CN2314382Y - 袖珍多功能动态信号测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种袖珍多功能动态信号测量仪。它由袖珍式外壳(1)、内电路(6)及外部元器件等组成。内电路(6)包括放大整形转换(7)、电压频率测量(8)、转速测量(9)、电子转换开关电路(10)、电压频率变换(11)、数字显示单元(12)和浮动式模拟显示单元。本实用新型采用了新的电路结构设计,可实现各种测量信号的数字、浮动式模拟双显示,而且,体积小巧,工作性能稳定可靠,广泛适用于各种场合下动态信号的即时准确测量。

Description

袖珍多功能动态信号测量仪

本实用新型属于电子测量仪表，具体涉及一种可用于电器设备调试与检修中测量各种信号的袖珍式多功能动态信号测量仪。

在电子技术领域，通常将以处理脉冲数字信号为主的电路称为数字电路，而将处理其它类型信号(如正弦信号等)的电路称之为模拟电路。对数字电路的脉冲信号的主要参数为周期、频率、占空比与脉冲宽度等；而正弦信号的最重要的参数是频率、电压幅度(有效值)和相位等。这些参数反映了电路的工作状态，需要用专用仪表才能进行精确的测量。现有的测试仪表，尤其是动态信号测试仪表大多功能单一，体积大，而且价格较高。一是不便携带；二是难以实现即时多参数综合测试。作为通用的小型测试仪表的“万用表”，一般仅能测试静态信号，即直流电压、电流等，即使少数表能够测量动态信号，也仅能测量低频信号的个别参数，如1KHz以下的电压信号和200KHz以下的频率信号，而且测量精度较低。如现有的ICL7182、CH267加LM3914的电子模拟显示模块的显示范围都只有100格，这样的精度无法满足实际工作中高精度测量的需要，对于前述多种动态信号的基本参数值的综合测定更是无能为力。显然，这对于电器设备电路的调试、检测与修理工作是十分不便的。因此，研制开发能够综合测试动态信号各种基本参数的测试仪表是社会进入电子时代的必然要求。

本实用新型的目的在于提供一种结构简单，使用方便，工作性能稳定可靠，可测量各种动态信号的袖珍式多功能动态信号测量仪。

本实用新型是这样实现的：它由袖珍式外壳、内部电路及外部元器件等组成。内电路主要包括放大整形转换、电压频率测量、转速测量、转换开关电路、电压频率变换、数字显示单元和浮动式模拟显示单元。

探头固定在内电路的基板上并伸出外壳，外壳上有显示屏、功能键组及内部信号输出端子。

放大整形转换电路包括放大电路、整形电路、相位/电压转换电路和占空比/电压转换电路。测试探头经C₁接J₁的基极，J₁的发射极输出端通过C₂、C₃后，一路通过IC_A、C₄、IC₅输出后接至分频器IC₂的1脚，IC₂4脚输出经非门、K₁₁接到IC₁₅的40脚；另一路经电感L₁、C₆连接到放大器IC_11a的输入端后，分别通过开关K₁₃、分频器IC_3A与开关K₁₂接至IC₁₅的40脚；整形电路IC_11c的输出端接IC₆的11脚；CZ1经C₁₁至放大器IC_11d的输入端，IC_11d的输出端接至整形电路IC_11e和IC_11f的输入端，IC_11f的输出端接IC₆的3脚，IC₆的13脚输出端经R₁₆后分别通过TR₅、TR₆的动抽头接主功能开关K₁₅和K₁₆；IC_11a的输出端经非门、R₂₆和TR₄的动抽头接主功能开关K₁₄。

电压频率信号测量电路，补偿放大器IC₁正相端通过R₆、D₃的负极及C₇与探头相接，其输出端并接D4的阳极后与量程开关K₁相接，TR₁-TR₃分别与量程开关K₂-K₄相接，K₁-K₄的输出端并联后经K₉接至K₁₄；L₂一端接探头，另一端通过分压器R₉-R₁₂接量程开关K₅-K₈后，再经K₁₀接于K₁₄；K₁-K₄,K₅-K₈的控制端分别接IC₁₇的输出端Q₀-Q₃；IC_9a输出至K₉、K₁₀的控制端，IC_9b输出至K₂₂的控制端将L₂接至分压电阻R₃₇、R₃₈之间，IC_5b的反相输入端，IC_5b的输出端经R₄₁接K₂₁的控制端控制蜂鸣器B₄；经R₃₇、R₃₈分压后的电压值同时通过R₄₃连接IC₁₀的输入端9脚，12脚输出连接D_c的负极；红外线接收器HWR的输出端2脚经C₁₆至分压器R₃₇、R₃₈，再经K₂₂、L₂、C₇、D₃、R₆到IC₁的正相端。

转速测量电路，D_d发射的红外线信号经被测媒体反射后由HWR接收，HWR的输出经C₁₅连接至IC₁₃的输入端6脚，其输出端1脚连接于K₁₈，经R₁₉、IC_5a输出至IC₄，再通过K₁₉输入到IC₁₅的40脚。

数字显示单元，主要包括IC₁₅和LED₁，即IC₁₅的输出a-g,AK1-AK8分别接显示器件LED1。

浮动式模拟显示单元的输入信号分别接入IC_19c的同相输入端和IC_19d的反相输入端，IC_19c的输出端控制K₃₀接入OSC脉冲信号到IC₁₇的CP端，IC₁₆的CLK端；IC₁₆的Q₁-Q₈分别接R_42-57，通过R₅₆输出VT与TR₁₁调定的电压VP分别经R₅₉、R₅₈接IC_19b的正相端，输出电压VH至IC_19c的反相端后，一路经跟随器IC_19a的正相端，输出VL至IC_19d的正相端，IC_19d输出经D₁₀送至D/A转换器IC₁₆的RST端，同时经非门送到IC₁₇的R端；由IC_5d构成的差动比较放大器之输出至IC₁₈的5脚，IC₁₈的输出接20点条图显示器件D_A和D_B。

由于本实用新型采用了新的电路结构设计，可使各种动态测量信号以数字、浮动式模拟双显示方式进行实时动态显示，而且电路结构简单，工作性能稳定可靠，而且可适用于各种动态信号的测量。

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型不仅限于附图所示。

图1为本实用新型之袖珍式多功能动态信号测量仪外形结构示意图；

图2为本实用新型之电路原理方框图；

图3为本实用新型之浮动式模拟显示与常规模拟显示方式对比示意图；

图4、图5为本实用新型一实施例之电路原理图。

如图1、2、4、5所示，本实用新型由外壳1、测试探头2、显示屏3、功能键4、内部信号输出端子5和内电路6等组成，功能键组4分别有：功能、状态选择键M、直流电压测量选择键V、(高低频)交流/直流电压选择键AC/DC、通断/窄脉冲检测/红外信号检测/二、三极管检测功能选择键TD、功能选择复位键R、电源开关ON/OFF、数字显示保持开关HOLD；UR为红外线发射/接收口；C为相位测量输入暨充电插口(对应于CZ1)；内部信号输出端子5接在机内信号输出暨外电源输入插口(对应于CZ2)上；显示屏3对应的显示单元12、13的数字显示和浮动式模拟显示LED，即数字表和模拟表；内电路6包括放大整形转换电路7、电压频率测量电路8、转速测量电路9、电子转换开关电路10、电压频率变换电路11、数字显示单元12和浮动式模拟显示单元13等功能电路，探头2固定在内电路的基板上并伸出外壳1。

探头2检测到的信号(频率、周期、计数等)由J₁输入。对10MHz以内、10-35MHz、30-1000MHz的信号的频率、周期、计数等参数的测量，分别由IC_11a-IC_11c(74HC04)放大整形、IC_3A(74HC390)、IC₂(MB501)分频处理后，送到电子开关K₁₁-K₁₃；高低频信号由C₇送入D₃检波后，送到补偿放大器IC₁(CA3140)及TR₁-TR₃设置的0～1V、0～2V、0～20V、0～200V四档量程设置后分别送至电子开关K₁-K₄；直流电压信号由L₂送至_R9-R₁₂构成的分压器，各档的设置、控制相应于频率测量的设置，并受控于IC₇构成的自动量程切换电路。各档输出分别接至K₅-K₈；交流/直流电压的测量信号又通过K₁-K₄及K₅-K₈分别送至K₉和K₁₀，受控于S₁控制的IC_9a(CD4013)构成同一电压档的交流/直流电压选择显示电路，其输出送至主功能开关K₁₄；

相位测量时，一路信号共用IC_11a-c的放大整形电路；另一路经C₁₁送IC_{11d -f}(74HC04)，两路信号经整形后分别送至IC₆(CD4013)的11脚和3脚，由IC₆的13脚输出与相位成正比的直流电压信号，送至TR₅和TR₆设置0～180°及0～360°两档量程，该输出接至主功能开关K₁₅和K₁₆；占空比测量时，共用IC_11a缓冲送至非门后由TR₄输出分辨率为0.1％的，正比于占空比的直流电压值送到主功能开关K₁₇；

通断/窄脉冲检测/红外信号检测/二、三极管检测。S₂控制IC₉(CD4013)使K₂₂与L₂接通，将R₃₇、R₃₈对V_cc的分压值直接送入直流电压测量电路(共用该功能电路)，当主功能开关处于电压档，S₁选择直流电压测量时，表头即指示通断、测量的二、三极管的管压降；同时，由IC_5b(LM324)反相端输入检测信号，其输出经K₂₁控制蜂鸣器B₄；IC₁₀(74HC123)9脚输入的窄脉冲信号，经12脚输出展宽的脉冲信号送D_c指示；当S₂选择频率测量时，由红外接收模块HWR经C₁₆送出动态信号，叠加于R₃₇、R₃₈的分压信号上，再由L₂送C₇经D₃检波后送频率测量电路(共用该功能电路)，此时表头即指示出接收的红外信号的相对强弱。

转速信号的测量。HWR接收的脉冲信号由C₁₅送IC₁₃(LM331)的6脚，其1脚输出正比于脉冲数的频率/电压信号被送至主功能开关K₁₈，经R₁₉、IC_5a输出至IC₄，再通过K₁₉输入到IC₁₅的40脚，显示数据由IC₁₅之a～g7段输出与LED数码显示器相应段相连，由AK₁-AK₈选择相应位数码管作动态显示。

数字、模拟显示单元12、13，主功能开关K₁₄-K₁₈并联后，一路经IC_5a反相端输入，其输出送IC₄(LM331)的1、6脚，由3脚输出经K₁₉送IC₁₅的40脚；一路送IC_19c(LM324)的同相输入端和IC_19d的反相输入端，IC_19c的输出端控制K₃₀接入OSC脉冲信号输入到IC₁₇的CP端，IC₁₆(CD4040)的CLK端；IC₁₆的Q₁-Q₈的输出接R₄₂-R₅₇，由R₅₆输出VT，与TR₁₁调定的电压VP分别经R₅₉、R₅₈输入到IC_19b的正相端，输出电压VH至IC_19c的反相端；VT另一路送跟随器IC_19a的正相端，输出VL送至IC_19d的正相端，IC_19d输出经D₁₀送至D/A转换器IC₁₆的RST端，同时经非门送到IC₁₇的R端；测量信号VI与VL又经IC_5d构成的差动比较放大电路处理后，将VI与VL的差值电压送IC₁₈(LM3914)的5脚，其输出接20点条图显示器件D_A和D_B。

电子转换开关电路10保证了各功能电路的工作转换、信号传输及各测量功能的实现。

图3为本实用新型之浮动式模拟显示与常规模拟显示方式对比示意图。由于本实用新型采用了数码管作高位显示，提高了显示的精度，可达到数字表的精度，同时拓宽了仪表的量程范围，可大大缩小模拟表的尺寸。对于一个20格条图显示的本实用新型的模拟表，每增加一位数码管可以提高一个数量级的量程和精度，即一位数码管的可相当于200格模拟表头；两位则相当于2000格；三位相当于20000格，显然，它比现有的100格的电子模拟显示模块的精度高得多。

本实用新型的工作原理如下：该多功能动态信号测量仪可以完成高低频信号频率、周期、电压、相位、计数、转速等各种动态信号的测量。在测量频率时，当测定频率f＞30MHz时，信号经放大，送至IC₂作1/128分频成低于10MHz的信号后，再经非门缓冲，通过K₁₁送IC₁₅的40脚，同时Q₀控制IC₁₅的1脚与AK₁接通，进入外振荡输入状态。此时，由C₂₂、基准频率为15.625MHz的石英晶体、IC_c和IC_d构成的晶振电路输出频率经IC_3b1/2分频，输出频率为7.8125MHz的时基频率送至IC₁₅，控制计数阐门，以获得可选择(S₉)控制的0.128s和1.28s的两个计数闸门，对应于1/128分频数值，使读数正确。Q₀也点亮相应的小数点及单个LED，作相应的功能、量程显示。

当Q₁处于高电平(H)时，即10MHz＜f＜35MHz，信号经IC_11a-IC_11c整形后送入IC_3A作1/10分频后经K₁₂送IC₁₅的40脚进行显示处理；

当Q₂为H时，即f＜10MHz，信号经IC_11a-IC_11c整形后，不经分频，直接经K₁₃送IC₁₅的40脚进行显示处理；

当Q₃为H时，作周期测量，此时将IC₁₅的4脚与AK₈接通，同时断开AK₁。

当Q₄为H时，作计数功能用，此时将IC₁₅的4脚与AK₄接通，同时断开AK₁。在频率测量时，Q₀-Q₄的输出到D_E或门电路，后经非门输出低电平关闭K₁₉；再经一次反相后通过二极管，控制K₁₄接通，此时模拟表头可由S₁选择控制K₉、K₁₀以显示交直流电压，即实现交直流电压双参数显示。

当Q₅为H时，为电压测量状态，此时，高低电平信号经D₃检波后，一路送补偿放大器IC₁，将＜1V_rms的非线性电压信号补偿放大为线性信号，然后送至K₁。当输入信号＞1V_rms时，因D₃的输出已呈线性，故由TR₁-TR₃分别调定为2V、20V、200V三档后，分别送至K₂-K₄,K₁-K₄则由IC₇(CD4017)控制，处于自动量程切换状态；该控制端也同步控制直流电压档K₅-K₈。该交直流电压信号又由S₁控制K₉和K₁₀选通其一，经K₁₄送数字/模拟双显示，即一参数同时以数字表头和模拟表头显示出来。当Q₅为H后，IC_e总为高电平，使K₁₉接通，此时各电压参数经IC₄构成的电压/频率转换电路将电压值转换为频率值，由IC₁₅直接处理显示；当闸门为0.1s时，为3+1/2位显示；当为1s时，为4+1/2位显示，即相当于4+1/2位数字表头的精度。

其他各类参数的测量是通过相应的参数与电压的转换，由电压表直接显示。

本实用新型的特点：

1．多种动态信号同时测量，可实现非接触测量；

2．浮动式区间模拟动态显示；

3．单一参数的数字/模拟双表头显示；

4．频率、电压同时测量，交替显示；

5．可以测量高、低频信号；

6．体积小，精度高。

本实用新型不仅限于上述型号的元件，相同功能器件均可替代使用，同样可以达到本实用新型的目的。

本实用新型可用于各种不同场合动态信号的即时测量。

本实用新型采用新型新型集成电路结构设计，使该测量仪结构简单，体积小巧，还可作成笔式的以便于携带。该测量仪工作稳定可靠，使用方便，而且成本低廉。

Claims (5)

1．一种袖珍多功能动态信号测量仪，由外壳(1)、测试探头(2)、显示屏(3)、功能键组(4)、内部信号输出端子(5)和内电路(6)等组成，内电路(6)包括放大整形转换电路(7)、电压频率测量电路(8)、转速测量电路(9)、转换开关电路(10)、电压频率变换电路(11)、数字显示单元(12)和浮动式模拟显示单元(13)等功能电路单元，其特征是：

a．探头(2)固定在内电路的基板上并伸出外壳(1)，数字、模拟显示单元(12、13)之显示屏(3)和功能键组(4)置于外壳(1)的前面板上；

b．放大整形转换电路(7)包括放大电路、整形电路、相位/电压转换电路和占空比/电压转换电路；测试探头(2)经C₁接J₁的基极，J₁的发射极输出端通过C₂、C₃后，一路接IC_A的输入端，其输出经C₄到IC₅的输入端，IC₅的输出端经接至分频器IC₂的1脚，IC₂4脚输出经非门、K11接到频率处理芯片IC₁₅的40脚；另一路经电感L₁、C₆连接到放大器IC_11a的输入端后，分别通过开关K₁₃、分频器IC_3A与开关K₁₂接至IC₁₅的40脚；IC_11c的输出端接IC₆的41脚；CZ1经C₁₁至放大器IC_11d的输入端，IC_11d的输出端接至整形电路IC_11e和IC_11f的输入端，IC_11f的输出端接IC₆的3脚，IC₆的13脚输出端经R₁₆后分别通过TR₅、TR₆的动抽头接开关K₁₅和K₁₆；IC_11a的输出端经非门、R₂₆和TR₄的动抽头接开关K₁₄；

c．电压频率信号测量电路(8)，补偿放大器IC₁的正相端通过R₆、D₃的负极及C₇与探头(2)相接，其输出端并接D₄的阳极后与量程开关K₁相接，TR₁-TR₃分别与量程开关K₂-K₄,K₁-K₄的输出端并联后经K₉接至K₁₄；L₂一端接探头(2)，另一端通过分压器R₉-R₁₂接量程开关K₅-K₈后经K₁₀接于K₁₄；K₁-K₄,K₅-K₈的控制端分别接IC₁₇的输出端Q₀-Q₃；IC_9a输出至K₉、K₁₀的控制端，IC_9b输出至K₂₂的控制端将L₂接至分压电阻R₃₇、R₃₈之间，IC_5b的反相输入端，IC_5b的输出端经R₄₁接K₂₁的控制端控制蜂鸣器B₄；R₃₇、R₃₈的分压值经R₄₃输入到IC₁₀的输入端9脚，再经其12脚输出连接D_c的负极；红外线接收器HWR的输出端2脚经C₁₆至分压器R₃₇、R₃₈，再经K₂₂、L₂、C₇、D₃、R₆到IC₁的正相端；

d．转速测量电路(9)的红外信号由D_d发射出去，经被测媒体反射后由HWR接收，HWR之输出经C₁₅传输至IC₁₃的输入端6脚，其输出端1脚连接于K₁₈，经R₁₉、Ic_5a输出至IC₄，再通过K₁₉输入到IC₁₅的40脚；

e．数字显示单元(12)，主要包括IC₁₅和LED1，即IC₁₅的输出a-g,AK1-AK8

f．浮动式模拟显示单元(13)的输入信号分别接入IC_19c的同相输入端和IC_19d的反相输入端，IC_19c的输出端控制K₃₀接入OSC脉冲信号到IC₁₇的CP端，IC₁₆的CLK端；IC₁₆的输出端Q₁-Q₈的输出接R₄₂-R₅₇，通过R₅₆输出VT与TR₁₁调定电压VP分别经R₅₉、R₅₈接IC_19b的正相端，输出VH至IC₁₉c的反相端后，一路经跟随器IC_19a的正相端，输出VL至IC_19d的正相端，IC_19d输出经D₁₀送至D/A转换器IC₁₆的RST端，同时经非门送到IC₁₇的R端；由IC_5d构成的差动比较放大器之输出至IC₁₈的5脚，IC₁₈的输出接20点条图显示器件D_A和D_B。

2．如权利要求1所述的袖珍多功能动态信号测量仪1其特征是：浮动式模拟显示单元(13)的显示器件之高位为数码管，低位为条图。

3．如权利要求1所述的袖珍多功能动态信号测量仪，其特征是：显示屏(3)为数字、浮动式模拟双显示屏。

4．如权利要求1所述的袖珍多功能动态信号测量仪，其特征是：内电路(6)上有用于非接触测量的红外线发射、接收器件。

5．如权利要求1或2所述的袖珍多功能动态信号测量仪，其特征是：浮动式模拟显示单元(13)的显示器件之高位为2+1/2位数码管显示，低位为20点条图显示。

Images