CN210894447U - 一种便携式多功能连续信号发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携式多功能连续信号发生器，包括外壳与电路板，电路板固定设置在外壳内，外壳上设有多个外设接口与电源开关，外设接口包括数据输入接口、电流信号输出接口、频率输出接口、接地接口，电路板上设有控制器、运算放大器、D/A转换器，数据输入接口、运算放大器、D/A转换器分别与控制器连接，运算放大器连接频率输出接口，D/A转换器连接电流信号输出接口，电源开关串联在数据输入接口与控制器之间；数据输入接口用于下载数据信号文件；控制器用于控制产生频率信号；运算放大器用于产生频率信号；D/A转换器用于产生电流信号。该设备体积小、重量轻，携带方便，极大降低了现场检修人员的工作负担，提高了现场工作效率。

Description

一种便携式多功能连续信号发生器

技术领域

本实用新型涉及测试仪器技术领域，尤其适用于水轮机调速或并网调速实验，具体涉及一种便携式多功能连续信号发生器。

背景技术

目前涉及到频率特性响应的测试实验项目逐步增多，针对一般的实验项目例如水轮机调速、并网调速等实验项目，市面上的测试仪一般提供的是整套实验方案或固定值信号源，无法模拟电网实时连续频率信号对某项具体参数进行实时测试。如何针对频率特性实验设计一款连续的、可变的、数值预定的频率信号发生装置，成为实验项目中尤为重要的一项课题。

在现场的实验中，获取典型的频率信号可以从录波仪中导出，也可以人工编辑，然而目前使用的录波仪体积较大，搬动不便，频繁地移动录波仪难以提高工作效率，对设备本身也容易造成损伤；如何将频率数据信号重现，并产生出来送入待测设备接口，是关键问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种便携式多功能连续信号发生器，其配置标准的电压接线端口，可以从录波文件中或excel中导入数据，下载到设备中，然后再现场输出频率数据信号，方便被测设备对信号的传输接收，该设备体积小、重量轻，携带极其轻松，极大程度降低了现场检修人员的工作负担，提高了现场工作效率。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种便携式多功能连续信号发生器，包括外壳与电路板，所述电路板固定设置在所述外壳内，所述外壳上设有多个外设接口与电源开关，所述外设接口包括数据输入接口、电流信号输出接口、频率输出接口、接地接口，所述电路板上设有控制器、运算放大器、D/A转换器，所述数据输入接口、所述运算放大器的输入端、所述D/A转换器的输入端分别与所述控制器连接，所述运算放大器的输出端连接所述频率输出接口，所述D/A转换器的输出端连接所述电流信号输出接口，所述电源开关串联在所述数据输入接口与所述控制器之间；

所述数据输入接口用于与上位机进行数据交互，下载数据信号文件；

所述控制器用于存储所述数据信号文件，并根据所述数据信号文件控制产生频率信号；

所述运算放大器用于产生频率信号；

所述D/A转换器用于产生电流信号。

本技术方案记载的一种便携式多功能连续信号发生器，其配置标准的电压接线端口作为数据输入接口，可以从其他设备的录波文件中或excel中导入数据信号，下载到本设备中，然后再现场还原并输出频率数据信号到被测设备，方便被测设备对信号的传输接收；当被测设备为无源设备时，本装置还可为被测设备提供电源输出；该设备体积小、重量轻，携带极其轻松，极大程度降低了现场检修人员的工作负担，提高了现场工作效率。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

优选地，所述数据输入接口为USB接口，所述USB接口上设有串口转换模块，所述串口转换模块用于当所述控制器与上位机进行通信时提供电平转换及通信协议转换。所述控制器采用单片机作为核心元器件，由于计算机的串口电平与单片机串口电平不一样。计算机串口使用的是RS232电平，简单说就是采用负逻辑，电压可以在+-15V之间，通讯时起始位为高电平，停止位为低电平。而单片机串口使用的是TTL电平，简单说就是采用正逻辑，电压可以在+-5V之间，通讯时起始位为低电平，停止位为高电平。通过串口转换模块进行转换就可以解决二者之间电平不匹配的问题。

优选地，所述电路板上还设置有电源转换模块，所述电源转换模块的输入端连接所述USB接口，所述电源转换模块的输出端连接所述运算放大器的电源输入端。USB接口输出的DC5V电源，而运算放大器需要使用DC15V 电源，因而需要一个DC转DC的电源转换模块为运算放大器提供电源，使运算放大器能正常工作，准确地还原频率数据信号，为被测设备提供预期的频率信号输出。

优选地，所述外壳上还设有运行开关，所述运行开关与所述控制器连接，运行开关用于输入启动信号，以启动本装置开始运行，即开始还原频率信号。

优选地，所述电流信号输出接口包括外部有源电流信号输出接口及外部无源电流信号输出接口，所述电流信号输出接口与所述D/A转换器的输出端连接，即所述外部有源电流信号输出接口在D/A转换器的输出端并联。当被测设备为有源设备时，本装置的外部有源电流信号输出接口、外部无源电流信号输出接口接入被测设备的环路，被测设备提供电源，本装置控制产生 4～20mA电流流向被测设备；当被测设备为无源设备时，被测设备的电流环路输入端连接本装置的外部无源电流信号输出接口、接地接口，当正常工作时，本装置提供电源并控制产生4～20mA电流流向被测设备。

优选地，所述外壳上还设有电流信号开关，所述电流信号开关与所述外部无源电流信号输出接口、所述外部有源电流信号输出接口连接，_用于控制切换输出接口。

优选地，所述电流信号开关为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关用于控制开启和关闭所述外部有源电流信号的输出或所述外部无源电流信号的输出。

优选地，所述外壳上还设有指示灯，所述指示灯与所述控制器连接，所述指示灯为LED灯。

优选地，所述指示灯包括电源指示灯、工作指示灯、故障指示灯。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种便携式多功能连续信号发生器，其配置标准的USB接口作为数据输入接口，可以从其他设备的录波文件中或excel中导入数据信号(例如从录波仪或PC机)，下载到本设备中，然后再现场还原并输出频率数据信号到被测设备，方便被测设备对信号的传输接收；本设备既可对有源设备进行测试，也可对无源设备进行测试，在对无源设备进行测试时，还可为无源待测设备提供电源；该设备体积小、重量轻，携带极其轻松，极大程度降低了现场检修人员的工作负担，提高了现场工作效率。

附图说明

图1为本实用新型外部结构示意图A；

图2为本实用新型外部结构示意图B；

图3为本实用新型内部结构示意图；

图4为本实用新型面板示意图；

图5为本实用新型系统结构框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、外壳，101、面板，102、安装板，2、电路板，201、数据输入接口，202、控制器，203、运算放大器，204、D/A转换器，205、频率输出接口， 206、电流信号输出接口，2061、外部有源电流信号输出接口，2062、外部无源电流信号输出接口，207、接地接口，208、串口转换模块，209、电源转换模块，210、电源开关，211、运行开关，212、电流信号开关，213、指示灯。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

一种便携式多功能连续信号发生器，在本实施例中使用于水轮机调速或并网调速实验中频率特性响应的测试实验。如图1～5所示，其包括外壳1与电路板2，所述电路板2通过螺钉固定安装在所述外壳1内。外壳1包括设置与顶面的面板101，所述外壳1上设有多个外设接口与开关，面板101上设置有与各个外设接口以及开关尺寸相匹配的通孔，面板101下方安装有安装板102，多个外设接口以及开关安装在安装板102上、并穿过面板101上的通孔。为进一步减小本装置的体积，所述电路板2上对应各个外设接口的位置设置成通孔，此通孔略大于其对应的各个外设接口及开关，当本装置安装好时，所述外设接口、所述开关与此通孔配合。多个外设接口包括数据输入接口201、电流信号输出接口206、频率输出接口205、接地接口207，所述电路板2上设有控制器202、运算放大器203、D/A转换器204，所述数据输入接口201、所述运算放大器203的输入端、所述D/A转换器204的输入端分别与所述控制器202连接，所述运算放大器203的输出端连接所述频率输出接口205，所述D/A转换器204的输出端连接所述电流信号输出接口 206，所述电源开关210串联在所述数据输入接口201与所述控制器202之间；所述外壳1上还设有指示灯213，所述指示灯213与所述控制器202连接，所述指示灯213为LED灯。所述指示灯213包括电源指示灯、工作指示灯、故障指示灯。本实施例中控制器202使用ARM单片机，推荐使用型号STM32。

所述数据输入接口201用于与上位机进行数据交互，从上位机下载数据信号文件，并为本装置提供电源；

所述控制器202用于存储下载的所述数据信号文件，并根据所述数据信号文件的内容控制本装置产生频率信号及对应可标定的4～20mA的电流信号；

所述运算放大器203用于产生频率信号；

所述D/A转换器204用于产生4～20mA的电流信号。

本实施例记载的一种便携式多功能连续信号发生器，其配置标准的电压接线端口作为数据输入接口，可以从其他设备的录波文件中或excel中导入数据信号，下载到本设备中，然后再现场还原并输出频率数据信号到被测设备，方便被测设备对信号的传输接收；本装置既适用于对有源设备的检测，也适用于对无源设备的检测。当被测设备为无源设备时，本装置还可为被测设备提供电源输出；该设备体积小、重量轻，携带极其轻松，极大程度降低了现场检修人员的工作负担，提高了现场工作效率。

在上述技术方案的基础上，本实施例还可以做如下改进。

本实施例中，所述数据输入接口201为USB接口，所述USB接口上设有串口转换模块208，所述串口转换模块208用于当所述控制器202与上位机进行通信时提供电平转换及通信协议转换。所述控制器202采用单片机作为核心元器件，由于计算机的串口电平与单片机串口电平不一样。计算机串口使用的是RS232电平，简言之就是采用负逻辑，电压可以在+-15V之间，通讯时起始位为高电平，停止位为低电平；而单片机串口使用的是TTL电平，简言之就是采用正逻辑，电压可以在+-5V之间，通讯时起始位为低电平，停止位为高电平。通过串口转换模块208进行转换就可以解决二者之间电平不匹配的问题，优选较常使用的串口转换芯片有美信公司的MAX232 和sipex公司的232等。

本实施例中，所述电路板2上还设置有电源转换模块209，所述电源转换模块209的输入端连接所述数据输入接口201(USB接口)，本实施例采用了USB-A型接口。所述电源转换模块209的输出端连接所述运算放大器 203的电源输入端。USB接口输出的是DC5V电源，而运算放大器203需要使用DC15V电源，因而需要一个DC转DC的电源转换模块209为运算放大器203提供电源，使运算放大器203能正常工作，准确地还原频率数据信号，为被测设备提供预期的频率信号输出。

如图4的面板101示意图所示，所述外壳1上还设有运行开关211，所述运行开关211与所述控制器202连接，运行开关211用于输入启动信号，以启动本装置开始运行，即开始还原并输出下载的数据信号文件记载的频率信号。

本实施例中，所述电流信号输出接口206包括外部有源电流信号输出接口2061及外部无源电流信号输出接口2062，所述电流信号输出接口与所述 D/A转换器204的输出端连接，即所述外部有源电流信号输出接口在D/A转换器204的输出端并联。当被测设备为有源设备时，本装置的外部有源电流信号输出接口2061、外部无源电流信号输出接口2062接入被测设备的环路，被测设备提供电源，本装置控制产生4～20mA电流流向被测设备；当被测设备为无源设备时，被测设备的电流环路输入端连接本装置的外部无源电流信号输出接口2062、接地接口207，当正常工作时，本装置提供电源并控制产生4～20mA电流流向被测设备。

如图4所示，所述外壳1上还设有电流信号开关212，所述电流信号开关212与所述外部有源电流信号输出接口2061、外部无源电流信号输出接口 2062、接地接口207连接，用于控制输出电流信号模式。所述电流信号开关 212为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关用于控制开启和关闭所述外部有源电流信号的输出或所述外部无源电流信号的输出。电流信号开关212可采用普通的船型翘板开关，电流信号开关212包括“Ⅰ”档、“Ⅱ”档，分别对应外部有源电流输出、外部无源电流输出两种情况。

工作原理：

本实用新型记载的一种便携式多功能连续信号发生器，针对现场频率特性试验中针对频率响应的测试，验证被测试设备对频率变化信号进行功能逻辑判断后输入输出信号的正确性，同时解决以往成套测试测试仪体积大、笨重、不便携带、无法模拟产生特定的实时连续频率信号的问题。其配置标准的USB接口作为数据输入接口，通过USB接口连接到上位机，上位机可以是市场上可以购买到的普通PC机，也可以是录波仪，本装置可以从其他设备的录波文件中或excel中导入数据信号，下载到本装置中，然后再现场还原并输出频率数据信号到被测设备，方便被测设备对信号的传输接收。

本装置既适用于对有源设备的检测，也适用于对无源设备的检测。首先将电流信号选择开关置于“O”档，即关闭电流信号输出。再通过USB接口连接PC机或者录波仪，并将excel中预存的的频率数据信号文件或者录波仪的录波文件下载到本装置中。将频率输出端口连接到待测设备的频率测试输入端，此时根据待测设备的类别判断其为无源设备还是有源设备。

当被测设备为有源设备时，本装置的外部有源电流信号输出接口2061 与外部有源电流信号输出接口2062接入被测设备的环路，将电流信号选择开关置于“Ⅱ”档，即“外部有源电流输出”档，依次打开电源开关210、运行开关211，电源指示灯与工作指示灯亮，本装置开始工作，频率输出接口205 输出还原的连续频率信号，同时产生可标定的4～20mA电流流向被测设备；当被测设备为无源设备时，被测设备的电流信号输入端连接本装置的外部无源电流信号输出接口2062、接地接口207，将电流信号选择开关置于“Ⅰ”档，即“外部无源电流输出”档，依次打开电源开关210、运行开关211，电源指示灯与工作指示灯亮，本装置开始工作，当正常工作时，频率输出接口205 输出还原的连续频率信号，本装置的外部无源电流信号输出接口2062为被测设备提供电源；当设备发送故障时，故障指示灯亮。测试完成后，先将电流信号开关212置“0”档，依次关断运行开关211、电源开关210，最后拆卸各个接口的连线。该设备体积小、重量轻，携带极其轻松，极大程度降低了现场检修人员的工作负担，提高了现场工作效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，包括外壳(1)与电路板(2)，所述电路板(2)固定设置在所述外壳(1)内，所述外壳(1)上设有多个外设接口与电源开关(210)，所述外设接口包括数据输入接口(201)、电流信号输出接口(206)、频率输出接口(205)、接地接口(207)，所述电路板(2)上设有控制器(202)、运算放大器(203)、D/A转换器(204)，所述数据输入接口(201)、所述运算放大器(203)的输入端、所述D/A转换器(204)的输入端分别与所述控制器(202)连接，所述运算放大器(203)的输出端连接所述频率输出接口(205)，所述D/A转换器(204)的输出端连接所述电流信号输出接口(206)，所述电源开关(210)串联在所述数据输入接口(201)与所述控制器(202)之间；

所述数据输入接口(201)用于与上位机进行数据交互，下载数据信号文件；

所述控制器(202)用于存储所述数据信号文件，并根据所述数据信号文件控制产生频率信号；

所述运算放大器(203)用于产生频率信号；

所述D/A转换器(204)用于产生电流信号。

2.根据权利要求1所述一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，所述数据输入接口(201)为USB接口，所述USB接口上设有串口转换模块(208)，所述串口转换模块(208)用于提供通信协议转换。

3.根据权利要求2所述一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，所述电路板(2)上还设置有电源转换模块(209)，所述电源转换模块(209)的输入端连接所述USB接口，所述电源转换模块(209)的输出端连接所述运算放大器(203)的电源输入端。

4.根据权利要求1所述一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，所述外壳(1)上还设有运行开关(211)，所述运行开关(211)与所述控制器(202)连接。

5.根据权利要求1所述一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，所述电流信号输出接口(206)包括外部有源电流信号输出接口(2061)与外部无源电流信号输出接口(2062)，所述外部有源电流信号输出接口(2061)与所述外部无源电流信号输出接口(2062)分别与所述D/A转换器(204)的输出端连接。

6.根据权利要求5所述一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，所述外壳(1)上还设有电流信号开关(212)，所述电流信号开关(212)与所述外部有源电流信号输出接口(2061)、所述外部无源电流信号输出接口(2062)连接，用于控制输出电流信号。

7.根据权利要求6所述一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，所述电流信号开关(212)为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关用于控制开启和关闭所述外部有源电流信号的输出或所述外部无源电流信号的输出。

8.根据权利要求1所述一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，所述外壳(1)上还设有指示灯(213)，所述指示灯(213)与所述控制器(202)连接，所述指示灯(213)为LED灯。

9.根据权利要求8所述一种便携式多功能连续信号发生器，其特征在于，所述指示灯(213)包括电源指示灯、工作指示灯、故障指示灯。

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