CN212675009U - 一种测量设备及万用表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种测量设备及万用表，测量设备包括：耦合电路，用于从输入端接收输入信号并输出频率信号或占空比信号；控制电路，其与所述耦合电路相连，用于控制所述耦合电路输出频率信号或占空比信号；处理电路，其输入端与所述耦合电路相连，所述处理电路分别根据所述耦合电路输出的频率信号或占空比信号获得所述输入信号的频率值或占空比值。本实用新型通过引入耦合电路，再通过控制电路对所述耦合电路进行指令控制以分别输出用于测量频率的频率信号以及用于测量占空比的占空比信号，区别于现有技术中只能对单一的输入信号进行频率测量或者占空比测量，最终实现频率和占空比信号类型的区分和识别以提高测量的准确度。

Description

一种测量设备及万用表

技术领域

本实用新型涉及通用测量领域，具体涉及一种测量设备及万用表。

背景技术

信号的频率以及占空比测量对分析信号具有十分重要的意义，信号的频率也叫频率信号，是指信号在周期内的变化时间，占空比表示周期内波形正峰或负峰所占的百分比％，通常采用万用表来测量信号的频率和占空比。

万用表为了测量这些信号需引入信号整形技术，信号整形技术通过近二十年的发展，经历了原有的外挂触发电路到运放整形，直到目前的ADC+MCU技术的演变过程。其中，外挂触发电路核心原理是采用单稳态触发器技术，通过施密特触发器完成频率、占空比测量；随着万用表行业的发展，除单稳触器技术外，还有些采用时基触发器电路、运算放大器电路实现频率整形测量，目前这些技术早已融入一体化数字万表中。随着芯片集成技术的发展，到目前为止，原外挂的单稳、时基触发等处理技术早已集成一体化，即采用高速ADC+MCU技术。

但本申请实用新型人在实现本申请实施例中实用新型技术方案的过程中，发现上述技术中无论是外挂电路、整形处理技术或是集成ADC处理技术，都存在频率测量和占空比测量准确度的问题，如何保证频率信号和占空比信号测量更准确成了目前仪表行业需要共同解决的问题。

实用新型内容

鉴于上述频率测量和占空比测量准确度不高的问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种测量设备及万用表。

依据本实用新型的一个方面，提供一种测量设备，包括：

耦合电路，用于从输入端接收输入信号并输出频率信号或占空比信号；

控制电路，其与所述耦合电路相连，用于控制所述耦合电路输出频率信号或占空比信号；

处理电路，其输入端与所述耦合电路相连，所述处理电路分别根据所述耦合电路输出的频率信号或占空比信号获得所述输入信号的频率值或占空比值。

进一步的，所述控制电路与所述处理电路的输出端耦接，所述控制电路用于接收所述处理电路输出的所述输入信号的频率值或占空比值；其中，所述测量设备还包括：

显示组件，其与所述控制电路耦接，用以显示所述输入信号的频率值或占空比值。

进一步的，所述耦合电路包括：

相互并联的电容耦合电路以及电阻耦合电路；其中：

所述电容耦合电路从所述输入端接收所述输入信号并向所述处理电路输出频率信号，所述电阻耦合电路从所述输入端接收所述输入信号并向所述处理电路输出占空比信号。

进一步的，所述电容耦合电路包含电容C8，所述电阻耦合电路包含：相互串联的电阻R3以及光耦合器IC1；其中：

所述光耦合器IC1分别与所述控制电路、处理电路以及电阻R3的一端耦接，所述电阻R3的另一端与所述输入端耦接；所述电容C8一端与所述输入端耦接，另一端与所述处理电路耦接。

进一步的，所述光耦合器IC1还包括：光控控制端以及光控输出端，所述光控控制端与所述控制电路耦接，所述光控输出端串联接入所述处理电路以及电阻R3之间。

进一步的，所述控制电路还包括：

MCU控制器以及一三极管Q1，所述MCU控制器的输出端串联一电阻R4后与所述三极管Q1的基极耦接，所述三极管的发射极与所述电阻耦合电路中的光控控制端耦接。

进一步的，所述光控控制端包括引脚1及2，所述光控输出端包括引脚3及4，所述光控控制端的引脚1与所述三极管Q1的发射极耦接，所述光控控制端的引脚2接地；所述光控输出端的引脚3与所述处理电路耦接，所述光控输出端的引脚4与所述电阻R3耦接。

进一步的，所述测量设备还包括：按键单元，与所述控制电路连接，所述按键单元用于接收用户的输入信息并根据所述输入信息指令所述控制电路输出高电平或低电平。

进一步的，所述测量设备还包括电阻R1，所述电阻R1的一端与所述耦合电路耦接，其另一端与所述处理电路的输入端耦接。

依据本实用新型的另一个方面，提供一种万用表，包含：壳体、表笔、输入端以及如上所述的测量设备，所述测量设备容置于所述壳体内，所述输入端从表笔接收输入信号并输出给所述测量设备。

根据本实用新型中引入耦合电路，再通过控制电路对所述耦合电路进行指令控制以分别输出用于测量频率的频率信号以及用于测量占空比的占空比信号，其区别于现有技术中只能对单一的输入信号进行频率测量或者占空比测量，最终实现频率和占空比信号类型的区分和识别以提高测量的准确度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本实用新型实施例中一种测量设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中一种测量设备的电路连接示意图；

图3为本实用新型实施例中一种万用表。

具体实施方式

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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种测量设备，如图1所示，包括：

耦合电路11，用于从输入端接收输入信号并输出频率信号或占空比信号；

控制电路12，其与所述耦合电路11相连，用于控制所述耦合电路11输出频率信号或占空比信号；

处理电路13，其输入端与所述耦合电路11相连，所述处理电路13分别根据所述耦合电路11输出的频率信号或占空比信号获得所述输入信号的频率值或占空比值。

根据本实用新型实施例中引入耦合电路，再通过控制电路对所述耦合电路进行指令控制以分别输出用于测量频率的频率信号以及用于测量占空比的占空比信号，其区别于现有技术中只能对单一的输入信号进行频率测量或者占空比测量，最终实现频率和占空比信号类型的区分和识别。

具体的，输入信号即待测信号，本实用新型实施例的测量设备主要目的在于针对该输入信号获得其频率值和占空比值。其中，耦合电路11输出的所述频率信号便于测量所述输入信号的频率值，所述占空比信号便于测量所述输入信号的占空比值，通过所述耦合电路不再只对单一的输入信号进行测量，提高了测量占空比的灵敏度和准确度以及频率信号的准确度。

控制电路通常采用MCU控制器来实现，其主要用于控制耦合电路11在不同需求或者不同场合下输出不同的信号，耦合电路11具有两种独立的测量通道。举例来说，当需要测量输入信号占空比时，所述控制电路就会控制耦合电路11输出适合于测量占空比值的占空比信号；当需要测量输出信号的频率时，所述控制电路就会控制耦合电路11输出适合于测量频率值的频率信号，其目的在于对所述占空比信号进行测量获得的占空比值相较于对所述频率信号进行占空比值的测量更为准确，而对所述频率信号进行测量获得的频率值相较于对所述占空比信号进行频率值的测量更为准确。

处理电路13接收耦合电路输出的频率信号或占空比信号，并对频率信号或占空比信号进行信号整形处理才能获得其频率值或占空比值。处理电路13所采用的具体方案可以通过外挂触发电路整形，或者通过运放整形，或者通过ADC+MCU技术集成的A/D主芯片为一体的应用技术进行整形等，最终可获得所述输入信号准确的频率值或占空比值。

在本实用新型较佳的实施例中，参考图1所示，所述控制电路12与所述处理电路13的输出端耦接，所述控制电路12用于接收所述处理电路13输出的所述输入信号的频率值或占空比值；其中，所述测量设备还包括：

显示组件14，其与所述控制电路12耦接，用以显示所述输入信号的频率值或占空比值。具体而言，该显示组件可以设置在所述测量设备的表面或者远端，其主要目的用于对获取的频率值以及占空比的值的读数通过直观的形式表达给用户。

根据本实用新型实施例所述的一种测量设备，较佳的，如图2所示，所述耦合电路11包括：

相互并联的电容耦合电路111以及电阻耦合电路112；其中：

所述电容耦合电路111从所述输入端接收所述输入信号并向所述处理电路13输出频率信号，所述电阻耦合电路112从所述输入端接收所述输入信号并向所述处理电路13输出占空比信号。其中，电容耦合电路和电阻耦合电路之间相互隔离并且输入信号只能经过其中之一的通路。当需要测量频率时，输入信号只能通过电容耦合电路，此时电阻耦合电路处于断开状态。电容耦合电路根据隔直通交的原理，将经过电容耦合电路的频率信号为纯交流信号，将该交流信号输出的对称波形输入至处理电路进行信号整形处理以获得准确的频率值；当需要测量占空比时，输入信号只能通过电阻耦合电路，此时电容耦合电路可视为断开状态，且所述电容耦合电路中的输入容抗对电阻耦合的电路中的信号造成的衰减可以忽略不计。输入信号经过电阻耦合电路后将得到的占空比信号输入给处理电路进行信号整形处理以获得准确的占空比值。

根据本实用新型实施例所述的一种测量设备，较佳的，如图2所示，为所述测量设备的具体电路图。在具体的实施例中，电容耦合电路111包含电容C8，所述电阻耦合电路112包含：相互串联的电阻R3以及光耦合器IC1；其中：

所述光耦合器IC1为光控器件，其分别与所述控制电路(图未示)、处理电路(图未示)以及电阻R3的一端耦接，所述电阻R3的另一端与所述输入端Input耦接；所述电容C8一端也与所述输入端Input耦接，另一端与所述处理电路耦接。

在该具体的电路中，当需要测频率(Hz)信号时，控制电路选择电容耦合电路作为输入信号的通路，该输入信号由电容C8耦合，根据隔直通交的原理，电容C8输出的纯交流信号输入至处理电路，此时输入波形无论是否过零，输出对应的频率信号均为正弦波形，频率灵敏度都不会受影响；当测占空比(％)时，控制电路控制光耦合器IC1闭合，电阻耦合电路导通，输入信号经过电阻R3，占空比的测量不会因为容抗因素而影响信号的失真量，所以占空比信号并未衰减能准确测量读数值，因此可忽略由电容C8输入容抗对输入信号造成的衰减；输入信号由电阻R3输入的占空比信号占空比相等，占空比测量精度可达1％。

本实用新型实施例所述的装置通过控制电路驱动光耦合器IC1选择电容或者电阻其一作为输入，即在同一信号通道实现两种信号的电阻耦合或电容耦合输入；此种应用方式兼顾了两者，改善了传统单一输入信号处理方式的测量缺陷，确保频率、占空比信号的测量精度得到了更加精准，彻底解决仪器仪表产品应用上的不足。

在本实用新型另一实施例中，所述光耦合器还可以采用模拟开关或继电器来替换实现。

根据本实用新型实施例所述的一种测量设备，较佳的，如图2所示，所述光耦合器IC1还包括：光控控制端以及光控输出端，所述光控控制端与所述控制电路耦接，所述光控输出端串联接入所述处理电路以及电阻R3之间。光控控制端可以对光控输出端的打开和闭合进行控制，进而实现开关以及隔离的作用。其中，光耦合器IC1的型号为61VY3。

对电阻耦合电路输出的占空比信号进行测量获得的占空比值相较于对所述电容耦合电路输出的频率信号进行占空比值的测量更为准确；而对所述频率信号进行测量获得的频率值相较于对所述占空比信号进行频率值的测量更为准确。

具体而言，在实现本实用新型实施例的过程中发现，当测量占空比信号的频率时，由于频率测量的主要方法是通过门电路触发输入处理器以计算频率的脉冲周期，而在模拟电子电路中，无论时钟、高频、本振、谐波等频率电路，多少都会存在直流成份，视大小不同而已。如果采用电阻耦合电路输出的占空比信号测量频率，由于电阻耦合电路可以通过交流成份和直流成份，那么占空比信号中的直流成分影响下，会形成直流正偏输入波形而导致该信号波形下半周过零而导致无法测量电平过零的信号频率(比如：TTL信号)，也就是说如果频率正偏或者负偏已偏离了零电位，就无法正确测算出该信号的周期频率，最终无法获得准确的频率值。

而当采用电容耦合电路输出的频率信号测量来获得占空比值时，受电容耦合电路的影响导致占空比信号有所衰减，当通过测量叠加了直流的过零正偏波形信号的频率时占空比时，输入信号由10％衰减为8％，频率测量不受影响可正常测量，但已造成占空比测量值出现较大的偏差量，特别是1％－10％、90％－99％最为明显，尤其是在测量小于10％的占空比读数差异更大。

根据本实用新型实施例所述的一种测量设备，较佳的，所述控制电路还包括：

MCU控制器以及一三极管Q1，所述MCU控制器的输出端串联一电阻R4后与所述三极管Q1的基极耦接，所述三极管的发射极与所述电阻耦合电路中的光控控制端耦接。较佳的，三极管Q1型号为SS8050。

根据本实用新型实施例所述的一种测量设备，较佳的，如图2所示，所述光控控制端包括引脚1及2，所述光控输出端包括引脚3及4，所述光控控制端的引脚1与所述三极管Q1的发射极耦接，所述光控控制端的引脚2接地；所述光控输出端的引脚3与所述处理电路耦接，所述光控输出端的引脚4与所述电阻R3耦接。

根据本实用新型实施例所述的一种测量设备，如图1所示，较佳的，所述测量设备还包括：按键单元15，与所述控制电路12连接，所述按键单元15用于接收用户的输入信息并根据所述输入信息指令所述控制电路输出高电平或低电平。

根据本实用新型实施例所述的一种测量设备，较佳的，所述测量设备还包括电阻R1，所述电阻R1的一端与所述耦合电路耦接，其另一端与所述处理电路的输入端耦接。

在本实用新型一具体的实施例中，当需要测频率(Hz)信号时，点击按键单元(Hz/％)使得控制电路输出低电平，三极管Q1、光耦合器IC1不动作处于断开状态，频率信号由电容C8所在的电容耦合电路获得。根据隔直通交的原理，纯交流信号经电阻R1输出对称波形至处理电路；当测占空比(％)时，点击按键单元使得控制电路输出高电平，高电平的控制信号经电阻R4驱动三极管Q1，上电至光耦合器IC1的光控控制端引脚1，2，使光控输出端引脚3，4闭合，此时可忽略由电容C8输入容抗对输入信号造成的衰减；测量占空比由电阻R3、光耦合器IC1、电阻R1输入至处理电路，本实用新型不再赘述。

根据本实用新型实施例所述的一种测量设备，较佳的，所述电容C8的电容值为0.1uF，所述电阻R3的电阻值为10K。其中，电阻R1为100R，所述处理电路采用通用的DSP处理芯片实现。

本实用新型实施例所述的一种万用表，如图3所示，包含：壳体10、表笔30、输入端20以及如上任一实施例所述的测量设备(图未示)，所述测量设备容置于所述壳体10内，所述输入端20从表笔30接收输入信号并输出给所述测量设备。

综上所示，本实用新型实施例所述的测量设备以及万用表通过表笔接收输入信号后，经过输入端提供给测量设备；在测量设备中，控制单元的指令控制以及利用光控器件的隔离和开关切换特性，实现频率/占空比信号类型的区分和识别。当测量频率时，光控器件处于断开状态，输入信号中有效的交流信号频率通过电容耦合，而直流成份无法通过，因而无论输入信号是否含有直流成份，正负半周相等均可以准确测量频率信号；当测量占空比信号时，光控器件闭合将电阻支路接入，此时输入信号直接通过电阻耦合，确保测量的脉冲信号不受电容容抗产生的影响，提高了测量占空比的灵敏度和准确度。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实用新型实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种测量设备，其特征在于，包括：

耦合电路，用于从输入端接收输入信号并输出频率信号或占空比信号；

控制电路，其与所述耦合电路相连，用于控制所述耦合电路输出频率信号或占空比信号；

处理电路，其输入端与所述耦合电路相连，所述处理电路分别根据所述耦合电路输出的频率信号或占空比信号获得所述输入信号的频率值或占空比值。

2.根据权利要求1所述的一种测量设备，其特征在于，所述控制电路与所述处理电路的输出端耦接，所述控制电路用于接收所述处理电路输出的所述输入信号的频率值或占空比值；其中，所述测量设备还包括：

显示组件，其与所述控制电路耦接，用以显示所述输入信号的频率值或占空比值。

3.根据权利要求2所述的一种测量设备，其特征在于，所述耦合电路包括：

相互并联的电容耦合电路以及电阻耦合电路；其中：

所述电容耦合电路从所述输入端接收所述输入信号并向所述处理电路输出频率信号，所述电阻耦合电路从所述输入端接收所述输入信号并向所述处理电路输出占空比信号。

4.根据权利要求3所述的一种测量设备，其特征在于，

所述电容耦合电路包含电容C8，所述电阻耦合电路包含：相互串联的电阻R3以及光耦合器IC1；其中：

所述光耦合器IC1分别与所述控制电路、处理电路以及电阻R3的一端耦接，所述电阻R3的另一端与所述输入端耦接；所述电容C8一端与所述输入端耦接，另一端与所述处理电路耦接。

5.根据权利要求4所述的一种测量设备，其特征在于，所述光耦合器IC1还包括：光控控制端以及光控输出端，所述光控控制端与所述控制电路耦接，所述光控输出端串联接入所述处理电路以及电阻R3之间。

6.根据权利要求5所述的一种测量设备，其特征在于，所述控制电路还包括：

MCU控制器以及一三极管Q1，所述MCU控制器的输出端串联一电阻R4后与所述三极管Q1的基极耦接，所述三极管的发射极与所述电阻耦合电路中的光控控制端耦接。

7.根据权利要求6所述的一种测量设备，其特征在于，所述光控控制端包括引脚1及2，所述光控输出端包括引脚3及4，所述光控控制端的引脚1与所述三极管Q1的发射极耦接，所述光控控制端的引脚2接地；所述光控输出端的引脚3与所述处理电路耦接，所述光控输出端的引脚4与所述电阻R3耦接。

8.根据权利要求1所述的一种测量设备，其特征在于，所述测量设备还包括：按键单元，与所述控制电路连接，所述按键单元用于接收用户的输入信息并根据所述输入信息指令所述控制电路输出高电平或低电平。

9.根据权利要求1所述的一种测量设备，其特征在于，所述测量设备还包括电阻R1，所述电阻R1的一端与所述耦合电路耦接，其另一端与所述处理电路的输入端耦接。

10.一种万用表，其特征在于，包含：壳体、表笔、输入端以及如上述权利要求1-9任一项所述的测量设备，所述测量设备容置于所述壳体内，所述输入端从表笔接收输入信号并输出给所述测量设备。

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