專(zhuān)利名稱:電工測(cè)試用a/d轉(zhuǎn)換模板的制作方法
本實(shí)用新型涉及一種改進(jìn)的電工測(cè)試專(zhuān)用雙隔離、雙A／D、同步采樣的A／D轉(zhuǎn)換模板，屬于模／數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域：
。適合電機(jī)、電力部門(mén)對(duì)電壓、電流、功率、功率因數(shù)的測(cè)量及頻譜分析。
目前，在電功率測(cè)試系統(tǒng)中，采用的A／D模板，是通用的A／D模板。其中一種是不帶隔離器的A／D(如圖5a所示)，16路或32路信號(hào)輸入，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)切換到其中一路，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量。它的16路通道共用一個(gè)地線，沒(méi)有隔離作用，對(duì)微機(jī)和操作者均不安全。另一種A／D模板，如上海市電氣自動(dòng)化研究所研制的A／D模板(如圖5b所示)，在電子開(kāi)關(guān)與A／D芯片之間加一只隔離放大器。這種A／D模板由于輸入的16個(gè)量之間共用一個(gè)地線，不適用于電工測(cè)試。其原因是在隔離放大器之前，電壓信號(hào)和電流信號(hào)必須共同接地，這種結(jié)構(gòu)不適于目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定常用的測(cè)試方式。另外隔離放大器置于A／D芯片之前，會(huì)造成隔離誤差，如果要降低這種誤差，要采用高精度隔離放大器，致使A／D模板成本大幅度上升。
本實(shí)用新型的任務(wù)是提出一種與現(xiàn)有技術(shù)相比成本低、具有雙隔離、同步采樣、抗干擾能力強(qiáng)的A／D轉(zhuǎn)換模板。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的。采用兩組光電隔離器，將兩塊A／D芯片與微機(jī)分別進(jìn)行隔離，以確保微機(jī)和操作者的安全；采用一個(gè)送時(shí)鐘信號(hào)的脈沖變壓器和一個(gè)送同步信號(hào)的脈沖變壓器去實(shí)現(xiàn)芯片與芯片之間的隔離；采用同步電路去實(shí)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)同步采樣。整個(gè)線路框圖如圖1所示。這種轉(zhuǎn)換模板能解決以下三個(gè)問(wèn)題1.既能實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，又能達(dá)到低成本。因?yàn)楸緦?shí)用新型在設(shè)置路線時(shí)，將光電隔離器置于A／D芯片之后，不會(huì)造成由于光電隔離器本身的誤差而帶來(lái)的誤差。
2.解決被測(cè)信號(hào)與微機(jī)之間的隔離。
3.解決頻率偏移引起的測(cè)量誤差。關(guān)于這一點(diǎn)可以用圖6來(lái)說(shuō)明。當(dāng)測(cè)量電壓時(shí)，對(duì)于50周頻率的電壓來(lái)說(shuō)，每個(gè)周期T＝1／f＝1／50＝20(ms)，為了采集128點(diǎn)，要求采樣周期△t＝T／128＝20／128＝156.25(μs)。但是在工程測(cè)量中，頻率不會(huì)總是正好50周，是在50周左右稍微偏移。因此就要求采樣周期△t不是一個(gè)固定值156.25μs，而在此值左右隨頻率的偏移而偏移，否則將出現(xiàn)每周期多采或少采一些點(diǎn)，造成測(cè)量誤差。所以采樣周期跟蹤工頻周期T，使之在任何時(shí)候都能保持△t＝T／128的比例關(guān)系。
本實(shí)用新型的技術(shù)特征是在電路構(gòu)成上采用兩塊A／D芯片對(duì)電壓、電流信號(hào)同時(shí)采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換，以保證其同時(shí)性，提高測(cè)量的功率的精度；采用兩組光電耦合器分別置于A／D芯片之后，實(shí)現(xiàn)其與微機(jī)之間的隔離，在光電耦合與鎖存級(jí)中，插入一級(jí)整形級(jí)電路；采用脈沖變壓器，與兩塊A／D芯片相接，達(dá)到兩塊A／D芯片之間的隔離，以解決電工測(cè)試中電壓、電流常常不共地線的問(wèn)題，使電壓地與電流地之間的隔離電壓達(dá)2500伏左右，滿足電工測(cè)試的特殊要求；在兩塊A／D芯片的電路上設(shè)置一同步電路，如前所述的那樣當(dāng)工頻頻率偏移時(shí)，采樣時(shí)間△t總是與被測(cè)工頻周期保持同步，使數(shù)據(jù)采集精度提高；在A／D芯片之前設(shè)置了兩組相互隔離的多路電子模擬開(kāi)關(guān)，它們同時(shí)受到微機(jī)的控制。
本實(shí)用新型的解決方案，可進(jìn)一步用以下附圖進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是本實(shí)用新型的A／D轉(zhuǎn)換模板的線路框圖。
圖2是本實(shí)用新型的A／D模板的線路圖。
圖3是本實(shí)用新型的A／D模板在測(cè)試電機(jī)的接線圖。
圖4是圖1所示光電耦合器的框圖和波形圖。
圖5a是一種現(xiàn)有技術(shù)A／D模板的線路框圖。
圖5b是另一種現(xiàn)有技術(shù)A／D模板的線路框圖。
圖6是同步采樣的波形圖。
圖2為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的A／D轉(zhuǎn)換模板的最佳實(shí)施方案?！?〕、〔2〕為A／D芯片線路，〔3〕、〔4〕為光電耦合器線路，〔5〕、〔6〕為脈沖變壓器線路，〔7〕為同步電路，〔8〕、〔9〕分別為電流、電壓多路電子開(kāi)關(guān)線路，〔10〕為微機(jī)總線。
圖4b中，〔3－1〕、〔4－1〕為光電耦合級(jí)，〔3－2〕、〔4－2〕為整形電路，〔3－3〕、〔4－3〕為鎖存級(jí)。
該A／D轉(zhuǎn)換模板的線路構(gòu)成和工作情況，由以下實(shí)施例加以說(shuō)明。兩組相互隔離型號(hào)相同的8路電子開(kāi)關(guān)〔8〕、〔9〕，在來(lái)自微機(jī)〔10〕的控制信號(hào)的作用下，同時(shí)選擇8路中某一路信號(hào)，同時(shí)分送到A／D芯片線路〔1〕、〔2〕的信號(hào)輸入端進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。電子開(kāi)關(guān)路線由AD7501組成，A／D芯片線路由ADC1210構(gòu)成。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換后，兩組互相隔離的數(shù)字量信號(hào)，同時(shí)分別通過(guò)接在A／D〔1〕、〔2〕之后的兩組光電耦合器〔3〕、〔4〕將信號(hào)耦合到微機(jī)總線〔10〕到微機(jī)中。為了增強(qiáng)抗干擾能力和降低A／D模板成本，兩組光電耦合線路〔3〕、〔4〕，采用廉價(jià)的普通光電耦合器件，考慮到這種器件在耦合傳遞信號(hào)會(huì)引起波形畸變，在光電耦合線路中插入了整形電路，分別用CD40106構(gòu)成，其傳輸比為20～30％。與A／D芯片〔1〕、〔2〕相接的同步電路〔7〕，它的作用在于保證在每個(gè)工頻周期中，頻率發(fā)生偏移時(shí)，可采完128點(diǎn)，它的輸入信號(hào)，取自被測(cè)電壓信號(hào)，輸出同步信號(hào)分成兩路，一路控制本級(jí)的電壓通道A／D轉(zhuǎn)換，另一路經(jīng)脈沖變壓器〔5〕隔離后，去控制電流通道的A／D轉(zhuǎn)換。最后，A／D〔1〕和A／D〔2〕所需的時(shí)鐘信號(hào)，是由微機(jī)〔10〕的時(shí)鐘，經(jīng)過(guò)脈沖變壓器〔6〕隔離后獨(dú)自獲得。上述幾種功能組件的組合，便可完成本實(shí)用新型的實(shí)施，達(dá)到在電工測(cè)試中A／D的轉(zhuǎn)換。
測(cè)量三相電功率及電壓、電流時(shí)，用二瓦計(jì)法，測(cè)試電路如圖3所示，二相線電壓Uab、Ucb及三相電流Ia、Ib、Ic。其中電壓地
實(shí)際上是接在b相線電壓上，它與電流保護(hù)地
之間存在380伏交流電壓。將每工頻周期128點(diǎn)二相電壓和三相電流瞬時(shí)值采集后，通過(guò)數(shù)據(jù)總線送至微機(jī)。數(shù)據(jù)處理時(shí)，配之適當(dāng)?shù)能浖?如快速富氏變換即FFT或其他軟件)，就可測(cè)出三相電壓、電流的有效值、有功功率或無(wú)功功率、功率因數(shù)等，還可以進(jìn)行頻譜分析、測(cè)出波形畸變、打印頻譜、相頻等。
本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，所不同的是不用多路電子開(kāi)關(guān)Su和S1，其余部分仍按圖2接線，末端改接一臺(tái)單板微機(jī)，就可以測(cè)量單相電壓、電流有效值、有功功率、功率因數(shù)值、波形畸變率，並可打印電壓、電流畸變頻譜。
權(quán)利要求
1.一種電工測(cè)試A/D轉(zhuǎn)換模板，包括電子開(kāi)關(guān)、隔離放大器和A/D芯片，其特征在于它將電壓、電流為兩個(gè)通道，即電子開(kāi)關(guān)Su[9]、A/D-U芯片[2]、光電耦合器[4]為一路，電子開(kāi)關(guān)Si[8]、A/D-I芯片[1]、光電耦合器[3]為另一路，並配有同步電路[7]和脈沖變壓器[5]、[6]，其接配關(guān)系為A/D-I芯片[1]的輸入側(cè)與多路電子開(kāi)關(guān)S1[8]連接，輸入側(cè)的另一線接地，輸出側(cè)與光電耦合器[3]相接，A/D-I還分別與脈沖變壓器[6]的次級(jí)線卷、同步電路[7]的輸出級(jí)相接，A/D-U芯片[2]的輸入側(cè)與多路電子開(kāi)關(guān)Su[9]、同步電路[7]相接，另一線接地，其輸出側(cè)與光電耦合器[4]相接，A/D芯片還分別與脈沖變壓器[5]的初級(jí)線卷和同步電路[7]輸出級(jí)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的A／D轉(zhuǎn)換模板，其特征在于光電耦合器S1〔3〕中，在光電耦合級(jí)〔3－1〕與鎖存級(jí)〔3－3〕中間插入一整形電路〔3－2〕，在光電耦合級(jí)〔4－1〕與鎖存級(jí)〔4－3〕中間插入一整形電路〔4－2〕，其傳輸比均為20～30％。
專(zhuān)利摘要
本實(shí)用新型是一種改進(jìn)的電子測(cè)試專(zhuān)用的雙A/D、雙隔離同步采樣的A/D轉(zhuǎn)換模板，屬于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域：
。其特點(diǎn)是除去采用兩塊A/D芯片外，還設(shè)置了兩組光電隔離器、同步電路、脈沖變壓器，實(shí)現(xiàn)了芯片與微機(jī)、芯片與芯片之間的隔離，使被測(cè)的兩個(gè)量處于不同的地電位上，能夠同步采樣，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。本轉(zhuǎn)換模板成本低，與微機(jī)相配合，測(cè)試精度高，適合電機(jī)、電力行業(yè)對(duì)電壓、電流、功率、功率因數(shù)測(cè)量及頻譜分析。
文檔編號(hào)G01R21/00GK87201176SQ87201176
公開(kāi)日1987年12月2日 申請(qǐng)日期1987年3月30日
發(fā)明者林在榮 申請(qǐng)人:機(jī)械委上海電器科學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan