CN201819940U - 电力检测专用多通道电气隔离数字示波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电力检测专用多通道电气隔离数字示波器，所述数字示波器包括多个信号采集转换单元、存储控制单元、微处理器单元、显示单元以及鼠标控制单元。所述信号采集转换单元、存储控制单元、微处理器单元、显示单元依次连接，所述鼠标控制单元分别与微处理器单元、显示单元连接。该数字示波器具有多通道电气隔离，具有测量准确、稳定、高效的优势。

Description

电力检测专用多通道电气隔离数字示波器 

技术领域

本实用新型涉及一种电子测量仪器，具体涉及一种电力检测专用的多通道电气隔离的数字示波器。 

背景技术

数字示波器是近年来发展起来的一种先进的测量仪器，与传统的模拟示波器相比有很多优点，但是，普通的数字示波器的每个通道都是共地的，而在工程测量中常常会用到浮动测量。浮动测量，即测量各点之间没有参考地电位的多端信号，这种测量也称为差分测量。在许多行业领域，例如，某些大型医疗设备维修时用到的电子仪器有较高的抗干扰需求，必须对信号进行浮动测量。在观察三相四线制的低压供电系统时，需要同时同步观察四路不共地的信号时，普通的具有公共端的多通道示波器就不能再适用。同时在量程变换和档位选择等方式上，常用的数字示波器也多采用旋钮操作，也带有一定的不便性。 

为了达到浮动测量的目的，目前基本有四种方法：断开电源地线或两通道相减、隔离变压器、差分探头、隔离多通道。断开电源地线或两通道相减实现简单，但是对人身和设备带来较大安全隐患，并且无法消除示波器内回路应力的影响。隔离变压器安全性有所提高，但是实验条件要求高，增加了设备体积，测量精度也不高，并且是后端处理，无法消除通道内回路的影响。差分探头提高了测量精度并且安全可靠，但是增加了成本，提高了仪器使用的复杂性，属于前端处理，无法消除探头之间的时滞。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电力检测专用多通道电气隔离数字示波器，该数字示波器具有多通道电气隔离，具有测量准确、稳定、高效的优势。 

本实用新型为实现上述目的，采用的技术解决方案是： 

电力检测专用多通道电气隔离数字示波器，包括多个信号采集转换单元、存储控制单元、微处理器单元、显示单元以及鼠标控制单元，所述信号采集转换单元、存储控制单元、微处理器单元、显示单元依次连接，所述鼠标控制单元分别与微处理器单元、显示单元连接。 

上述信号采集转换单元有四个，各个信号采集转换单元包括依次连接的耦合电路、衰减及放大电路、隔离模块电路、模数转换电路； 

所述耦合电路，能够将强弱电分离； 

所述衰减及放大电路由继电器、电阻电容及运算放大器构成； 

所述隔离模块电路由CIM1100型隔离放大器及隔离电源构成； 

所述模数转换电路包括差分电路和用于高速数据采集的MAX1448模数转换芯片。 

上述微处理器单元采用ARM的Cortex-M3处理内核的32位微处理器； 

所述存储控制单元由Altera公司的MAXII系列CPLD实现的采集控制器和数据缓存器构成； 

所述显示单元包括显示控制电路和液晶显示器； 

所述鼠标控制单元采用C8051F单片机接收鼠标信息，配合采集控制器调整液晶显示器的显示和参数设置。 

本实用新型的有益效果： 

1、上述电气隔离数字示波器，有四个信号采集转换单元，各信号采集转换单元均有隔离模块电路，可以对相互隔离的四条通道信号同时同步观察，突破了传统示波器仅限于进行参照接地测量的技术缺陷。 

2、采用ARM的Cortex-M3处理内核的32位微处理器并与CPLD结合，节省了系统资源，并提高了数据处理速度。 

3、液晶显示器有较高的刷新率和多模式的显示功能。 

4、采用了鼠标控制方式，操作简单快捷，便于掌握，用户使用便利。 

附图说明

图1为电力检测专用多通道电气隔离数字示波器的硬件连接框图。 

图2为信号采集单元及存储控制单元的硬件连接框图。 

具体实施方式

下面结合图1、图2，对本实用新型进行详细说明： 

电力检测专用多通道电气隔离数字示波器，包括多个信号采集转换单元、存储控制单元、微处理器单元、显示单元以及鼠标控制单元，所述信号采集转换单元、存储控制单元、微处理器单元、显示单元依次连接，所述鼠标控制单元分别与微处理器单元、显示单元连接。 

上述信号采集转换单元有四个，各个信号采集转换单元包括依次连接的耦合电路、衰减及放大电路、隔离模块电路、模数转换电路； 

所述耦合电路，能够将强弱电分离； 

所述衰减及放大电路由继电器、电阻电容及运算放大器构成； 

所述隔离模块电路由CIM1100型隔离放大器及隔离电源构成； 

所述模数转换电路包括能够提供最低的总谐波失真和无杂波失真动态范围的差分电路和用于高速数据采集的MAX1448模数转换芯片。 

上述微处理器单元采用ARM的Cortex-M3处理内核的32位微处理器； 

所述存储控制单元由Altera公司的MAXII系列CPLD实现的采集控制器和数据缓存器构成； 

所述显示单元包括显示控制电路和液晶显示器； 

所述鼠标控制单元采用C8051F单片机接收鼠标信息，配合采集控制器调整液晶显示器的显示和参数设置。 

下面对关键硬件及其功能做详细描述： 

存储控制单元由Altera公司的MAXII系列CPLD实现的采集控制器和数据缓存器构成。结合图1，CH1通道和CH2通道共用一个存储控制单元，CH3通道和CH4通道共用另一个存储控制单元。经模数转换后的数字信号并不直接输入微处理器单元参与后续运算，而是暂存于数据缓存器中，由微处理器单元分别通过采集控制器实现对数据缓存器的读写操作。 

微处理器单元采用ARM先进架构的Cortex-M3处理内核的32位微处理器，具有高度的操作灵活性和较高的运行速度。具有64KB的程序存储器及高达20KB的SRAM，并拥有7个定时器，支持串行单线调试和JTAG接口。 

显示单元包括显示控制电路和液晶显示器。显示控制电路主要由CPLD和两片SRAM构成。SRAM存储量达到设定的存储深度后，微处理器单元作为CPU，首先从存储控制单元中读取采集的数据进行运算处理，再将处理后的数据通过CPLD进行曲线的显示。CPLD提供了液晶显示器工作所需的驱动信号，其包括各种时序发生器、逻辑运算器、数据锁存器及寄存器，这些功能单元的实现使微处理器单元可以灵活地对液晶显示器进行操作。在液晶显示时采用画面分屏存储技术，即利用两片SRAM存储液晶显示器需要显示的图形数据，两片SRAM分时切换送液晶显示器进行显示。 

鼠标控制单元选用通用PS_2串行光电鼠标作控制，采用了C8051F单片机与鼠标通信然后配合采集控制器调整液晶显示器的显示和参数设置，使鼠标与采集显示系统独立处理，减小微处理器单元在整个系统中的工作任务，能够使其更好的进行数据处理的工作，进一步增强系统的稳定性。 

耦合电路由线性光电耦合器和继电器组成，提供了DC、AC和GND三种耦合方式：DC方式中被测信号中的直流和交流成分无损耗地全部通过而被完全显示；AC方式中，只有交流分量被测量和显示；GND方式是用来矫正零点的，只输入零信号，交流和直流都阻隔。 

衰减及放大电路由继电器、电阻电容及两级运放组成，其目的就是将过大信号衰减至隔离模块电路所要求的电压范围。衰减电路可提供×0.001，×0.005，×0.01，×0.02，×0.05，×0.1，×0.2共七个档位的选择，本电路可以将输入的电压扩大到系统所允许电压值的1000 倍。 

隔离模块电路由宽带隔离放大器CIM1100及隔离电源等辅助电路组成，由于采用了专有的宽带线性隔离技术，CIM1100的带宽革命性地扩展到DC～120MHz以上。在扩展带宽的同时，精度并未损失，直流低频范围(DC～100kHz)的非线性度仍保持在0.03％以下，做到了高速且精确地隔离。 

模数转换电路包括差分电路和专用于高速数据采集领域的MAX1448模数转换芯片。高速模数转换电路输入信号的幅度都很小，MAX1448的输入信号要求在±1V，同时分布电容的影响也对信号幅度的提高起到了很大的抑制。为此本实用新型设计中采用差分输入，可提供较低的总谐波失真和无杂波失真动态范围。MAX1448由CPLD针对相应触发信号来控制其采集。 

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。 

Claims (3)

1.电力检测专用多通道电气隔离数字示波器，其特征在于：所述数字示波器包括多个信号采集转换单元、存储控制单元、微处理器单元、显示单元以及鼠标控制单元，所述信号采集转换单元、存储控制单元、微处理器单元、显示单元依次连接，所述鼠标控制单元分别与微处理器单元、显示单元连接。

2.根据权利要求1所述的电力检测专用多通道电气隔离数字示波器，其特征在于：所述信号采集转换单元有四个，各个信号采集转换单元包括依次连接的耦合电路、衰减及放大电路、隔离模块电路、模数转换电路；

所述耦合电路，能够将强弱电分离；

所述衰减及放大电路由继电器、电阻电容及运算放大器构成；

所述隔离模块电路由CIM1100型隔离放大器及隔离电源构成；

所述模数转换电路包括差分电路和用于高速数据采集的MAX1448模数转换芯片。

3.根据权利要求2所述的电力检测专用多通道电气隔离数字示波器，其特征在于：所述微处理器单元采用ARM的Cortex-M3处理内核的32位微处理器；

所述存储控制单元由Altera公司的MAXII系列CPLD实现的采集控制器和数据缓存器构成；

所述显示单元包括显示控制电路和液晶显示器；

所述鼠标控制单元采用C8051F单片机接收鼠标信息，配合采集控制器调整液晶显示器的显示和参数设置。 

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