CN203054052U

CN203054052U - 一种用于数据采集器校准的多路程控开关

Info

Publication number: CN203054052U
Application number: CN 201220627633
Authority: CN
Inventors: 许兴明; 刘国伟; 张擘
Original assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Current assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2022-11-23

Abstract

本实用新型涉及一种用于数据采集器校准的多路程控开关，该多路程控开关包括：控制单元、继电器驱动电路、输入端口、继电器阵列和输出端子，所述的控制机依次经I/O卡、继电器驱动电路、输入端口、继电器阵列连接至输出端子。所述程控开关具有结构简洁、性能可靠、测量范围宽的特点，除了能完成对多路数据采集器的校准外，还可用于多台数字万用表的校准，在生产和科研部门也具有很大的推广价值。

Description

一种用于数据采集器校准的多路程控开关

技术领域

本实用新型涉及一种多路程控开关，特别是涉及一种用于数据采集器校准的多路程控开关。

背景技术

数据采集器是一种多功能数据采集设备，目前正朝着小型化、智能化方向发展，多带主机，可配置不同类型的数据采集卡，完成多种功能的数据采集。数据采集器采集信号的实质是通过不同的传感器将相应的测量信号转为电信号，或者是直接实现对电信号的测量。因此数据采集器电压、电流、电阻等基本电信号指标的变化,反映了采集数据的准确性，必须定期校准。

现在对于这些智能型数据采集器的校准多采用手动和半自动的校准方式。拆卸式的手动校准方式受数据采集器采集通道路数较多、功能复杂的影响，操作时间长、劳动量大，很难满足科研生产的应用需求。而半自动的校准方式多是结合现有程控开关，进行自动校准。

目前市场上那个用于校准的程控开关有很多，主要有矩阵开关、多路复用开关和扫描开关。

矩阵开关可以将任一输入连接到任一输出端上，这种结构能使复杂连线达到最小化，并能简化被测设备的接口，使用非常灵活性。但对于测试系统开关而言，矩阵开关配置需要的继电器数量至少应等于输入数乘以输出数，因此也是实现测试系统开关设计最昂贵的方法。此外矩阵开关的拓扑结构存在一些不足,包括安全性、成本和信号完整性，同时中受矩阵配置中开关物理密度的影响,开关的电压和电流量也会受到限制。

多路复用开关在测试过程中用于连接一台仪器到多个待测点或者多台仪器测试一个待测点。通过这一信号开关配置，一次只有一个信号被接到测量装置。开关是先断后通（在新输入连接前，输入断开）的。为了扩展开关系统的能力，多路复用开关常与矩阵型或其他结构的开关组合使用，可提供额外的隔离度，减少通道间的串扰，或者组成特殊结构的开关系统。这种配置的主要好处是经济。

扫描开关是一种特殊的多路复用器，这种开关卡可以顺序或连续地接通信号，并具有跳过某些信号通道的接通功能。扫描开关和多路复用开关一样，更方便用于单数据采集器某项功能的校准，同时受本身结构的影响，其过压和过流能力也受到限制。

数据采集器的校准涉及到电压、电流、四线电阻和两线电阻的校准，校准数据采集器所用的多功能源，在不同功能输出时，需要连接不同的输出端口。受开关和校准源输出端口结构的影响，用现有的程控开关校准数据采集器，除了电压、电流的测量范围较受限外，如果不采取手动方式进行功能切换的话，不可能完成多个功能的全自动校准。

发明内容

为解决以上不足，本实用新型设计出一种专多路数据采集器校准的用的程控开关，与以往各类程控开关不同的是，在开关面板上设计了与多功能校准源输出端相对应的五个输入端，进行校准测试时只需把校准源的输出端口与程控开关的输入端口直接连接，校准过程中无需换线就可实现各个功能的全部校准。

该开关以USB的I/O卡为主控单元，通过对继电器陈列的选择控制，来实现通路的切换以及功能的选择，真正解决了多路数据采集器的全自动校准问题。

该开关选用单绕组闭锁型双路固态继电器，用一个继电器同时控制一路信号的高低端，继电器具有较宽的过电压电流能力，电压能力达1000V,电流能力达5A,克服了以往多路程控开关无法输入大电压、大电流信号的不足。采用复用结构的设计，可以实现四线电阻功能的测量，有效提高了电阻测量的准确度。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种用于数据采集器校准的多路程控开关，该多路程控开关包括：控制单元、继电器驱动电路、输入端口、继电器阵列和输出端子，所述的控制机依次经I/O卡、继电器驱动电路、输入端口、继电器阵列连接至输出端子。

所述控制单元包括USB接口和USB总线控制的I/O卡。

所述的继电器阵列包括电压、电阻测量用继电器阵列和电流测量用继电器阵列。

所述输入端口与继电器阵列之间还连接有转换继电器，该转换继电器一端分别与输入端口的高、低端连接，另一端与一路继电器阵列连接。

本实用新型的优点在于：

以USB的I/O卡为主控单元设计出一种用于多路数据采集器校准的程控开关，同时在在程控开关的前面板上设计了与校准源相对应的输入接线端，校准过程中无需换线就可实现对数据采集器的交直流电压、交直流电流、四线和两线电阻功能的全部校准。结构设计上选用双路继电器，采用先导通后加信号的方式，有效的扩展了程控开关的测量范围，简化了设计结构，实现了较大电压（1000V）和较大电流的测量（5A），可满足绝大多数数据采集器的校准需求。同时增加功能转换继电器控制部分，采用复用结构的设计方式，可实现对20路四线电阻功能的测量，有效提高了电阻测量的准确度。本程控开关具有结构简洁、性能可靠、测量范围宽的特点，除了能完成对多路数据采集器的校准外，还可用于多台数字万用表的校准，在生产和科研部门也具有很大的推广价值。

附图说明

图1本实用新型多路程控开关的原理图；

图2输入端口与继电器阵列连接结构图；

图3转换继电器连接结构图；

图4一路继电器控制高低两路信号结构图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型多路程控开关的原理图，所述多路数据采集器校准的程控开关包括控制单元1，继电器驱动电路2，输入端口3，转换继电器4，电压、电阻测量用继电器阵列5，电流测量用继电器阵列6，输出端子7等主要部分。所述控制单元1包括USB接口端和USB总线控制的I/O卡。

以下就各部分分别介绍。

控制部分：

其中控制部分摒弃传统的单片机或者其他芯片做CPU的控制方法，程控开关内部安装一个48路USB的数字I/O卡。工作时，用USB总线把程控开关和计算机相连，计算机通过USB接口发送相应的控制指令控制I/O卡各路数字信号的输出。由于程控开关共有44路，同时内设功能转换继电器控制部分，因此选用48路I/O卡来完成整个功能的控制。

继电器驱动电路：

由于I/O卡输出信号是TTL电平信号，能提供的驱动电流较小，为提高其驱动能力，保证其工作稳定性，需要在I/O卡与继电器中间增加了驱动电路。考虑到系统的电磁兼容与可靠性，在继电器的驱动电路中采用光耦接三极管驱动的方式来驱动继电器。采用光耦与三极管结合驱动继电器的设计方案，既实现了测试系统与电动执行部分的电气隔离，又提高了数字信号的驱动能力和系统的抗干扰能力。

输入部分；

为了实现与校准源各功能的完全对接，在程控开关的面板上设置了6个输入端口，如图2所示，包括输入端的高端（HI）和低端(LO),感应端的高端（HI）和低端(LO)，电流输出端（I）,接地保护端（GUARD）。其中输入端的高端和低端可以输入交直流电压和两线电阻信号，电流输入端和输入端的低端配合输入交直流电流信号，输入端的高端和低端和感应端的高端和低端配合使用，输入四线电阻信号。工作时候只要把校准源与程控开关对应的接口进行连接，测试时候无需换线就可以完成各个功能的自动校准。

转换继电器：

转换继电器连接于输入端的高、低端，感应端的高、低端及21～40路继电器阵列之间，继电器由两组常开和两组常闭触点组成。如图3所示，继电器不动作时，常闭触点导通，21～40路继电器阵列与输入端的高端和低端相连，进行电压和两线电阻功能的校准。继电器动作时，21～40路继电器阵列，与感应端的高端和低端相连，配合1～20路继电器阵列完成20路四线电阻功能的校准。

电压、电阻测量用继电器阵列：

由1～20路继电器阵列和1～40路继电器阵列组成，主要完成交直流电压、两线和四线电阻功能的校准。为了提高程控开关的测量范围选用高可靠性、开关速度快、耐冲击、抗干扰能力强的双路固态继电器，采用一路继电器控制两路信号的结构,保证了高、低端两路信号的同时动作，提高了系统的安全性。原理结构图如附图4所示。工作时候，采用先导通后加信号的方式，继电器两端的电压几乎为零，有效的扩展了程控开关的电压测量范围，提高了系统的安全性。

电流测量用继电器阵列：

由41～44路继电器阵列组成，主要进行电流功能的校准，选用PCB安装用大电流双路固态继电器。设计时适当增加电流布线宽度，保证电流的安全通过。

输出端子排主要用于和被校准的数据采集器相连，选用安全距离为5.08的高压绝缘端子排，保证在1000V高压或者5A电流工作情况下的电气安全。

测量时，只需将校准源输出端口与程控开关的输入端口用相应的测试线连接，运行控制机软件就可对相关的数据采集器进行校准。该程控开关可同时完成对40路电压、电阻信号和4路电流信号的校准。开关面板上的测试信号输入端通过继电器阵列连接到输出端子上，同时在控制开关上增加了校准源输入接口，测试时候只要把校准源与程控开关对应的接口进行连接，测试时候无需换线就可以完成各个功能的自动校准。

控制过程中首先使继电器动作，开关接通，然后校准源施加测试信号，数据采集器采集信号，由于信号施加时开关已接通，可以避免直接用用继电器来切断或者导通高压或者大电流信号而产生的电弧，继电器只是起着连接导通的作用，导通后两端的电压几乎为零，可有效提高系统的安全性。

应当理解，以上借助优选实施例对本实用新型的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本实用新型说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于数据采集器校准的多路程控开关，其特征在于，该多路程控开关包括：控制单元、继电器驱动电路、输入端口、继电器阵列和输出端子，所述的控制机依次经I/O卡、继电器驱动电路、输入端口、继电器阵列连接至输出端子。

2.根据权利要求1所述的一种用于数据采集器校准的多路程控开关，其特征在于，所述控制单元包括USB接口和USB总线控制的I/O卡。

3.根据权利要求1所述的一种用于数据采集器校准的多路程控开关，其特征在于，所述的继电器阵列包括电压、电阻测量用继电器阵列和电流测量用继电器阵列。

4.根据权利要求3所述的一种用于数据采集器校准的多路程控开关，其特征在于，所述输入端口与继电器阵列之间还连接有转换继电器，该转换继电器一端分别与输入端口的高、低端连接，另一端与一路继电器阵列连接。