CN212159929U - 一种快沿峰值保持及测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种快沿峰值保持及测量装置，包括：光电隔离模块、高压衰减器、跟随及双向峰值保持模块、主控制器模块、通讯模块、电源以及电池管理模块。跟随及双向峰值保持模块将所述高压衰减器的信号进行阻抗变换，增强所述信号，再通过运算放大器保持双向峰值的电路峰值；通过放大电路将正值峰值和负值峰值给出到主控部分，并接收来自主控的复位信号将当前的峰值清除。本实用新型装置采用光纤信号作为输出，通过光电隔离模块实现与测量信号的隔离，降低干扰；同时采用电池供电可方便设备的悬浮使用；可实现现有做峰值检测的设备示波器的替换，可降低体积，优化系统成本。

Description

一种快沿峰值保持及测量装置

技术领域

本实用新型涉及脉冲功率的技术领域，具体而言，尤其涉及一种快沿峰值保持及测量装置。

背景技术

马克思发生器(Marx Generator)是通过低压直流电源产生高压脉冲，通过电容并联充电再串联放电的高压装置，该结构由Erwin Otto Marx于1924 年提出，它能模仿雷电及操作过电压等过程。所以经常用于绝缘冲击耐压及介质冲击击穿、放电等高能物理试验中。

针对马克思发生器的输出电压一般受环境的影响较大，一般要配合检测是被以此来验证脉冲是否被正确输出。其电压检测方式一般通过高带宽的分压装置(阻容分压)衰减1000～100000倍后，再通过示波器进行检测，其脉冲电流的检测也类似。

在脉冲功率的应用领域，废水处理也是需要做相应的检测的。废水处理设备的输出电压波形具有窄脉冲特点，在高压脉冲电源作用下，液相内非平衡电极之间的处理对象分子结构会发生一定程度的改变，促使质量较轻的电子逐渐变为高能自由电子，运动过程中与其它分子碰撞后，水相化学反应生成，在活性物质的作用下，水中有机物被讲解，从而实现废水的有效处理。

此时对流过负载的电流做相应的检测，可帮助设备使用人员确定合适的脉冲电流。

现有的快沿检测以及峰值比较部分大多采用示波器配合探头的方式来实现。一般的示波器的输入信号和输出信号是共地的不存在隔离，因此会存在干扰的问题；示波器的体积大、重量沉、成本高，其属于通用设备，因此其应用在特定场合时大多数功能就是浪费的，一般只可用于单个信号的检测；在特定应用中我们需要测量悬浮的信号，这种情况示波器是不能使用的。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提出一种快沿峰值保持及测量装置。本实用新型主要涉及一种快沿峰值保持及测量装置，其特征在于，包括：光电隔离模块、高压衰减器、跟随及双向峰值保持模块、主控制器模块、通讯模块、电源以及电源管理模块。

进一步地，跟随及双向峰值保持模块将所述高压衰减器的信号进行阻抗变换，增强所述信号，再通过运算放大器保持双向峰值的电路峰值；通过放大电路将正值峰值和负值峰值给出到主控部分，并接收来自主控的复位信号将当前峰值清除。

更进一步地，所述主控制器模块通过MCU芯片内的ADC完成信号的采集工作，将峰值模拟信号转化为数字信号，得到一定时间内的所述数字信号，取出该段时间的峰值并将得到的峰值与所设定的阈值进行比较，判断是否输出急停。

进一步地，所述通讯模块采用光纤隔离的通讯方式实现时间的可设定并采用片内闪存模拟电可擦写存储器，实现设定项目的掉电保存。

更进一步地，通过光电隔离模块的光纤发射头OF601、OF603实现光纤串口通讯，实现modbus协议来控制MCU；所述OF602用于接收来自外部的触发信号，复位上面的保持电路；所述OF600在检测出不在范围内的信号后，输出停止光信号；MCU监测+5V、5V、3.3V、电池电压；LED400、LED401、 LED402、LED403用于显示电池的电量；J2接口连接外部按键用来实现唤醒； Q500、Q501、Q502实现正负脉冲的复位电路。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型装置采用光纤信号作为输出，通过光电隔离模块实现与测量信号的隔离，降低干扰；同时采用电池供电可方便设备的悬浮使用；可实现现有做峰值检测的设备示波器的替换，可降低体积，优化系统成本。

本实用新型装置可以对在脉冲功率领域的电压、电流快速上升沿波形实现峰值的精确测量。通过光纤通讯，使其可用于悬浮电路中；同时采用MCU 作为主控方便后续复杂功能的添加。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型输入阻抗变换高速跟随部分电路。

图2为本实用新型电源以及电源管理模块连接示意图。

图3为本实用新型对输入信号的峰值展宽以及信号调理电路示意图。

图4为本实用新型主控制器模块电路示意图2。

图5为本实用新型光电隔离模块的光纤头电路部分。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-5所示，本实用新型提供了一种快沿峰值保持及测量装置，其特征在于，包括：高压衰减器、跟随及双向峰值保持模块、主控制器模块、通讯模块、电源以及电源管理模块。跟随及双向峰值保持模块将所述高压衰减器的信号进行阻抗变换，增强所述信号，再通过运算放大器降低信号保持双向峰值的电路峰值；通过放大电路将正值峰值和负值峰值给出到主控部分，并接收来至主控的复位信号将当前峰值清除。

高压脉冲信号通过衰减器将高压脉冲降低为具有一定比例可测量的信号，转化后的范围是正负40V。此部分需要包含交直流校准部分来保证波形的幅值与被测波形成比例，此部分主要涉及RC的正确补偿，

具体的，当衰减器信号进入到P100，DS100限制峰值电压避免损坏后面器件；R100～R103以及C102、C103、VC100组成内部衰减器，将原有的正负40V信号衰减0.045倍到正负1.8V；U100为高带宽缓冲器，用来变换输出阻抗；U101、U102外围组成可复位的双向峰值保持电路，将输入信号的峰值保持以方便后续的测量；U103将正向峰值缓冲、负向反相，因为ADC只能接收正值采样。

作为优选的实施方式，在本申请中所述主控制器模块通过MCU芯片内的ADC完成信号的采集工作，将峰值模拟信号转化为数字信号，得到一定时间内的所述数字信号，取出该段时间的峰值并将得到的峰值与所设定的阈值进行比较。

如在设定的最大值和最小值范围内，则不发出停止信号；反之，发出预设长度的停止信号。其还可以完成对峰值的清零工作，在接收到光纤传输过来的触发信号以后，延迟一定的时间a(0～100us)，触发复位电路一定时间 b(5～100us)，再延迟一定时间c(0～100us)，开始采集峰值一段时间 d(10～10000us)，最后结束决定是否给出停止信号脉宽长度e(40～100us)。其中 a-e均为可更改的值。

作为优选的实施方式，在本申请中，优选地，所述通讯模块采用光纤隔离的通讯实现时间的可设定并采用片内闪存模拟电可擦写存储器，实现设定项目的掉电保存。

在本申请实施方式中，如图4所示，通过光电隔离模块的光纤发射头 OF601、OF603实现光纤串口通讯，即图中的发射：HFBR1414TZ；接收： HFBR2412TZ。实现modbus协议来控制MCU；所述OF602用于接收来自外部的触发信号，复位上面的保持电路；所述OF600在检测出不在范围内的信号后，输出停止光信号；MCU监测+5V、5V、3.3V、电池电压；LED400、LED401、LED402、LED403用于显示电池的电量；J2接口连接外部按键用来实现唤醒；Q500、Q501、Q502实现正负脉冲的复位电路。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (4)

1.一种快沿峰值保持及测量装置，其特征在于，包括：光电隔离模块、高压衰减器、跟随及双向峰值保持模块、主控制器模块、通讯模块、电源以及电池管理模块；

跟随及双向峰值保持模块将所述高压衰减器的信号进行阻抗变换，增强所述信号，再通过运算放大器保持双向峰值的电路峰值；通过放大电路将正值峰值和负值峰值给出到主控部分，并接收来自主控的复位信号将当前的峰值清除。

2.根据权利要求1所述的一种快沿峰值保持及测量装置，其特征在于，

所述主控制器模块通过MCU芯片内的ADC完成信号的采集工作，将峰值模拟信号转化为数字信号，得到一定时间内的所述数字信号，取出该段时间的峰值并将得到的峰值与所设定的阈值进行比较，判断是否输出急停。

3.根据权利要求1所述的一种快沿峰值保持及测量装置，其特征在于，

所述通讯模块采用光纤隔离的通讯方式实现时间的可设定，并采用片内闪存模拟电可擦写存储器，实现设定项目的掉电保存。

4.根据权利要求1所述的一种快沿峰值保持及测量装置，其特征在于，

通过光电隔离模块的光纤发射头OF601、OF603实现光纤串口通讯，实现modbus协议来控制MCU；所述OF602用于接收来自外部的触发信号，复位保持电路；所述OF600在检测出不在范围内的信号后，输出停止光信号；MCU监测+5V、5V、3.3V、电池电压；LED400、LED401、LED402、LED403用于显示电池的电量；J2接口连接外部按键用来实现唤醒；Q500、Q501、Q502实现正负脉冲的复位电路。

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