CN116413491A - 一种宽量程高精度自适应的测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽量程高精度自适应的测量系统及方法，此系统包括数据比较器以及分别与所述数据比较器连接的预处理模块、可变增益控制器、二次处理模块，所述预处理模块与所述可变增益控制器连接；所述预处理模块用于采集并处理采样的外部接触电阻两端的电压或电流信号；所述数据比较器用于比较采集的数据集与设定的数据集之间的差异；所述可变增益控制器用于调节信号输入量来控制输出，以维持系统输出的信号稳定在理想水平；所述二次处理模块用于对采集的信号进行二次处理后输出。其能够自适应采集外部接触电阻两端的电压或电流信号，准确表征实际应用，提高了故障分析的效率。

Description

一种宽量程高精度自适应的测量系统及方法

技术领域

本发明涉及万用表技术领域，尤其是涉及一种宽量程高精度自适应的测量系统及方法。

背景技术

市场上出现的手持式测量设备，以简单快速方便为特点，但是针对精密测量需求存在很大的局限性。比如日渐兴起的穿戴设备，智能物联网等应用场景，测量精度等要求无法满足。

现有的技术中，万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表(微安表)做表头。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。

1a.如图1a所示，在表头上并联一个适当的电阻(叫分流电阻)进行分流，就可以扩展电流量程。改变分流电阻的阻值，就能改变电流测量范围。

1b.如图1b所示，在表头上串联一个适当的电阻(叫倍增电阻)进行降压，就可以扩展电压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变电压的测量范围。

1c.如图1c所示，因为表头是直流表，所以测量交流时，需加装一个并、串式半波整流电路，将交流进行整流变成直流后再通过表头，这样就可以根据直流电的大小来测量交流电压。扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似。

1d.如图1d所示，在表头上并联和串联适当的电阻，同时串接一节电池，使电流通过被测电阻，根据电流的大小，就可测量出电阻值。改变分流电阻的阻值，就能改变电阻的量程。

此类测量方法的缺点：扩展量程有限，举个例子，如被测试目标阻值与设备等效阻抗值接近甚至小于设备，则测试得到的值并不是真实有效的，而是二者的并联等效值。再举个例子，如被测试目标电压值过低，容易受应用环境噪声干扰，并不能得到真实有效的电压值。

针对开短路测试，原理如下：开路通常被等效为极大的阻抗值(量级可达几十MΩ)，短路则被等效为极小的阻抗值(量级可达几十mΩ)。对于实际应用中经常出现的接触不良，则无法自适应。因为接触不良可以等效的阻抗值范围极大，从几十mΩ到几十MΩ，导致实际应用时无法准确表征，对系统板中的故障失效分析带来很大的不便。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种宽量程高精度自适应的测量系统及方法，其能够自适应采集外部接触电阻两端的电压或电流信号，准确表征实际应用，提高了故障分析的效率。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种宽量程高精度自适应的测量系统，包括数据比较器以及分别与所述数据比较器连接的预处理模块、可变增益控制器、二次处理模块，所述预处理模块与所述可变增益控制器连接；

所述预处理模块用于采集并处理采样的外部接触电阻两端的电压或电流信号；

所述数据比较器用于比较采集的数据集与设定的数据集之间的差异；

所述可变增益控制器用于调节信号输入量来控制输出，以维持系统输出的信号稳定在理想水平；

所述二次处理模块用于对采集的信号进行二次处理后输出。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述预处理模块为预放大模块，所述数据比较器为电阻门限多段检测模块，所述二次处理模块包括相互连接的数字信号处理器与输出模块，所述数字信号处理器与所述电阻门限多段检测模块连接。

一种宽量程高精度自适应的测量方法，包括以下步骤：采样到外部接触电阻两端的电压或电流信号，经过预放大模块处理后送入到电阻门限多段检测模块，采样值未超过Rref，则检测结果直接由数字信号处理器处理后输出；

当采样值超过且处于设定的某一段值区间时，控制可变增益控制器，送入到预放大模块，使其自动调整增益，保证采样信号的有效性，如无该处理过程，则接触电阻过大，预放大模块输出失真信号，无法准确表达该测量值，最后的输出是错误信号。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述Rref表征范围设定为几十mΩ且不超过100mΩ。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述可变增益控制器环路控制处理后的信号送入到所述电阻门限多段检测模块后，得到对应的信号，再由所述数字信号处理器处理送到输出即可。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.本发明公开了一种宽量程高精度自适应的测量系统及方法，其通过所述预处理模块、数据比较器以及可变增益控制器构成的环路控制达到宽量程自适应高精度的技术效果。外部电压电流信号经过预处理模块放大，超出初始量程，则通过可变增益控制器调节预处理模块增益，使采样信号放大不至于失真，最终得到一个等比例放大的信号，送入数据比较器，产生相应的比较结果。

2.本发明通过所述二次处理模块产生低噪声的技术效果，因环路过程中，易引入输入端的噪声干扰，前面数据比较器输出结果是需要滤除噪声的。

附图说明

图1为本发明展示现有技术中万用表的原理图。

图2为本发明的结构框图。

图3为本发明具体实现的结构框图。

附图标记：1、数据比较器；11、电阻门限多段检测模块；2、预处理模块；21、预放大模块；3、可变增益控制器；4、二次处理模块；41、数字信号处理器；42、输出模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一：

参照图2，为本发明公开的一种宽量程高精度自适应的测量系统，包括数据比较器1以及分别与数据比较器1连接的预处理模块2、可变增益控制器3、二次处理模块4，预处理模块2与可变增益控制器3连接；

预处理模块2用于采集并处理采样的外部接触电阻两端的电压或电流信号；数据比较器1用于比较采集的数据集与设定的数据集之间的差异；可变增益控制器3用于调节信号输入量来控制输出，以维持系统输出的信号稳定在理想水平；二次处理模块4用于对采集的信号进行二次处理后输出。

进一步的，参照图3，预处理模块2为预放大模块21，数据比较器1为电阻门限多段检测模块11，二次处理模块4包括相互连接的数字信号处理器41与输出模块42，数字信号处理器41与电阻门限多段检测模块11连接。

实施例二：

一种宽量程高精度自适应的测量方法，包括以下步骤：采样到外部接触电阻两端的电压或电流信号，经过预放大模块21处理后送入到电阻门限多段检测模块11，采样值未超过Rref，则检测结果直接由数字信号处理器41处理后输出；

当采样值超过且处于设定的某一段值区间时，控制可变增益控制器3，送入到预放大模块21，使其自动调整增益，保证采样信号的有效性，如无该处理过程，则接触电阻过大，预放大模块21输出失真信号，无法准确表达该测量值，最后的输出是错误信号。

其中，Rref表征范围设定为几十mΩ且不超过100mΩ。可变增益控制器3环路控制处理后的信号送入到电阻门限多段检测模块11后，得到对应的信号，再由数字信号处理器41处理送到输出即可。

本实施例的实施原理为：本发明公开了一种宽量程高精度自适应的测量系统及方法，其通过所述预处理模块2、数据比较器1以及可变增益控制器3构成的环路控制达到宽量程自适应高精度的技术效果。外部电压电流信号经过预处理模块2放大，超出初始量程，则通过可变增益控制器3调节预处理模块2增益，使采样信号放大不至于失真，最终得到一个等比例放大的信号，送入数据比较器1，产生相应的比较结果。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种宽量程高精度自适应的测量系统，其特征在于，包括数据比较器(1)以及分别与所述数据比较器(1)连接的预处理模块(2)、可变增益控制器(3)、二次处理模块(4)，所述预处理模块(2)与所述可变增益控制器(3)连接；

所述预处理模块(2)用于采集并处理采样的外部接触电阻两端的电压或电流信号；

所述数据比较器(1)用于比较采集的数据集与设定的数据集之间的差异；

所述可变增益控制器(3)用于调节信号输入量来控制输出，以维持系统输出的信号稳定在理想水平；

所述二次处理模块(4)用于对采集的信号进行二次处理后输出。

2.根据权利要求1所述的一种宽量程高精度自适应的测量系统，其特征在于，所述预处理模块(2)为预放大模块(21)，所述数据比较器(1)为电阻门限多段检测模块(11)，所述二次处理模块(4)包括相互连接的数字信号处理器(41)与输出模块(42)，所述数字信号处理器(41)与所述电阻门限多段检测模块(11)连接。

3.一种宽量程高精度自适应的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：采样到外部接触电阻两端的电压或电流信号，经过预放大模块(21)处理后送入到电阻门限多段检测模块(11)，采样值未超过Rref，则检测结果直接由数字信号处理器(41)处理后输出；

当采样值超过且处于设定的某一段值区间时，控制可变增益控制器(3)，送入到预放大模块(21)，使其自动调整增益，保证采样信号的有效性，如无该处理过程，则接触电阻过大，预放大模块(21)输出失真信号，无法准确表达该测量值，最后的输出是错误信号。

4.根据权利要求3所述的一种宽量程高精度自适应的测量方法，其特征在于，所述Rref表征范围设定为几十mΩ且不超过100mΩ。

5.根据权利要求3所述的一种宽量程高精度自适应的测量方法，其特征在于，所述可变增益控制器(3)环路控制处理后的信号送入到所述电阻门限多段检测模块(11)后，得到对应的信号，再由所述数字信号处理器(41)处理送到输出即可。

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