CN202372580U - 模拟量变换器测试台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种交直流信号变换器检验和生成装置，具体公开一种模拟量变换器测试台，计算机将通讯信息传给总线控制模块；通讯信息由总线控制模块分发给多功能信号源模块，信号源模块接收到总线控制模块分发的参数设置信息，由内部D/A控制输出信号；程控放大电路将信号放大；信号切换模块将放大信号切换输出至变换器的被测通道，同时信号切换模块将变换器被测通道的输出切换给高精度信号采集模块；待变换器输出信号稳定后，高精度信号采集模块采集变换器输出电压，通过总线控制模块发给计算机记录采集数据。该测试台自动化程度高、便携小巧、操作方便；突破以往变换器测试台手动调整信号源、手动切换通道、人工记录形成报表的思路。

Description

模拟量变换器测试台

技术领域

本实用新型属于一种交直流信号变换器检验和生成装置，具体涉及一种模拟量变换器测试台。 

背景技术

以往测试台采用纯手动的控制和记录方式。测试台需要使用多种仪表，信号种类通过更换信号源实现，信号调节通过目测数字多用表及手动调节信号源实现，通道切换通过测试台开关矩阵来实现，然后通过数字多用表测量模拟量变换器输出，过程中的数据记录与精度计算纯靠人工进行。不但操作携带不方便，且信号种类繁杂，信号源的选择也非常复杂。尤其是相敏信号与高压信号，需要使用调压器，操作不便的同时也带有一定的危险性。由于整个过程是手动操作，过程缓慢而且对操作人员要求较高。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟量变换器测试台，该测试台自动化程度高，便携小巧，操作方便；该测试台突破以往变换器测试台手动调整信号源、手动切换通道、人工记录形成报表的思路，实现全程控设计，自动调整信号源、程控切换被测通道、自动记录转换值、自动计算精度、自动生成报表，集直流、正弦交流、调制方波、开关量信号等信号源于一身，实现信号频率可调、宽电压范围幅值可调、调制方波占空比可调等多种信号调节方式，同时高精度采集变换器的输出信号，大幅度缩减交直流信号变换器生产、调试、检验及单元测试的时间，使遥测系统进行分系统测试实现自动化，实现了遥测系统分系统测试的数据自动判读功能。 

实现本实用新型目的的技术方案：一种模拟量变换器测试台，它包括工业控制计算机、总线控制模块、测试单元，测试单元包括多功能信号源模块、程控放大电路、信号切换模块、高精度信号采集模块；工业控制计算机通过太网口接口与总线控制模块的一个接口连接，总线控制模块的第二个接口与多功能信号源模块的输入端连接，多功能信号源模块的输出端与程控放大电路的输入端连接，程控放大电路的输出端与信号切换模块的输入端连接，信号切换模块的输出端与高精度信号采集模块的输入端连接，高精度信号采集模块的输出端 与总线控制模块的第三个接口连接；所述的信号切换模块的另一个输出端与模拟量变换器的输入端连接，信号切换模块的另一个输入端与模拟量变换器的输出端连接。 

所述的总线控制模块与测试单元的四个模块之间为内部总线连接。 

所述的多功能信号源模块包括信号源、调整幅值、信号源、调整幅值；信号源与调整幅值串联，信号源与调整幅值串联，信号源、调整幅值、信号源、调整幅值的输入端均与总线控制模块连接，调整幅值的输出端为基准输出信号输出端，该基准输出信号与程控放大电路输入端连接，调整幅值的输出端为测试用的相敏基准信号输出端，该相敏基准信号输出端与程控放大电路输入端连接。 

所述的程控放大电路包括小信号放大电路、中等信号放大电路、大信号放大电路、基准信号放大电路和反向电路；小信号放大电路、中等信号放大电路、大信号放大电路分别与一个程控继电器串联，分别串联了程控继电器的信号放大电路、中等信号放大电路、大信号放大电路并联；多功能信号源模块的基准输出信号输出端与该并联电路的输入端串联；该串联电路的输出端通过程控继电器与反向电路的输入端串联，反向电路的输出端与信号切换电路的放大信号输入端串联；多功能信号源模块的相敏基准信号输出端与基准信号放大电路的输入端串联，基准信号放大电路的输出端与信号切换电路的信号采集端串联。所述的信号切换模块包括计算机、两组继电器；每组继电器包括若干个并联的继电器；程控放大电路的放大后输出信号的输出端与一组继电器的输入端连接，该组继电器的输出端与模拟变换器的被测通道连接；程控放大电路的放大后的相敏基准信号的输出端与另一组继电器的输入端连接，该另一组继电器的输出端与模拟变换器的被测通道连接；计算机包括总线接口、CPU、可编程逻辑控制器件、第一电流驱动电路、第二电流驱动电路，总线接口依次与CPU、可编程逻辑控制器件连接，可编程逻辑控制器件与第一电流驱动电路、第二电流驱动电路连接，第一电流驱动电路与一组继电器连接，第二电流驱动电路与另一组继电器连接。 

本实用新型的有益技术效果在于：(1)测试过程高度自动化：模拟量变换器测试台所有模块均可程控操作，用户只需设定测试流程和测试参数，全部测试即可由测试台自动完成，自动生成测试报表并计算精度，同时有过程异常及 超差提示，操作便捷，智能化程度较高，极大提高了测试效率和质量。另外，由于测试过程可随意设计，可方便的设定成各种测试状态，以适应分系统测试的需要，并为数据自动判读打下基础。(2)测试覆盖性广，测试信号可调性强：模拟量变换器测试台信号源为多功能设计，集直流、正弦交流、调制方波、开关量信号、相敏信号等信号源于一身，同时信号幅值调节范围非常宽，信号频率等也程控可调，涵盖绝大多数箭上变换器输入信号种类，可轻易拓展至各型号变换器类单机的测试领域，方便的完成多通道、多类型变换器的测试。(3)小巧便携，高度集成化：模拟量变换器测试台集控制计算机、多功能信号源、数字电压表、通道切换设备、高精度采集设备于一体，小巧便携，操作简便，集成化程度高。(4)模块化设计，扩展性强：模拟量变换器测试台采用总线式架构设计，所有单元均为模块化设计，可方便进行扩展。通过选用不同功能的模块板卡，可方便的扩展测试台测试功能，另外增加信号切换电路板卡可扩展测试通道数，模块化的设计也使设备的维修维护变得异常方便。 

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种模拟量变换器测试台的原理框图； 

图2为本实用新型所提供的多功能信号源模块的原理框图； 

图3为本实用新型所提供的程控放大电路的原理框图 

图4为本实用新型所提供的信号切换模块的原理框图 

图中：1.模拟量变换器测试台，2.工业控制计算机，3.总线控制模块，4.测试单元，5.多功能信号源模块； 

6.程控放大电路，601.增益1小信号放大电路，602.增益2中等信号放大电路，603.增益3大信号放大电路，604.基准信号放大电路，605.反向电路； 

7.信号切换模块，701.计算机，702.线接口，703.可编程逻辑控制器件，704.第一电流驱动电路，705.第二电流驱动电路， 

8.高精度信号采集模块，9.模拟量变换器。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。 

如图1所示：模拟量变换器测试台1由工业控制计算机2、总线控制模块3、测试单元4以及电源模块组成。电源模块为模拟量变换器测试台1提供工作电压，与现有技术相同。其中测试单元4是模拟量变换器测试台1的主体部分， 测试单元4包括如下四个模块：多功能信号源模块5、程控放大电路6、信号切换模块7、高精度信号采集模块8。 

如图1所示：工业控制计算机2通过太网口接口与总线控制模块3的一个接口连接，总线控制模块3的第二个接口与多功能信号源模块5的输入端连接，多功能信号源模块5的输出端与程控放大电路6的输入端连接，程控放大电路6的输出端与信号切换模块7的输入端连接，信号切换模块7的输出端与高精度信号采集模块8的输入端连接，高精度信号采集模块8的输出端与总线控制模块3的第三个接口连接。信号切换模块7的另一个输出端与模拟量变换器9的输入端连接，信号切换模块7的另一个输入端与模拟量变换器9的输出端连接。 

如图1所示：工业控制计算机2通过以太网口将通讯信息传给总线控制模块3；总线控制模块3与测试单元4的四个模块之间为内部总线连接，通讯信息由总线控制模块3分发给测试单元4的各模块，测试单元4的各模块的通讯由总线协议来保障。多功能信号源模块5接收到参数设置信息后，按设置状态开始工作，由内部D/A控制输出设定的信号；其后程控放大电路6切换至设定的增益信号电路，将信号放大；随后信号切换模块7将放大后的信号切换输出至指定的变换器9的被测通道，同时信号切换模块7将变换器9被测通道的输出切换给高精度信号采集模块8；待变换器9输出信号基本稳定后，高精度信号采集模块8开始工作，将变换器9输出电压采集后，通过总线控制模块3发给工业控制计算机2；工业控制计算机2记录采集的数据，在获取足够的采集数据后，通过报表的方式算出变换器9被测通道的线性公式及精度。 

此外，模拟量变换器测试台1也能工作在仅多功能信号源模块5输出的模式或仅高精度信号采集模块8采集的模式。 

模拟量变换器测试台1实现信号源种类程控可选、幅值频率程控可调、被测通道程控切换、转换信号高精度采集等基本功能。围绕上述四项基本功能，采用模块化设计，即：多功能信号源模块5、程控放大电路6、信号切换模块7、高精度采集模块8，再辅以便携式工业控制计算机2，实现模拟量变换器测试台的所有功能。各模块间再通过总线控制模块3与工业控制计算机2相连，所有测试过程均可通过工业控制计算机2进行控制，可以方便的实现全程自动化测试。 

由于模拟量变换器测试台1对信号源种类的需求非常繁杂，集直流、正弦 交流、调制方波、开关量信号、相敏信号等信号源于一身，因此信号源的设计必须能适应各类信号的输出形式。同时，由于信号的幅值和频率也有可调的需求，因此信号源设计时还必须考虑幅值和频率的设定要求。为此，如图2所示，多功能信号源模块5采取双D/A信号源设计技术，既能设定发出信号的种类，又能调整信号的幅值和频率。多功能信号源模块5的原理框图如图3所示，多功能信号源模块5包括两套信号源，一路产生基准输出信号，另一路产生测试用的相敏基准信号。多功能信号源模块5包括信号源DA-1a、调整幅值DA-1b、信号源DA-2a、调整幅值DA-2b。总线控制模块3将参数设置信息同时发送给信号源DA-1a和信号源DA-2a，即信号源DA-1a和信号源DA-2a为同步信号。信号源DA-1a与调整幅值DA-1b连接产生基准输出信号，该基准输出信号输入到程控放大电路6。信号源DA-2a与调整幅值DA-2b连接产生测试用的相敏基准信号，该相敏基准信号输入到程控放大电路6。 

如图3所示，程控放大电路6的D/A电路能控制信号源的种类，也能调整幅值的变化，但D/A输出的电压范围仅为0～5V或-5V～+5V，而模拟量变换器测试台1信号的幅值从2.5V～56V不等，范围非常宽且不同范围的信号都具有较高的精度要求。因此程控放大电路6要能实现信号自适应调节，保证在各个范围内的测量精度与幅值线性度。程控放大电路6的原理框图如图3所示，程控放大电路6包括增益1小信号放大电路601、增益2中等信号放大电路602、增益3大信号放大电路603、基准信号放大电路604和反向电路605。小信号放大电路601、中等信号放大电路602、大信号放大电路603分别与一个程控继电器串联，分别串联了程控继电器的信号放大电路601、中等信号放大电路602、大信号放大电路603并联；多功能信号源模块5的基准输出信号输出端与该并联电路的输入端串联；该串联电路的输出端通过程控继电器与反向电路605的输入端串联，反向电路605的输出端与信号切换电路7的放大信号输入端串联。多功能信号源模块5的相敏基准信号输出端与基准信号放大电路604的输入端串联，基准信号放大电路604的输出端与信号切换电路7的信号采集端串联。多功能信号源模块5输出的基准输出信号传输到程控放大电路6的小信号放大电路601、中等信号放大电路602、大信号放大电路603，该信号经程控放大电路6放大后形成放大后输出信号输入到信号切换电路7。多功能信号源模块5输出的相敏基准信号传输到程控放大电路6的基准信号放大电路604，该信号经程 控放大电路6放大后形成放大后的相敏基准信号输入到信号切换电路7。 

图3中的反向电路605用来测试相敏时的+、-信号变化。程控放大电路6中，程控继电器切换可以通过信号切换模块实现。小信号放大电路601、中等信号放大电路602及基准信号放大电路603分别由各自的电源和运放电路构成。由于普通的运放电路耐压一般在0～36V或±32V，中等信号放大电路可以采用这类设计，但模拟量变换器的测量信号有时高达±56V(交流信号)，直流信号高达0～48V，采用一般的运放电路无法工作在如此高的电压范围。功放电路体积大，发热量高，热设计困难，同时交流信号低压区品质很差，也无法在模拟量变换器测试台设计中应用。因此，大信号放大电路604采用LT1055配合三极管放大电路搭建的高压功放电路，该电路放大倍数为10倍，供电电压为±95VDC，最大输出电压为-65V～+65V，频率带宽为0～2kHz，60V下驱动电流可达30mA，完全可以满足±30V以上正弦交流信号、32V以上直流信号、1kHz以下调制方波的信号输出要求。而且大信号放大电路604体积小，发热量小，可方便的制作成与其他总线板卡大小一致，利用模拟量变换器测试台1内部空气流动自然散热即可，无需增加额外的散热装置，非常适合模拟量变换器测试台1小型化、模块化的设计思路。 

如图4所示，信号切换模块7用于将测试信号及采集电路切换到被测通道上，以实现轮巡自动测量的要求。信号切换模块7的原理框图如图4所示，是由继电器实现通道的切换与测试。信号切换模块7包括计算机701、继电器JD1、JD2、…JDn以及继电器JQ1、JQ2、…JQn。继电器JD1、JD2、…JDn并联，程控放大电路6的放大后输出信号的输出端与该并继电器的输入端连接，该并联继电器的输出端与模拟变换器9的被测通道连接。继电器JQ1、JQ2、…JQn并联，程控放大电路6的放大后的相敏基准信号的输出端与该并联继电器的输入端连接，该并联继电器的输出端与模拟变换器9的被测通道连接。计算机701包括总线接口702、CPU、可编程逻辑控制器件703、第一电流驱动电路704、第二电流驱动电路705，总线接口702依次与CPU、可编程逻辑控制器件703连接，可编程逻辑控制器件703与第一电流驱动电路704、第二电流驱动电路705连接，第一电流驱动电路704与继电器JD1、JD2、…JDn连接，第二电流驱动电路705与继电器JQ1、JQ2、…JQn连接。图4中可以看出，未被切换到的通道信号被与地短路，从而确保测试时的通道间不被串扰。继电器JD1、JD2、… JDn以及继电器JQ1、JQ2、…JQn的控制信号由计算机701控制发出，经总线接口702、CPU解析后发给可编程逻辑控制器件703，可编程逻辑控制器件703根据设定，改变各I/O口的状态，I/O口的电压经第一电流驱动电路704、第二电流驱动电路705驱动继电器JD1、JD2、…JDn以及继电器JQ1、JQ2、…JQn，从而实现对继电器的控制，从而驱动被测通道信号的传输。信号切换模块7是以板卡的方式连接在总线上，每块板卡有32路继电器控制，如需通道扩展，只需增加信号切换模块7板卡，并连接板卡与接口间的连线即可实现，能方便的拓展通道数。信号切换模块7的被测通道信号均输出到模拟变换器9。 

如图1所示，高精度信号采集模块8用于采集测试时模拟变换器9被测通道的输出值。精度信号采集模块8使用带总线接口的16位AD板卡实现，能在被测通道信号给出的同时启动采集，并计算出信号的电压值，显示在用户界面及测试报表中。 

如图1所示，总线控制模块3为实现模块化设计，方便进行模块扩展，适应各种类变换器测试的需要，各主体模块间采用了可拓展式总线设计。总线控制方案即多种电路板模块化，采用统一总线将所有电路板连接，通过总线控制模块实现多个电路的控制与通讯，同时实现与控制计算机之间的通讯连接。这一方案是在MDR8.0总线(自定义总线)基础上进行扩展优化，使之更适应测试台的使用需要，这是首次将多通道分布式采集中的总线控制方案引入变换器测试台中。 

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。本实用新型中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。 

Claims (5)

1.一种模拟量变换器测试台，其特征在于：它包括工业控制计算机(2)、总线控制模块(3)、测试单元(4)，测试单元(4)包括多功能信号源模块(5)、程控放大电路(6)、信号切换模块(7)、高精度信号采集模块(8)；工业控制计算机(2)通过太网口接口与总线控制模块(3)的一个接口连接，总线控制模块(3)的第二个接口与多功能信号源模块(5)的输入端连接，多功能信号源模块(5)的输出端与程控放大电路(6)的输入端连接，程控放大电路(6)的输出端与信号切换模块(7)的输入端连接，信号切换模块(7)的输出端与高精度信号采集模块(8)的输入端连接，高精度信号采集模块(8)的输出端与总线控制模块(3)的第三个接口连接；所述的信号切换模块(7)的另一个输出端与模拟量变换器(9)的输入端连接，信号切换模块(7)的另一个输入端与模拟量变换器(9)的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟量变换器测试台，其特征在于：所述的总线控制模块(3)与测试单元(4)的四个模块之间为内部总线连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟量变换器测试台，其特征在于：所述的多功能信号源模块(5)包括信号源(DA-1a)、调整幅值(DA-1b)、信号源(DA-2a)、调整幅值(DA-2b)；信号源(DA-1a)与调整幅值(DA-1b)串联，信号源(DA-2a)与调整幅值(DA-2b)串联，信号源(DA-1a)、调整幅值(DA-1b)、信号源(DA-2a)、调整幅值(DA-2b)的输入端均与总线控制模块(3)连接，调整幅值(DA-1b)的输出端为基准输出信号输出端，该基准输出信号与程控放大电路(6)输入端连接，调整幅值(DA-2b)的输出端为测试用的相敏基准信号输出端，该相敏基准信号输出端与程控放大电路(6)输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种模拟量变换器测试台，其特征在于：所述的程控放大电路(6)包括小信号放大电路(601)、中等信号放大电路(602)、大信号放大电路(603)、基准信号放大电路(604)和反向电路(605)；小信号放大电路(601)、中等信号放大电路(602)、大信号放大电路(603)分别与一个程控继电器串联，分别串联了程控继电器的信号放大电路(601)、中等信号放大电路(602)、大信号放大电路(603)并联；多功能信号源模块(5)的基准输出信号输出端与该并联电路的输入端串联；该串联电路的输出端通过程控继电器与反向电路(605)的输入端串联，反向电路(605)的输出端与信号切换 电路(7)的放大信号输入端串联；多功能信号源模块(5)的相敏基准信号输出端与基准信号放大电路(604)的输入端串联，基准信号放大电路(604)的输出端与信号切换电路(7)的信号采集端串联。

5.根据权利要求4所述的一种模拟量变换器测试台，其特征在于：所述的信号切换模块(7)包括计算机(701)、两组继电器；每组继电器包括若干个并联的继电器；程控放大电路(6)的放大后输出信号的输出端与一组继电器的输入端连接，该组继电器的输出端与模拟变换器(9)的被测通道连接；程控放大电路(6)的放大后的相敏基准信号的输出端与另一组继电器的输入端连接，该另一组继电器的输出端与模拟变换器(9)的被测通道连接；计算机(701)包括总线接口(702)、CPU、可编程逻辑控制器件(703)、第一电流驱动电路(704)、第二电流驱动电路(705)，总线接口(702)依次与CPU、可编程逻辑控制器件(703)连接，可编程逻辑控制器件(703)与第一电流驱动电路(704)、第二电流驱动电路(705)连接，第一电流驱动电路(704)与一组继电器连接，第二电流驱动电路(705)与另一组继电器连接。 

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