CN114755482A - 一种电气触头直流压降及回路电阻测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气触头直流压降及回路电阻测试系统，包括：高速模数数模转换装置，包括多路DAC转换电路和多路ADC转换电路；可调恒流电源，用于为测试的接触式电气元件的电气触头提供恒定的工作电流；小信号放大装置，输入端与待测试的电气触头的信号输出端相连，小信号放大装置的输出端接入ADC转换电路的输入端；嵌入式控制装置，与ADC转换电路的输出端相连，实时采集ADC转换电路的实时电压并处理后打包发出；触控显示装置，与嵌入式控制装置的数据串口相连，用于显示测试波形并且进行人机交互。本申请能够适应于不同类型的低压电器行业触头类产品的回路电阻测试，测试精度高，工作可靠性好，测试结果可直观显示，便于测试人员进行问题的判断及追溯。

Description

一种电气触头直流压降及回路电阻测试系统

技术领域

本发明涉及测试设备技术领域，尤其是电气元件领域的测试设备，具体涉及一种电气触头直流压降及回路电阻测试系统。

背景技术

为了能够电气元件的性能进行测定，进而实现产品品控以及为产品研发提供测试依据，市面上现有的对电气元件进行内阻测试的方案，基本是通过DSP芯片进行采样，但是DSP芯片本身并行处理性能很低，所以只能串行分时采样，导致其单通道采样频率只有1KHz左右，也就是采样周期在1ms左右，而对于接触器测试系统而言，1ms的采样周期根本无法做到接触器关键性能的测试，导致测量精度和采样频率不够，测量数据误差较大。现有的测试方案除了存在上述问题，还存在以下缺陷：无法实时显示波形，使得实验人员无法判断问题原因，由于没有隔离安全电路的存在，还导致可靠性差，容易坏，再有就是兼容性差，无法实现一机覆盖客户全系列产品，尤其是同属于低压电器行业触头类产品，如接触器、塑壳断路器、万能式断路器，无法通过一个机器满足一类型的产品测试，导致客户投入的测试机器多，测试成本大，也影响了测试效率。

因此，如何提供一个安全可靠且能够实现一机多能的接触内阻测试系统，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种电气触头直流压降及回路电阻测试系统，能够适应于不同类型的低压电器行业触头类产品的测试，测试精度高，工作可靠性好，测试结果可直观显示，便于测试人员进行问题的判断及追溯。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种电气触头直流压降及回路电阻测试系统，包括：

高速模数数模转换装置，包括多路DAC转换电路和多路ADC转换电路；

可调恒流电源，可调恒流电源的输入端与所述DAC转换电路的输出端相连，所述DAC转换电路的输入端与外部电源相连，可调恒流电源的输出端连接待检测的接触式电气元件的电气触头，用于为测试的接触式电气元件的电气触头提供恒定的工作电流；

小信号放大装置，输入端与待测试的电气触头的信号输出端相连，所述小信号放大装置的输出端接入所述ADC转换电路的输入端；

嵌入式控制装置，与所述ADC转换电路的输出端相连，实时采集ADC转换电路的实时电压并处理后打包发出；

触控显示装置，与所述嵌入式控制装置的数据串口相连，用于显示测试波形并且进行人机交互。

对于上述技术方案，申请人还有进一步的优化措施。

可选地，所述嵌入式控制装置实时采集ADC转换电路的实时电压并处理的步骤是：

采集测试系统回路中待测试的电气触头经放大后的实时电压值并进行数据处理，再通过TCP/IP协议或者RS485协议上传至上位机或者工控机，同时完成两路DAC调制信号的产生与控制，以及8路数字输入通道和8路数字输出通道的控制。

进一步地，所述嵌入式控制装置使用直接数字频率合成算法计算DAC输出幅值，以实现一个幅值、频率和相位均可以动态调整的波形作为交直流电源控制装置中功率放大器的输入信号，控制所述交直流电源控制装置发出对应幅值的工作电压驱动待测的电气元件的工作。

可选地，所述可调恒流电源包括电子负载、电流传感器以及开关电源，所述电子负载的输入端与所述开关电源的输出端相连，所述电流传感器与所述电子负载的输出端串联，所述高速模数数模转换装置中的一路ADC转换电路与所述电流传感器相连，采集所述电流传感器的数据并进行反馈补偿，得到补偿后的恒流输出再送往待测试的电气触头。

可选地，小信号放大电路包括4路小信号放大模块，设于所述电气元件的信号采集端并对信号放大后送往所述高速模数数模转换装置中的另一路ADC转换电路。

可选地，所述小信号放大模块包括信号放大运放器以及组件电路。

进一步地，所述运算放大器为OPA217芯片。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明的电气触头直流压降及回路电阻测试系统，其采用特别设计的可调恒流电源，能够保证给予电气元件的稳定的工作电源，保证提供的恒流源精度高，线性度好，结合小信号放大装置对待检测信号进行放大后再采集分析，能够保证测试的精度高，提高测试可靠性。

进一步地，嵌入式控制装置采用了高效灵活的高速数据采集模块，可实现任何接触器、塑壳断路器和万能式断路器等产品的测试需要，因而可同时适配塑壳断路器、接触器和万能式断路器的检测和实验，方便了客户，简化了维护成本。

更进一步地，本申请的电气元件直流压降及回路电阻测试系统在所有电路均进行了电源和信号电气隔离，经过实测整个系统电路的工作可靠性高，即使在强电磁干扰环境下依然可以高效运行，有效保障了系统的工作可靠性和稳定性。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的电气触头直流压降及回路电阻测试系统的工作原理框图；

图2是根据本发明一个实施例的电气触头直流压降及回路电阻测试系统中嵌入式控制装置中直接数字频率合成(DDS)算法的算法框图；

图3是根据本发明一个实施例的电气触头直流压降及回路电阻测试系统中嵌入式控制装置中小信号放大电路的模块图；

图4是根据本发明一个实施例的电气触头直流压降及回路电阻测试系统中高速模数数模转换电路的电路图。

附图标记如下：

1、高速模数数模转换装置；

2、嵌入式控制装置；

3、触控显示装置；

4、可调恒流电源，41、电子负载，42、电流传感器，43、开关电源；

5、小信号放大装置；

6、接触式电气元件的电气触头；。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例描述了一种电气触头直流压降及回路电阻测试系统，如图1所示，包括：

高速模数数模转换装置1，包括多路DAC转换电路和多路ADC转换电路；

可调恒流电源4，可调恒流电源4的输入端与所述DAC转换电路的输出端相连，所述DAC转换电路的输入端与外部电源相连，可调恒流电源4的输出端连接待检测的接触式电气元件的电气触头6，用于为测试的接触式电气元件的电气触头6提供恒定的工作电流；

小信号放大装置5，输入端与待测试的电气触头6的信号输出端相连，所述小信号放大装置5的输出端接入所述ADC转换电路的输入端；

嵌入式控制装置2，与所述ADC转换电路的输出端相连，实时采集ADC转换电路的实时电压并处理后打包发出；

触控显示装置3，与所述嵌入式控制装置2的数据串口相连，用于显示测试波形并且进行人机交互。

如图4所示，高速模数数模转换电路主要由ADC电路、DAC电路组成。ADC电路使用两片AD7606芯片组成16通道3.2MHz并行采集，而DAC电路使用4片DAC8562芯片组成8路DAC。

所述可调恒流电源4包括电子负载41、电流传感器42以及开关电源43，所述电子负载41的输入端与所述开关电源43的输出端相连，所述电流传感器42与所述电子负载41的输出端串联，所述高速模数数模转换装置1中的一路ADC转换电路与所述电流传感器42相连，采集所述电流传感器42的数据并进行反馈补偿，得到补偿后的恒流输出再送往待测试的电气触头6。所述开关电源43采用的是5V300A开关电源。

如图3所示，小信号放大电路包括4路小信号放大模块，设于所述电气元件6的信号采集端并对信号放大后送往所述高速模数数模转换装置1中的另一路ADC转换电路。所述小信号放大模块包括信号放大运放器以及组件电路，所述运算放大器为OPA217芯片。

本实施例的电气触头直流压降及回路电阻测试系统还包括作为所述外部电源的5V300A开关电源，所述5V300A开关电源连接待检测的电气元件。

本实施例的电气元件电气触头直流压降及回路电阻测试系统，开关电源结合可调恒流电源4能够提供多个供电电压，基本上可覆盖市面上所有接触类电气元件的电源类型，嵌入式控制装置2采用了高效灵活的高速数据采集模块，可实现任何接触器、塑壳断路器和万能式断路器等产品的测试需要，因而可同时适配塑壳断路器、接触器和万能式断路器的检测和实验，方便了客户，简化了维护成本。

选地，所述嵌入式控制装置2实时采集多路ADC通道的实时电压并处理的步骤是：采集测试系统回路中16路ADC通道的实时电压值并进行数据处理，再通过TCP/IP协议或者RS485协议上传至上位机或者工控机，同时完成两路DAC调制信号的产生与控制，以及8路数字输入通道和8路数字输出通道的控制。所述嵌入式控制装置2一般性地可以包括ARM和FPGA两部分的程控。具体说来是包括采样和通讯两部分，其中：

采样部分支持实现8通道同步AD转换采集，采样频率200Khz，AD位数16bit；支持4通道差分AD转换采集，采样频率200Khz，AD位数16bit；采样输入为±10V；支持8路同时高频连续采样可达1000ms；支持多种采集模式的动态切换。

通信部分是采用Lwip传输采集数据，实现的是Modbus-RS485命令传输、算法控制下的DAC幅值可控(频率/振幅)传输以及各类动态参数设置。数据缓存模块主要有ARM扩展32M缓存，FPGA扩展两片512K的SRAM作为高速数据采集缓存。

所述嵌入式控制装置2使用直接数字频率合成(DDS)算法计算DAC输出幅值，以实现一个幅值、频率和相位均可以动态调整的波形作为交直流电源控制装置1中功率放大器的输入信号，控制所述交直流电源控制装置1发出对应幅值的工作电压驱动待测的电气元件6的工作。

直接数字频率合成(DDS)算法，如图2所示，主要由相位累加器、相位调制器以及查找表组成。其中，相位累加器由32位加法器与32位寄存器构成。在每个时钟上升沿，加法器就将频率控制字与累加寄存器输出的相位数据相加，相加的结果又反馈至累加寄存器的数据输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。即在每一个时钟脉冲输入时，相位累加器便把频率控制字累加一次。相位累加器输出的数据就是合成信号的相位。相位累加器的溢出频率，就是DDS输出的信号频率。用相位累加器输出的数据，作为波形存储器的相位采样地址，这样就可以把存储在波形存储器里的波形采样值经查表找出，完成相位到幅度的转换。波形存储器的输出数据送到D/A转换器，由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号输出，进而在所述触控显示装置3中进行显示。

另外，所述嵌入式控制装置2的输入输出部分有DC24V大的8路通用输入和8路通用输出。其中，输出支持24V、0.5A功率，外部提供电源，支持速率100Khz。2路16位的DA可调输出，输出范围：±10V，输出使用200Khz分辨率DAC、生成不低于1Khz的正弦波。

另外，本实施例的电气触头直流压降及回路电阻测试系统在所有电路均进行了电源和信号电气隔离，经过实测整个系统电路的工作可靠性高，即使在强电磁干扰环境下依然可以高效运行，有效保障了系统的工作可靠性和稳定性。具体说来，本系统的主控与周边芯片比如DAC，达宁顿管的通信全部通过隔离芯片(ISO7240)进行隔离与防护，这是最主要的隔离措施。而主控，DAC，继电器部分采用三个隔离电源，这样就避免了产品线圈、继电器线圈以及现场变频器等强干扰源对于整个系统的干扰以及不可逆的硬件损坏。本系统引出到外部的接线和通信线均采用屏蔽线，比如SMA线和RS485屏蔽线，虽然成本上稍有提高，但是彻底解决了以往不知原因的通信中断以及板卡损坏问题。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电气触头直流压降及回路电阻测试系统，其特征在于，包括：

高速模数数模转换装置，包括多路DAC转换电路和多路ADC转换电路；

可调恒流电源，可调恒流电源的输入端与所述DAC转换电路的输出端相连，所述DAC转换电路的输入端与外部电源相连，可调恒流电源的输出端连接待检测的接触式电气元件的电气触头，用于为测试的接触式电气元件的电气触头提供恒定的工作电流；

小信号放大装置，输入端与待测试的电气触头的信号输出端相连，所述小信号放大装置的输出端接入所述ADC转换电路的输入端；

嵌入式控制装置，与所述ADC转换电路的输出端相连，实时采集ADC转换电路的实时电压并处理后打包发出；

触控显示装置，与所述嵌入式控制装置的数据串口相连，用于显示测试波形并且进行人机交互。

2.根据权利要求1所述的电气触头直流压降及回路电阻测试系统，其特征在于，所述嵌入式控制装置实时采集ADC转换电路的实时电压并处理的步骤是：

采集测试系统回路中待测试的电气触头经放大后的实时电压值并进行数据处理，再通过TCP/IP协议或者RS485协议上传至上位机或者工控机，同时完成两路DAC调制信号的产生与控制，以及8路数字输入通道和8路数字输出通道的控制。

3.根据权利要求1或2所述的电气触头直流压降及回路电阻测试系统，其特征在于，所述嵌入式控制装置使用直接数字频率合成算法计算DAC输出幅值，以实现一个幅值、频率和相位均可以动态调整的波形作为交直流电源控制装置中功率放大器的输入信号，控制所述交直流电源控制装置发出对应幅值的工作电压驱动待测的电气元件的工作。

4.根据权利要求1所述的电气触头直流压降及回路电阻测试系统，其特征在于，所述可调恒流电源包括电子负载、电流传感器以及开关电源，所述电子负载的输入端与所述开关电源的输出端相连，所述电流传感器与所述电子负载的输出端串联，所述高速模数数模转换装置中的一路ADC转换电路与所述电流传感器相连，采集所述电流传感器的数据并进行反馈补偿，得到补偿后的恒流输出再送往待测试的电气触头。

5.根据权利要求1所述的电气触头直流压降及回路电阻测试系统，其特征在于，小信号放大电路包括4路小信号放大模块，设于所述电气元件的信号采集端并对信号放大后送往所述高速模数数模转换装置中的另一路ADC转换电路。

6.根据权利要求5所述的电气触头直流压降及回路电阻测试系统，其特征在于，所述小信号放大模块包括信号放大运放器以及组件电路。

7.根据权利要求6所述的电气触头直流压降及回路电阻测试系统，其特征在于，所述运算放大器为OPA217芯片。

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