑台的滑块位置进行检测。

5.根据权利要求3所述的一种同轴扫描开关，其特征在于：还包括光电传感器，所述光电传感器发射端安装在所述连接端子的正下方且与所述光电传感器接收端在同一高度的水平线上，所述光电传感器接收端安装在所述通道端子组中每一竖直列信号端子的正下方或是旁边；用于检测所述第一直线滑台滑块的运动位置。

6.根据权利要求1所述的一种同轴扫描开关，其特征在于：所述公共端子组包括两个信号端子或是四个信号端子，用于组成两线制单路多通道、四线制单路多通道的扫描开关。

7.根据权利要求1所述的一种同轴扫描开关，其特征在于：所述通道端子组与所述公共端子组的信号端子均采用双通同轴BNC端子座；所述阻尼器的后端安装有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述连接端子在对接所述通道端子组的信号端子时的接触压力值。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种同轴扫描开关的控制方法，包括如下步骤：

（1）启动后将第二直线滑台的滑块退至初始位置，并等待通道切换指令；

（2）读取通道切换指令后，移动第一直线滑台的滑块至提前标定好的通道端子组的信号端子位置处；

（3）控制第二直线滑台的滑块向前推进，使得同轴端子连接器的连接端子与被选通道端子组的信号端子内部紧密贴合连接；

（4）读取通道断开指令后，第二直线滑台的滑块退至初始位置；等待下一通道切换指令或归零指令；如接受到切换指令则跳转到步骤（2），如接受到归零指令则跳转到步骤（5）；

（5）读取到归零指令后，第二直线滑台的滑块退至初始零位，第一直线滑台的滑块退回至初始零位；等待通道切换指令，如接收到通道切换指令则跳转到步骤（2）。

9.根据权利要求3所述的一种同轴扫描开关的控制方法，其特征在于：

（5）读取到归零指令后，第二直线滑台的滑块退至初始零位，第一直线滑台的滑块退回至初始零位；等待通道切换指令，如接收到通道切换指令则跳转到步骤（2）；

步骤（2）中移动第一直线滑台的滑块至标定好的位置时，通过读取光栅尺返回的行程数据，采用位置式反馈算法控制第一直线滑台的滑块停至标定好的位置。

10.根据权利要求7所述的一种同轴扫描开关的控制方法，其特征在于：

步骤（3）中推进端子连接器时，根据压力传感器的反馈信号分别调节对应每个信号端子的接触压力，使之均达到额定值。