CN1297821C - 基于非线性电阻片的智能脉冲电流多参数数字测量装置 - Google Patents

Abstract

基于非线性电阻片的智能脉冲电流多参数数字测量装置，包括与脉冲电流发生电路相连的电流传感器与电压传感器，它们将脉冲电流信号和脉冲电压信号分别接至脉冲电流测试单元与脉冲电压测试单元，脉冲电流和脉冲电压测试单元首先对模拟脉冲信号进行模数转换并存储在动态存储器中，然后由CPU单元对数字信号进行处理，计算脉冲信号的各种物理参数。本发明除具有一般峰值电压表脉冲峰值测量与显示及量程与倍率设置功能外，还具有跟踪被测信号的极性，对正、负极性的信号进行自动测量，计算脉冲试验的多种物理参数，以及根据脉冲电流发生电流或脉冲电压的试验波形对被试品脉冲试验结果自动进行判别等功能。

Description

基于非线性电阻片的智能脉冲电流多参数数字测量装置

技术领域

本发明属于氧化锌避雷器阀片或压敏电阻片脉冲电流发生电路电气性能测试装置，特别涉及一种基于非线性电阻片的智能脉冲电流多参数数字测量装置。

背景技术

IEC和国标规定：出厂的每个氧化锌阀片应经过脉冲电流发生电流试验，包括8/20μs脉冲电流试验和2ms方波的筛选即通流容量耐受试验。8/20μs脉冲电流试验的测试参数包括脉冲电流峰值、脉冲电压、波形时间参数及试验结果的判别等；2ms脉冲电流发生电路能量耐受试验的测试参数主要指脉冲电流峰值，更确切地讲应是脉冲电流的能量，以及试验结果的判别。但目前国内外的脉冲电流测试装置(包括国际知名的Haefely峰值电压测试仪表)，都存在如下的缺陷：1、不能计算脉冲电流试验的波形时间参数；2、无法计算脉冲试验的能量；3、无法对试品脉冲试验结果进行判别，因而不能自动控制脉冲电流试验的进程；4、不具有自动跟踪脉冲信号的正负极性，不能对正负极性的脉冲信号极性自动测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作方便、高效、高可靠性，且能够在大生产中快速、准确地对非线性电阻片进行脉冲电流自动测试的基于非线性电阻片的智能脉冲电流多参数数字测量装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：包括脉冲电流发生电路和与脉冲电流发生电路相连的电流传感器和电压传感器，电流传感器与峰值电流测试单元相连接并将脉冲试验的电流引入峰值电流测试单元，电压传感器与峰值电压测试单元相连接并将脉冲试验的电压引入峰值电压测试单元，其特点是，峰值电流测试单元和峰值电压测试单元均包括脉冲信号衰减电路、脉冲极性判别电路、脉冲信号模拟调理电路、模数转换电路、动态数据存储电路、CPU数据处理与控制电路以及显示电路，脉冲信号衰减电路的输入端与电流传感器和电压传感器相连接，脉冲信号衰减电路的输出端通过脉冲信号模拟调理电路和模数转换电路的输入端相连接，模数转换电路的输出端通过动态数据存储电路与CPU数据处理与控制电路相连接，CPU数据处理与控制电路的输出端还与显示电路、动态数据存储电路及模数转换电路的另一输入端相连接。

本发明的另一特点是：脉冲极性判别电路和模拟信号调理电路包括与控制开关K1串联的继电器J1，通过继电器J1的触点将电阻R1分别与串连的电阻R2和电位器R4或电阻R3和电位器R5连接，电阻R1与精密电源稳压集成电路IC1的输出端电连接，精密电源稳压集成电路IC1的输出端还与A/D转换器IC4的基准电源及通过电阻R1与集成运算放大器IC3的输入端相连接，IC2的输出端通过电阻R6接至集成运算放大器IC3的反向输入端，集成运算放大器IC3的反向输入端与集成运算放大器IC3的输出端之间跨接有电阻R7，IC3的输出端与IC4的模拟输入端电连接；动态数据存储电路中包含两个八位双向总线发送器/接收器IC5、IC6以及数字信号储存器件IC7，其中IC5的动作由脉冲信号同步触发，IC5数字信号输入IC5(A0-A7)与模数转换电路9的IC4(D0-D7)分别对应相连，IC5的输出信号IC5(B0-B7)与IC7的数据信号端IC7(D0-D7)以及IC6数字信号输入IC6(A0-A7)对应连接，IC6的输出信号IC6(B0-B7)将输出到CPU数据处理与控制电路的对应数据端口上；显示电路包括参数显示单元以及与参数显示单元相连接的复位与光标移动单元和功能设置单元。

由于本发明包含有脉冲信号衰减电路、脉冲信号极性判别电路、脉冲信号模拟调理电路，模数转换单元、动态数据存储单元、数据处理与控制单元以及输出单元。经过脉冲信号模拟调理电路的输出信号输入到模数转换电路中，其转换的结果存储于动态存储器中，微型计算机读取动态存储器中的数字信号后，进行数据处理，从而计算脉冲信号的各种波形参数(包括脉冲试验的能量以及脉冲电流与电压的峰值、波前时间、半峰值时间与反极性振荡)，并根据脉冲电流或脉冲电压信号的波形自动判定被试品的试验结果。若试品通过试验，则试验继续进行；反之输出坏片信息给执行机构，或切断高压回路，中止试验。该测试仪表操作方便、可靠性强、效率高，能够快速、准确地对非线性电阻片进行脉冲电流自动测试。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2(a)是本发明峰值电流测试单元4和峰值电压测试单元5的结构框图，图2(b)是本发明脉冲极性判别电路7、脉冲信号模拟调理电路8和模数转换电路9的电路原理图；图2(c)是本发明动态数据存储电路10的电路原理图；

图3为本发明的参数设置与显示的结构框图；

图4是本发明的测试原理图；

图5为本发明计算测试脉冲峰值的流程图；

图6为本发明计算脉冲波形时间参数测试的流程图，其中图6(a)为计算8/20脉冲电流发生电路波形时间参数测试的流程图，图6(b)为计算2ms方波电流波形时间参数的测试流程图；

图7是本发明脉冲电流实验过程中，试品出现坏片的波形图，其中图7(a)为8/20脉冲电流试验坏片时，试品两端的残压波形图，图7(b)为2ms方波脉冲试验通过坏片的脉冲电流波形；

图8是本发明坏片处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明中包括脉冲电流发生电路1和与之相连的电流传感器2和电压传感器3，电流传感器2将脉冲试验的电流引入峰值电流测试单元4，电压传感器3将脉冲试验的电压引入峰值电压测试单元5。

参见图2a，峰值电流测试单元4和电压测试单元5均包括脉冲信号衰减电路6、脉冲极性判别电路7、脉冲信号模拟调理电路8、模数转换电路9、动态数据存储电路10、CPU数据处理与控制电路11以及显示电路12，脉冲信号衰减电路6的输入端与电流传感器2和电压传感器3相连接，脉冲极性判别电路7的输入端由控制开关K1自动控制，脉冲信号衰减电路6的输出端通过脉冲信号模拟调理电路8和模数转换电路9的输入端相连接，模数转换电路9的输出端通过动态数据存储电路10与CPU数据处理与控制电路11相连接，CPU数据处理与控制电路11的输出端还与显示电路12、动态数据存储电路10及模数转换电路9的控制端和信号输入与输出端相连接。其工作原理如下：从电流传感器2或电压传感器3过来的信号经过衰减电路6、脉冲极性判别电路7以及脉冲信号模拟调理电路8处理后，输入到模数转换电路9，经过模数转换9后的数字数据首先存储在动态数据存储电路10中，模数转换电路9工作结束，CPU数据处理与控制电路11读取动态数据存储电路10中的数据信号，对其进行处理，并将处理的结果在显示电路12进行显示。

参见图2b，脉冲极性判别电路7中含有控制开关K1、继电器J1和电阻R1、R2、R3以及电位器R4、R5；脉冲信号模拟调理电路8中含有IC2(AD8041)、IC3(AD8041)。模数转换电路9包含IC4(AD9057)；控制开关K1的和作由可编程控制器或计算机单元控制；IC1(MC1403)为精密电源稳压集成电路，输入电压从IC1(1)输入，输出2.5V的电源，一方面与IC4(3)相连，作为A/D转换器IC4(AD9057)的参考输入电压；另一方面通过电阻R1与IC3(3)相连，为集成运算放大器IC3提供电压。需要测试的脉冲信号从IC2(3)输入，IC2射极跟随电路的输出端IC2(6)通过一电阻R6接至反向比例运算电路IC3的反向输入端IC3(2)，反向输入端IC3(2)与IC3输出端IC3(6)之间跨接有电阻R7。当脉冲信号为正极性时，控制开关K1接通，继电器J1得电，其触头J1(6)与J1(8)接通，IC1(2)输出的基准电压通过电阻R1、R3和电位器R5分压，其电压Va接至反向比例运算电路IC3的同向输入端IC3(3)。运放电路IC3的输出端IC3(6)接至A/D转换电路IC4的模拟信号输入端IC4(7)，A/D转换电路IC4的输出数字信号D0-D7与动态数据存储电路中IC5的A0-A7相连接。

参见图2c，动态数据存储电路10中包含两个八位双向总线发送器/接收器IC5(74AC245)、IC6(74AC245)以及数字信号储存器件IC7(6164)。其中IC5的动作由脉冲信号同步触发，IC5数字信号输入IC5(A0-A7)与模数转换电路9的IC4(D0-D7)分别对应相连，IC5的输出信号IC5(B0-B7)与IC7的数据信号端IC7(D0-D7)以及IC6数字信号输入IC6(A0-A7)对应连接，IC7(A0-A11)为IC7的地址线。IC6的输出信号IC6(B0-B7)将输出到CPU数据处理与控制电路11的对应数据端口上。IC6的工作状态直接受峰值检测单元4中CPU数据处理与控制电路11的控制，其控制信号为RAM1。一次模数转换结束，CPU数据处理与控制电路11发出有效控制信号RAM1，CPU数据处理与控制电路11就可以读取IC7中储存的数据，从而对数字信号进行处理。

参见图3，显示电路12包括参数显示单元13、复位与光标移动单元14和功能设置单元15。功能设置单元15包括测量启动、测量量程设置、采样速率设置、传感器倍率设置以及设置参数存储、打印及通讯等功能设置。试验开始时，(1)通过设置测量量程、采样速率及传感器倍率，按存储键，上面设定的参数将自动存储在峰值测试单元的静态存储器中，下次试验时，若设置参数不变，则可跳过参数设置过程；(2)按功能测量键，可自动进行脉冲电流试验参数的测量；(3)脉冲试验的测量结果若需要打印，则按功能打印键；(4)若需要测量脉冲试验的能量，则需要按通讯键。

参见图4，若2ms脉冲方波试验时，需要计算脉冲试验的能量，则将图3中的“通讯”键按下，则峰值电流测试单元和峰值残压测试单元中的动态数据存储器中的数据进行通讯，按照逐点积分公式 $W={\∫}_0^{T}u.\mathrm{idt}=\underset{0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}u.i.\mathrm{\Δt}$ (其中u为残压的一组数字量，i为电流的一组数字量，n为采样点数，Δt为采样间隔)，便可求取脉冲试验的能量。

参见图5，脉冲试验中脉冲峰值的程序流程，CPU数据处理与控制电路11首先读取动态数据存储电路10中的一组数据，然后，采用“冒泡法”求去脉冲试验电流和电压的峰值。

参见图6，脉冲电流试验计算波形时间参数的程序流程，包括8/20(或其它类似)脉冲电流试验波形时间参数和2ms方波电流时间参数的程序流程。

(1)参见图6a，8/20脉冲电流试验波形的时间参数：CPU数据处理与控制电路11读取动态数据存储电路10中的一组数据，求出第一个0点时间t₀、第一个10％峰值的时间t1_0.1、第一个90％峰值的时间t1_0.9以及第二个50％峰值的时间t2_0.5，按照IEC和国标规定计算脉冲电流发生电路波形的时间参数：波前时间t_f＝1.25(t1_0.9-t1_0.1)，半峰值时间t_t＝(t2_0.5-t₀)；

(2)参见图6b，2ms脉冲电流试验波形的时间参数：CPU数据处理与控制电路11读取动态数据存储电路10中的一组数据，求出第一个10％峰值的时间t1_0.1、第二个10％峰值的时间t2_0.1、第一个90％峰值的时间t1_0.9及第二个90％峰值的时间t2_0.9，按照IEC和国标规定计算脉冲电流发生电路波形的时间参数：持续时间T_0.1＝(t2_0.1-t1_0.1)，T_0.9＝(t2_0.9-t1_0.9)；

参见图7，脉冲电流测试的波形其中包括两种典型的试验情况：

(1)参见图7a，8/20脉冲电流试验中，如果被试品试验不通过，脉冲残压的波形将会发生截断畸变，根据波形变化情况可进行坏片识别，其条件为在大于半峰值时间20μs时刻，电压的瞬时值将低于峰值很多，根据不同种类的非线性电阻片，此值可取50％(或25％)。

(2)参见图7b，2ms脉冲电流试验中，如果被试品试验不通过，脉冲电流的波形将会发生过冲畸变，根据波形变化情况可进行坏片识别，其条件是对比时刻400-500μs的瞬时值i₁与1-1.5ms的瞬时值i₂，若i₁＜(50-85)i₂，则电阻片击穿破坏。

参见图8，脉冲电流试验过程中坏片的自动判别，根据图7中的判据判断非线性电阻片是否破坏，若试品正常，则试验继续；若试品破坏，则输出坏片信息给执行机构或中止试验。

Claims (2)

1、一种基于非线性电阻片的智能脉冲电流多参数数字测量装置，包括脉冲电流发生电路[1]和与脉冲电流发生电路[1]相连的电流传感器[2]和电压传感器[3]，电流传感器[2]与峰值电流测试单元[4]相连接并将脉冲试验的电流引入峰值电流测试单元[4]，电压传感器[3]与峰值电压测试单元[5]相连接并将脉冲试验的电压引入峰值电压测试单元[5]，其特征在于：所说的峰值电流测试单元[4]和峰值电压测试单元[5]均包括脉冲信号衰减电路[6]、脉冲极性判别电路[7]、脉冲信号模拟调理电路[8]、模数转换电路[9]、动态数据存储电路[10]、CPU数据处理与控制电路[11]以及显示电路[12]，脉冲信号衰减电路[6]的输入端与电流传感器[2]和电压传感器[3]相连接，脉冲信号衰减电路[6]的输出端通过脉冲信号模拟调理电路[8]和模数转换电路[9]的输入端相连接，模数转换电路[9]的输出端通过动态数据存储电路[10]与CPU数据处理与控制电路[11]相连接，CPU数据处理与控制电路[11]的输出端还与显示电路[12]、动态数据存储电路[10]及模数转换电路[9]的另一输入端相连接；

所说的脉冲极性判别电路[7]和模拟信号调理电路[8]包括与控制开关K1串联的继电器J1，通过继电器J1的触点将电阻R1分别与串连的电阻R2和电位器R4或电阻R3和电位器R5连接，电阻R1与精密电源稳压集成电路IC1的输出端电连接，精密电源稳压集成电路IC1的输出端还与A/D转换器IC4的基准电源及通过电阻R1与集成运算放大器IC3的输入端相连接，IC2的输出端通过电阻R6接至集成运算放大器IC3的反向输入端，集成运算放大器IC3的反向输入端与集成运算放大器IC3的输出端之间跨接有电阻R7，IC3的输出端与IC4的模拟输入端电连接；

所说的动态数据存储电路[10]中包含两个八位双向总线发送器/接收器IC5、IC6以及数字信号储存器件IC7，其中IC5的动作由脉冲信号同步触发，IC5数字信号输入IC5(A0-A7)与模数转换电路9的IC4(D0-D7)分别对应相连，IC5的输出信号IC5(B0-B7)与IC7的数据信号端IC7(D0-D7)以及IC6数字信号输入IC6(A0-A7)对应连接，IC6的输出信号IC6(B0-B7)将输出到CPU数据处理与控制电路[11]的对应数据端口上。

2、根据权利要求1所述的基于非线性电阻片的智能脉冲电流多参数数字测量装置，其特征在于：所说的显示电路[12]包括参数显示单元[13]以及与参数显示单元[13]相连接的复位与光标移动单元[14]和功能设置单元[15]。

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