CN200979741Y - 分布式实时在线监测装置 - Google Patents

Abstract

分布式实时在线监测装置，涉及一种监测装置。提供一种实现基本电参数和物理参数安全自动化快速检测，提高检测效率及系统性能的分布式实时在线监测装置。设有机电多点数据综合测试仪，测试仪接微型计算机；RS－232串口卡接微型计算机服务器标准接口；并行标准接口卡接微型计算机服务器端PCI总线上；可扩展USB通用串行总线、Ethernet以太网、PXI面向仪器系统PCI扩展和VXI基于VME总线标准接口；打印机与显示器分别接于微型计算机输出端；前端数据处理装置的RS－232标准接口接RS－232串行口；串行口多用户扩展卡接微型计算机的端口总线扩展槽；通信线接微型计算机和前端数据处理装置通信接口。

Description

分布式实时在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种监测装置，特别是涉及一种应用于电器产品安全检测多种基本电参数和物理参数的测试装置。

背景技术

产品安全检测实验室需要检测多种数据(如瞬态电压、电流、功率、电能量、温度等)，随着新产品及其技术标准的涌现，先进标准要求设备能适应其日新月异的更新。由于采集这些数据的环境存在多样性，如有的是噪声很大，有的可能有辐射或有有害气体产生等，在这样复杂的环境下，不便于人员在现场控制设备，因此有异地监测的需要。能够提供性价比合理的、开放、高效、完整，适用自身测量要求的测控系统解决方案，无疑是检测实验室测试纷繁数据所需的。

网络和Web的应用深刻地影响了单机本地化的测试系统的二次开发，由于微型计算机的普遍使用，以太网已经成为全球企业的标准内部网络设施，可使用TCP/IP实现数据传输协议。随着虚拟仪器网络技术发展的变化，越来越多的测控系统应用单位呈现出网络化的趋势。在越来越多的场合下，测试系统面临地域分散化、数据海量化和采集环境复杂化，单机本地化的测试系统已不能满足用户的要求，由此发展出了分布式远程测试系统，其宗旨是“分布式的采集，集中化的分析管理，共享的数据资源”。网络化测控的特点是使得数据采集、分析和显示等测控组件分布在网络的不同位置上，从而可以充分利用网络上的各种测控组件；远程测量使得测量能够与微型计算机主机相隔一段物理距离的地点完成。

CN00239383号专利公开一种用于家用电器和类似用途电器通用安全性能测试的通用安全性能组合测试装置，该装置采用模块化结构，通过外带公共逻辑控制模块，可实现对电器绝缘电阻、接地电阻、泄漏电流、直流电压、交流电压、电阻、频率、热电偶测温、铂电阻测温等低压启动性能的多种基本电参数和物理参数的手动及自动测试。通过继电器控制模块，整个装置只需一次接线，即自动完成所有项目的测试，而不影响装置测试的准确度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可实现计算机技术、传感器技术、网络技术、数据库技术与测控技术的有机结合，同时导入虚拟仪器应用技术，实现基本电参数和物理参数的安全、自动化快速检测，组建产品安全检测实验室的网络化、集成化、分布式的测控系统，用户可以以透明的方式操作仪器硬件，满足检测系统集成的需求，提高检测效率及系统性能的分布式实时在线监测装置。

本实用新型设有：

微型计算机，微型计算机作为分布式实时在线监测系统的控制器，用于控制前端数据处理装置(DSP)的动作，对数据进行处理和自动作出判断；

机电多点数据综合测试仪，机电多点数据综合测试仪接微型计算机；

RS-232串口卡，RS-232串口卡接微型计算机服务器的标准接口；

并行标准接口卡(PCI-GPIB接口卡)，并行标准接口卡接微型计算机服务器端PCI总线上；

可扩展USB通用串行总线标准接口、Ethernet以太网标准接口、PXI面向仪器系统PCI扩展标准接口和VXI基于VMB总线标准接口；

打印机与显示器，打印机与显示器分别接于微型计算机的输出端口，用于记录打印显示测试结果；

前端数据处理装置(DSP)，前端数据处理装置用于采集前端数据并加以处理，前端数据处理装置的RS-232标准接口接RS-232串行口；

串行口多用户扩展卡(PCI-GPIB卡)，串行口多用户扩展卡接微型计算机的端口总线扩展槽；

Intranet、Internet网络；

通信线，通信线分别连接微型计算机的通信接口和前端数据处理装置的通信接口。

前端数据处理装置可采用数据采集器，例如美国FLUKE公司出品的Hydra 2635A、2620A和Agilent公司出品的34970A等多点数据采集器。通信线可采用9针交叉串行口通信线，9针交叉串行口通信线分别与微型计算机的RS-232串行口以及数据采集器的RS-232串行口连接；通信线也可采用IEEE-488总线并行口(GPIB)总线，GPIB总线分别与微型计算机服务器的并行口(PCI-GPIB)以及数据采集器的并行口(GPIB)连接。

在接口选择上，除了RS-232串行接口COM1和COM2以外，还选用GPIB(IEEE-488总线)接口。通过串行口多用户扩展卡，串口可多达10个通信端口。实际电路中，在微型计算机端扩展槽插入PCI-GPIB卡，在仪器端加装GPIB端口，通过GPIB电缆连接，最高传输速率可达到4～8Mbps。IEEE-488总线最多可支持除控制器之外的14台仪器。

微型计算机可根据用户需要设置一个服务器和多个工作站，服务器端接有多个前端数据处理装置(DSP)，且采集的数据存在服务器上的数据库中；工作站可浏览到服务器上所有界面，并监控测试网络各台设备的状态和操作。

可扩展USB通用串行总线标准接口、Ethernet以太网标准接口、PXI面向仪器系统PCI扩展标准接口和VXI基于VME总线标准接口分别与仪器端的相应标准接口相连接。

本实用新型可采用LabVIEW开发测试软件，组成分布式实时在线综合监测系统。本实用新型具有如下功能特点：

1)本实用新型可作为网络化分布式测控系统；

2)整个系统工作过程包括初始化、设置参数、启动查询状态、数据回放、数据分析、数据处理、数据实时显示、数据输出；

3)采用客户/服务器模式，共享测量仪器，充分满足了网络上各测量仪器远程控制及采集数据回传的要求；

4)能适应系统硬件结构和规模的改变，为测试的可靠性和可扩展性提供强有力的保证；

5)能够远程读取采集数据，进行波形显示和后期处理；

6)所有数据资料通过数据库统一管理，安全可靠；

7)自动记录整个系统中所有的重要操作，产生日志文件，以备后查；

8)提供系统硬件智能识别、自动校准、自动检测报警控制和访问权限；

9)控制采集、工程标定、波形实时显示、读取数据、数据处理、存盘打印及通讯功能。

总之，本实用新型可实现系统的自诊断与校验校准、仪器的自动调节与监控、多参数的并行自动测量与处理、测试结果科学管理与检索、信息的共享与互访等等，所有这些监测都可以实现透明化。有不断发展的强大的计算机技术作为坚强后盾，使系统具有开放式沟架，这不仅确保工作在未来的可用性，也提供了今后随着需求改变可进行系统调整或扩充的灵活性；随着数据库技术的发展，数据的存储、分析和挖掘能力大大加强。本实用新型还可根据需要在局域网和广域网应用。

本实用新型可方便地运用于电子电器产品型式试验多个项目的检测，并为各有关科研单位所借鉴运用。只需备有IEEE-488接口或RS-232串口或其它标准接口、微机、Intranet局域网或Internet广域网就可大面积推广使用，从而产生良好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成图。

图2为本实用新型实施例采用的美国FLUKE型数据采集器工作原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型由PC服务器1、打印机2、显示器3、RS-232串口卡4、PCI-GPIB接口卡5、其它PCI-GPIB接口卡6(可扩展)、USB通用串行总线7(可扩展)、Ethernet以太网8(可扩展)、PXI面向仪器系统PCI扩展9(可扩展)、VXI基于VME总线10(可扩展)、美国FLUKE公司产的2620A多点数据采集器11、美国FLUKE公司产的2635A多点数据采集器12、美国Agilent公司产的34970A数据采集器13、串行口多用户扩展卡14、局域网15、广域网16、客户端工作站17、防火墙18和通信线组成。PC服务器1作为本实用新型的控制器，PC服务器1的RS-232串口COM1由9针交叉串行口通信线接至数据采集器11、12、13的RS-232串口卡4的标准接口或串行口多用户扩展卡14。PC服务器1的并行口由PCI-GPIB接口卡5或6接至数据采集器11和13的GPIB标准接口。PC服务器和客户端工作站的I/O端口接输出设备打印机2和显示器3。串行口多用户扩展卡14插入PC服务器的端口总线扩展槽，与PC服务器的串口COM2连接。

参见图2，美国FLUKE公司出品的2635A、2620A型多点数据采集器11、12(参见图1)主要由传感器21、输入电路22、A/D电路23、微处理器24、显示电路25、RS-232标准接口26、GPIB标准接口47和350字节缓冲器28等组成，其传感器21的输出接输入电路22的输入端，输入电路22的输出端接A/D电路23的输入端，A/D电路23的输出端接微处理器24，微处理器24的RS-232标准接口、GPIB标准接口27经通信线及350字节缓冲器28分别与RS-232串口卡4、PCI-GPIB接口卡5、RS-232串行口多用户扩展卡14连接，并相应与本实用新型的PC服务器1、打印机2和显示器3连接。

美国Agilent公司产的34970A型数据采集器主要由传感器、输入电路、A/D电路、微处理器、显示器、RS-232标准接口、GPIB标准接口和350字节缓冲器等组成，其传感器的输入端接被测信号，传感器的输出接输入电路输入端，输入电路输出端接A/D电路输入端，A/D电路输出端接微处理器，微处理器的RS-232标准接口、GPIB标准接口经通信线及350字节缓冲器分别与RS-232串口卡、PCI-GPIB接口卡、RS-232多用户扩展卡连接。RS-232串口卡、PCI-GPIB接口卡、RS-232多用户扩展卡分别接PC服务器。

美国FLUKE 2635A型数据采集器功能特性如下：

1)设有21路模拟输入通道，可直接测量电压(交流/直流至300V)、电流(利用分流器)、温度(9种热电偶，一种铂电阻)、频率和电阻等。

2)设有12路数字通道(背板)，其中8路数字输入/输出可用于数字信号的处理，另外4路用于报警输出。当某个模拟通道的输入信号超过设定报警限时，在对应的I/O口输出一个低电平。每个模拟通道都可设置2个报警限，每通道有最大/最小/最后值保持。

3)设有2种扫描速度：4通道/秒(慢)和17通道/秒(快)。

4)供电电源可使用90～264V交流电直接供电，也可使用9～16V直流供电。交直流电源还可同时使用，断电时可自动切换至直流。

5)RS232接口为标准配置，采集的数据可随时通过接口打印，也可将数据用RS232接口传至计算。记录的数据包括通道号、测量值、时间、报警状态和累加计数等。数据格式与Lotus，Excel相兼容。RS232口为标准配置，可用于向计算机传输数据和控制。特殊结构的机箱具有优良的抗干扰性能。前面板0号通道输入，连接Fluke标准测试笔和各种探头，可方便地完成各种模拟信号的测量。2635A配有标准PCMCIA卡存储容量大，使用灵活方便5分区清晰的17个控制按键使操作极为方便，迅速即可完成。

6)Mx+B：比例变换(每个通道)可进行数据规一化处理。

7)前面板锁定：防止其它人员意外触动前面板按键。

8)外部触发：利用外部触发信号来启动仪器。

9)累加计数：进行计数统计。

10)内部时钟：记录的数据具有时间标记。

11)利用PCMCIA卡进行数据存储，存储卡容量可选择256K，512K，1M，2M或4M。PCMCIA卡可以直接插入计算机(配有PCMCIA卡接口)读取。

独特的输入接线盒(2635A系列数据采集器使用福禄克公司专利技术的输入信号的连接方式，这就是通用输入接线盒。不论是温度，频率，电阻乃至高达300V的交直流电压都可直接连接至仪器而不需要任何额外输入调节电路。接线盒具有安全保护措施，还有温度补偿功能。接线盒使输入信号的连接十分方便，迅速，安全可靠。)

2635A存储卡容量指标参见表1，技术指标参见表2。

            表1

256k容量的卡	4通道扫描8900
		10通道扫描4800
	20通道扫描2710
		1M容量的卡	4通道扫描36860
10通道扫描19860
	20通道扫描11210
2M容量的卡			4通道扫描74110
	10通道扫描39910
		20通道扫描22550
	4M容量的卡		4通道扫描149039
10通道扫描80251
		20通道扫描45359

                    表2

直流电压	量程：90mV至300/150V
		分辨度：1μV至10mV
	准确度：(3-Sigma)±0.018％
		交流电压	量程：90mV至300/150V
分辨度：1μV至10mV
	准确度：(3-Sigma)±0.018％
电阻			量程：300Ω至10MΩ
	分辨度：10mΩ至1KΩ
		准确度：(3-Sigma)±0.013％
	频率		量程：15Hz至1MHz
分辨度：0.01Hz至1kHz
		准确度：(3-Sigma)±0.05％
RTD(Pt 100)			量程：-200至600℃
	分辨度：0.02℃
		准确度：(3-Sigma)±0.05℃
	J型热电阻		量程：-100至760℃
分辨度：0.1℃
		准确度：(3-Sigma)±0.39℃
K型热电阻			量程：-100至1372℃
	分辨度：0.1℃
		准确度：(3-Sigma)±0.45℃
	T型热电阻		量程：-150至400℃
分辨度：0.1℃
		准确度：(3-Sigma)±0.39℃
其它类型的热电阻			R、S、B、C、E、N

美国FLUKE 2620A型数据采集器功能特性如下：

●21个模拟输入通道(前面板一个，背板20个)。

●直接测量Vdc，Vac，TC(9种)，RTDs，R，f。

●每个通道两个报警限，每通道有最大/最小/最后值保持。

●尺度变换Mx+B，实时时钟，日期标记测量数据。

●扫描速度：4通道/s或17通道/s，扫描时间间隔：0-9:99:99。

●无内部存储器，数据直接传至微型计算机或打印机。

●高度集成的双斜A/D转换，相当于17位的分辨率。

●最低测量精度：--Vdc：0.15％，--Vac：0.75％，--TC：0.51℃，--R：0.04％，--RTDs：0.11℃，--f：0.32％。

●电压直至300V(2个通道)，其它至150V。

●RS-232为标准接口：连接PC或打印数据，GPIB(IEEE488)接口为选配接口。

Agilent34970A型数据采集器功能特性如下：

1)测量和报警：34970A主机包括数字多用表，多路转换器插入模块34901A或34902A-34908A。使用34970A中的这些模块，可进行11种不同测量和工程单位变换。通过把输入信号与四个不同可配置的极限比较，34970A能标记任何超出范围的测量结果，并激活报警。34970A测量类型有温度(热电偶、RTD和热敏电阻)、电压(DC和AC，最大300V)，电阻(二线和四线电阻，最大100MΩ)、电流(DC和AC，最大1A)、频率和周期(最大300KHz)，对各通道高/低极限或这两个极限的4个报警，数字I/O，模拟输出(DAC)。

2)扫描和监视：34970A允许组合数字多用表(内部的或外部的)和多路转换器通道建立扫描。在扫描期间，仪器把数字多用表一次接到一个经配置的多路转换器通道，并对各通道进行测量。可通过按前面板按钮，发送软件命令，使用外部TTL触发脉冲，源自报警的动作，或内部节律定时器起动自动扫描和通道监视。扫描期间可把多达50,000读数保存到非易失存储器中。每当新扫描开始，34970A就清除上次扫描保存于存储器中的读数。由于34970A开关作为扫描器运行，因此任何时候都只有一个通道闭合，这对于测试系统达到或超过规定扫描率可能是重要的。34970A测量扫描率与要进行的测量类型密切相关。即使是在扫描期间，也能连续监视所选择的通道，显示配置的测量、扫描或数字I/O。34970A能像通常那样取一个通道的读数。由监视器显示的读数不直接保存到存储器，而扫描期间同时获取的读数将保存至存储器。34970A数据采集器是一种极为灵活的仪器，可用于数据记录，作为数据采集系统或开关系统。它适应至60通道，低到中采样率的应用。

3)34901A 20型通道多路转换器功能特性：此模块分为两组，每组有10个通道。另外有两条带保险丝的通道可供内部数字万用表(不需要外部分路器)进行直接校准的直流或交流电表测量。所有22个通道均切换HI和LO输入，因此为内部数字万用表或外部仪器提供了完全隔离的输入。当进行4线电阻测量时，仪器自动将通道n与通道n+10配对以提供源端和检测端的连接。模块有一个内置式绝热块，可在测量热电偶时最大限度地减少因热梯度而产生的误差。

注：通道21，22只适用于电流测量，最大输入电压：300V，最大输入电流：1A，最大切换功率：50W。

一次只能将通道21和22中的一个连接到内部数字万用表和/或Com上；连接一个通道将关闭另一个通道(因此将输入”HI”与”LO”短路)。如果有任何通道被配置为扫描表的一部分，就不能关闭多个通道：关闭一个通道将打开以前关闭的通道。

最高准确度测量的配置如下：

1)直流电压、电流和电阻测量：设置分辨率为6位数(可用6位数的慢速模式进一步减小噪声)，设置输入电阻大于10GΩ(对100mV，1V和10V量程)可得到最好的直流准确度，用4线欧姆，并设置偏移补偿可得到最好的准确度。

2)交流电压和电流测量：设置分辨率为6位数，选择慢速交流滤波器(3Hz到300kHz)。

3)频率和周期测量：设置分辨率为6位数。

以下给出美国Agilent数据采集器的工作原理。

参见以上给出的实施例，其中PCI-GPIB接口卡为插在PC服务器端PCI总线上的8位并行标准接口卡，它的传输速率达到1.5Mbps，用IEEE488.1握手，可调解纷解，解决GPIB硬件和软件问题。其驱动软件为：NI-488.2M for Windows for PCI-GPIB。而仪器端IEEE-488接口，其作用是将多点数据采集器成为完全可编程控制的仪器，可通过编程使多点数据采集器变成自动数据采集系统的一部分。

PCI-GPIB接口卡通过GPIB电缆分别由仪器端IEEE-488接口接入14台采集器子系统。RS-232COM1串行接口接采集器，RS-232COM2串行接口由RS-232多用户扩展卡接9台采集器。

美国FLUKE公司的2635A、2620A型和Agilent公司的34970A多点数据采集器的不足之处在于：

1)2620A型在DOS操作系统下运行的应用软件，界面呆板，操作不够方便，不能实时地观察数据动态变化过程及变化趋势；

2)2620A型对数据文件中数据的处理需退出系统，再转换文件格式为excel格式，去除数据间的分隔符，再启动excel电子数据表格处理数据。整个数据处理分析花费时间较长，人工操作处理的环节较多，易出错。因此，对处理后结果的可信度和准确度带来影响；

3)通信参数、参数初始化、参数选择、扫描状态、修正系统偏差和通道功能选择显得较为繁杂，且易出错，操作费时，不直观；

4)数据存储不方便，易出现未保存成功，数据丢失。

本实用新型避免了上述不足，具体如下：

1)可使用微型计算机windows操作系统下界面友好的虚拟仪器面板操作，实现2635A、2620A、34970A型多点数据采集器的全部参量测试操作；

2)具有数据实时曲线描绘显示，生动地展现被测参量的动态过程和发展趋势，为数据分析，提供最直观的参考；

3)各种参数设置方便，既可以批处理方式也可以独立方式进行设置；通道名可由使用者自己命名，还可直接调用模块参数表；

4)数据统计处理自动完成(包括最大、最小、极差、方差、功率和能量计算)；数据文件命名、存储方便，避免被覆盖或丢失；

5)2635A、2620A、34970A型多点数据采集器与计算机间通信，除了RS-232串行口之外，还有速度更快的GPIB并行口，并可根据仪器接口的需要采用其它标准接口，如USB通用串行总线、Ethernet以太网、PXI面向仪器系统PCI扩展、VXI基于VME总线等标准接口；

6)用客户/服务器模式，共享测量仪器，充分满足了网络上各测量仪器远程控制及采集数据回传的要求，能够远程读取采集数据，进行波形显示和后期处理；控制采集、工程标定、波形实时显示、读取数据、数据处理、存盘、打印及通讯功能；

7)能适应系统硬件结构和规模的改变，为测试的可靠性和可扩展性提供强有力的保证；

8)所有数据资料通过数据库统一管理，安全可靠，自动记录整个系统中所有的重要操作，产生日志文件，以备后查；提供系统硬件智能识别、自动校准、自动检测报警控制和访问权限；

9)系统简洁、实用、可靠、完备，具有较高的性能价格比；

10)解决标准化设计、可靠性技术、分布式网络结构设计技术、自动化标定调试和自适应测试、在不同分辨率下窗口自适应、VISA等一系列关键设计技术，使系统的可靠性、灵活性得到提高和保障；

11)系统维护和更新换代快，计算机和网络技术的发展为系统更新带来新的活力。

总之，本实用新型可实现系统的自诊断与校验校准、仪器的自动调节与监控、多参数的并行自动测量与处理、测试结果科学管理与检索、信息的共享与互访等等，所有这些监测都可以实现透明化。有不断发展的强大的计算机技术作为坚强后盾，使系统具有开放式沟架，这不仅确保工作在未来的可用性，也提供了今后随着需求改变可进行系统调整或扩充的灵活性；随着数据库技术的发展，数据的存储、分析、挖掘能力大大加强。该监测网还可根据需要向广域网扩充。

Claims (6)

1.分布式实时在线监测装置，其特征在于设有：

微型计算机；

机电多点数据综合测试仪，机电多点数据综合测试仪接微型计算机；

RS-232串口卡，RS-232串口卡接微型计算机服务器的标准接口；

并行标准接口卡，并行标准接口卡接微型计算机服务器端PCI总线上；

可扩展USB通用串行总线标准接口、Ethernet以太网标准接口、PXI面向仪器系统PCI扩展标准接口和VXI基于VME总线标准接口；

打印机与显示器，打印机与显示器分别接于微型计算机的输出端口；

前端数据处理装置，前端数据处理装置的RS-232标准接口接RS-232串行口；

串行口多用户扩展卡，串行口多用户扩展卡接微型计算机的端口总线扩展槽；

通信线，通信线分别连接微型计算机的通信接口和前端数据处理装置的通信接口。

2.如权利要求1所述的分布式实时在线监测装置，其特征在于所述的前端数据处理装置为数据采集器。

3、如权利要求2所述的分布式实时在线监测装置，其特征在于所述的数据采集器为美国FLUKE公司出品的Hydra 2635A、2620A和美国Agilent公司出品的34970A多点数据采集器。

4、如权利要求1所述的分布式实时在线监测装置，其特征在于通信线为9针交叉串行口通信线，9针交叉串行口通信线分别与微型计算机的RS-232串行口以及数据采集器的RS-232串行口连接。

5、如权利要求1所述的分布式实时在线监测装置，其特征在于通信线为IEEE-488总线并行口总线，GPIB总线分别与微型计算机的并行口以及数据采集器的并行口连接。

6、如权利要求1所述的分布式实时在线监测装置，其特征在于微型计算机设有1个服务器和至少1个工作站，服务器端接前端数据处理装置。

Images