專利名稱：開關(guān)機(jī)械特性測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械特性測試儀，尤其是一種開關(guān)機(jī)械特性測試儀，屬于測試儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
早先的開關(guān)機(jī)械特性測試由光線示波器實(shí)現(xiàn)，多通道的光線示波器將線圈帶電(分合指令送達(dá))、觸頭信號、分閘位置信號等記錄在光敏紙上，通過讀示波圖確定開關(guān)的參數(shù)。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，上世紀(jì)八十年代，國內(nèi)用單片機(jī)作為主控芯片，研制出模擬光線示波器的開關(guān)機(jī)械特性測試儀。此類儀器實(shí)現(xiàn)了測試參數(shù)的數(shù)字化顯示。
此類產(chǎn)品一直延續(xù)到新標(biāo)準(zhǔn)IEC62271-100(其國內(nèi)版本GB1984-2003)出臺前，除了精度上由原來的8BIT，10KHZ提高到12位，25KHZ，其他方面沒有本質(zhì)的變化。
IEC62271-100的基本概念是每一種斷路器產(chǎn)品都有其行程特性的標(biāo)準(zhǔn)曲線。當(dāng)總行程超過20mm時，將±5％總行程迭加到參考曲線上，產(chǎn)生兩條曲線，這兩條曲線就是該產(chǎn)品的包絡(luò)線；在總行程小于等于20mm時，以±2mm迭加到標(biāo)準(zhǔn)曲線上生成兩條曲線。這對包絡(luò)線可以總行程5％或2mm(相對于行程小于等于20mm)以內(nèi)上下移動，即在極限情況下，上包絡(luò)線或下包絡(luò)線與參考曲線重合。被試品產(chǎn)生的曲線必須能在包絡(luò)線受上述限制的移動后完全處于上下包絡(luò)線之中，則開關(guān)的機(jī)械特性合格。反之為不合格。
新標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行遇到的問題是，現(xiàn)有設(shè)備均不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)對斷路器多項(xiàng)特性參數(shù)、尤其是機(jī)械特性曲線的測試要求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的局限性，提出一種可以滿足新標(biāo)準(zhǔn)測試要求的開關(guān)機(jī)械特性測試儀。
為了解決以上技術(shù)問題，申請人經(jīng)過調(diào)查研究，合理解決了下位機(jī)與待測斷路器的信號采集銜接問題，提出本實(shí)用新型開關(guān)機(jī)械特性測試儀的技術(shù)方案為該儀器含有置信上位機(jī)指令、采集原始數(shù)據(jù)的下位機(jī)，所述下位機(jī)通過信號放大驅(qū)動電路與待測斷路器的受控端連接，所述斷路器的測試信號取樣端通過輸入信號調(diào)理電路與下位機(jī)的信號采集端連接；所述輸入信號調(diào)理電路包括觸頭信號電路、線圈帶電信號電路、線圈電流信號處理電路以及位移傳感器輸入電路；所述觸頭信號電路的信號輸入端串于待測斷路器的分或合回路中，其信號輸出端通過光電耦合器接下位機(jī)的觸頭信號采集端；所述線圈帶電信號電路的信號輸入端與待測斷路器的分或合線圈并聯(lián)，其信號輸出端通過光電耦合器接下位機(jī)的線圈帶電信號采集端；所述線圈電流信號處理電路的信號輸入端與待測斷路器的分或合回路中的分流器并聯(lián)，其信號輸出端通過霍爾元件接下位機(jī)的觸頭信號采集端；所述位移傳感器輸入電路的信號輸入端接待測斷路器的動觸頭，其信號輸出端通過射隨器接通過接下位機(jī)的傳感信號采集端。
采用以上技術(shù)方案設(shè)計制造的開關(guān)機(jī)械特性測試儀可以接受上位機(jī)的指令，通過信號放大驅(qū)動電路控制斷路器動作，并通過輸入信號調(diào)理電路采集包括觸頭信號、線圈帶電信號、線圈電流信號等多項(xiàng)特性信號，尤其是可以采集來自位移傳感器的多項(xiàng)機(jī)械特性信號，將這些信號傳輸?shù)缴衔粰C(jī)整定處理后顯示出來，從而切實(shí)滿足新標(biāo)準(zhǔn)的測試要求。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。


圖1為本實(shí)用新型一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1實(shí)施例下位機(jī)的電路圖。
圖2-1至圖2-7為圖2的局部解剖放大圖。
圖3為圖1實(shí)施例的信號放大驅(qū)動電路圖。
圖4為圖1實(shí)施例中輸入信號調(diào)理電路的觸頭信號電路圖。
圖5為圖1實(shí)施例中輸入信號調(diào)理電路的線圈帶電信號電路圖。
圖6為圖1實(shí)施例中輸入信號調(diào)理電路的線圈電流信號處理電路圖。
圖7為圖1實(shí)施例中輸入信號調(diào)理電路的位移傳感器輸入電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)施例的開關(guān)機(jī)械特性測試儀如圖1所示，上位機(jī)負(fù)責(zé)參數(shù)整定、結(jié)果解釋、顯示，下位機(jī)負(fù)責(zé)置信上位機(jī)指令、采集原始數(shù)據(jù)。下位機(jī)通過信號放大驅(qū)動電路與待測斷路器的受控端連接，同時斷路器的測試信號取樣端通過輸入信號調(diào)理電路與下位機(jī)的信號采集端連接。
下位機(jī)如圖2所示，主要由以下部分組成嵌入式控制器S3C44B0X(標(biāo)號1)、FLASH存儲器SST39VF160(標(biāo)號2)和SDRAM存儲器HY57V641620(標(biāo)號3)、RS232串口通信接口(標(biāo)號4)、USB通信接口(標(biāo)號5)、高速A/D轉(zhuǎn)換器AD976(標(biāo)號6)和電源部分(標(biāo)號7)。
嵌入式控制器S3C44B0X如圖2-1所示，此部分為下位機(jī)系統(tǒng)的核心部分，S3C44B0X為Samsung公司的16/32位RISC處理器，提供內(nèi)置部件，包括8KB cache，內(nèi)部SRAM，LCD控制器，帶自動握手的2通道UART，4通道DMA，系統(tǒng)管理器(片選邏輯，F(xiàn)D/EDO/SDRAM控制器)，代用PWM功能的5通道定時器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，同步SIO接口和PLL倍頻器。
FLASH存儲器SST39VF160如圖2-2所示，采用16位數(shù)據(jù)總線與S3C44B0X嵌入式控制器連接，占用系統(tǒng)的Bank0空間，地址范圍為0x00000000-0x001FFFFF，SST39VF160總的容量為1M×16Bit，用來存放下位機(jī)程序。
SDRAM存儲器HY57V641620如圖2-3所示，其片選信號(圖中為19引腳nSCS)和嵌入式控制器S3C44B0X的nGCS6相連，占用S3C44B0X控制器的Bank6地址空間。HY57V641620占用的地址范圍為0x0C000000-0x0C7FFFFF，其用來存儲下位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
RS-232C和RS485通信接口如圖2-4所示，分別采用與S3C44B0X嵌入式控制器通訊端連接的MAX3232C和MAX485芯片組成RS-232C和RS485通信接口，用來和上位機(jī)及其他儀器進(jìn)行通信。
USB通信接口如圖2-5所示。采用帶并行總線的USB接口器件PDIUSBD12，此器件符合通用串行總線(USB)1.1版規(guī)范。其數(shù)據(jù)線和系統(tǒng)總線的D7～D0相連，片選信號CS-N和處理器的nGCS2相連，占用系統(tǒng)的Bank2空間，地址范圍為0x04000000-0x05FFFFFF，而PDIUSB12只占用其中2個地址，其地址線A0和系統(tǒng)地址總線的ADDR0相連。其中斷輸出信號和S3C44B0X的EXINT2相連，所以USB中斷為系統(tǒng)的外部中斷2。
高速A/D轉(zhuǎn)換部分如圖2-6所示。采用AD976轉(zhuǎn)換器，AD976A為16位A/D轉(zhuǎn)換器，可達(dá)到200kSPS吞吐量。其數(shù)據(jù)總線和系統(tǒng)總線的D15～D0相連，片選信號CS和系統(tǒng)的nGCS3相連，占用Bank3空間，即0x06000000～0x07FFFFFF。忙信號BUSY經(jīng)反相器接到系統(tǒng)的EXINT1，轉(zhuǎn)換完信號為系統(tǒng)的外部中斷1，A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)源由高精度基準(zhǔn)AD780提供，AD780的高精度對AD976A的轉(zhuǎn)換精度有著很重要的影響。
電源部分如圖2-7所示，主要由AS1117-5.0、LM1117-3.3、LM1117-2.5芯片構(gòu)成，可以產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的5.0V、3.3V和2.5V穩(wěn)定電壓。
信號放大驅(qū)動電路如圖3所示，主要由光電耦合器U2A和放大三極管N5以及繼電器線圈J7組成。同樣的驅(qū)動電路具有2路，分別用來驅(qū)動分閘線圈和合閘線圈，下位機(jī)的控制信號輸出端(圖2-1中S3C44B0X的58(GPF6)引腳和59(GPF5)引腳)輸出高電平或低電平，通過光電耦合器U2A接放大三極管N5的基極，該三極管的集電極接控制斷路器分合閘動作的繼電器線圈J7，因此可以由下位機(jī)接受上位機(jī)的指令后，控制待測斷路器分合閘。
輸入信號調(diào)理電路由觸頭信號電路、線圈帶電信號電路、線圈電流信號處理電路以及位移傳感器輸入電路構(gòu)成。
觸頭信號電路如圖4所示，具有4路同樣的電路，分別測量A相、B相、C相和輔助觸點(diǎn)的帶電狀態(tài)。其信號輸入端AIN串于待測斷路器的分或合回路中，其信號輸出端A通過光電耦合器U2C接下位機(jī)的觸頭信號采集端，即圖2-1中的S3C44B0X的28(GPG4)引腳。處理器通過檢測其輸入的電平信號來判斷對應(yīng)的觸頭是否帶電。
線圈帶電信號電路如圖5所示，用于確定線圈帶電起始時間，主要由整流橋D19和光電耦合器UC3組成，其信號輸入端OCIN1、OCIN2與待測斷路器的分或合線圈并聯(lián)，接整流橋D19的兩端，整流橋D19的信號輸出端F通過光電耦合器U3C接下位機(jī)的線圈帶電信號采集端如圖2-1中的S3C44B0X處理器的118(GPC0)引腳。處理器通過判斷其輸入的電平變化來啟動定時器進(jìn)行計時，來確定線圈帶電的起始時間。
線圈電流信號處理電路如圖6所示，用于測量線圈電流，主要由集成電路芯片C6(ICL7650)和霍爾元件H2組成，由于被測對象是微弱電流信號，放大容易引起電壓和電流的失調(diào)，以及零點(diǎn)漂移、自激干擾。所以選用自穩(wěn)零斬波運(yùn)算放大器ICL7650實(shí)現(xiàn)電壓-電流轉(zhuǎn)換。其信號輸入端OC-和OC+與待測斷路器的分或合回路中的分流器并聯(lián)，經(jīng)集成電路芯片輸入端4、5腳，由其輸出端10腳輸出，通過霍爾元件H2接下位機(jī)的觸頭信號采集端，即圖2-1中的75引腳AIN0輸入端。而AIN0是S3C44B0X處理器的10位8通道ADC轉(zhuǎn)換器的輸入端之一，通過其可以測量線圈電流。
位移傳感器輸入電路如圖7所示，其信號輸入端通過3PIN插件接待測斷路器的動觸頭，其信號輸出端通過射隨器接通過接下位機(jī)的傳感信號采集端，即圖2-6中AD976的模擬量輸入端引腳1。AD976為16bit高速A/D轉(zhuǎn)換器，從而使采樣精度可以達(dá)到16位。
使用證明，本實(shí)施例的開關(guān)機(jī)械特性測試儀具有以下優(yōu)點(diǎn)●精確采樣——時間精度可以高達(dá)60kHz，幅值精度可以達(dá)到16位；●上位機(jī)完成測試全過程以及后期數(shù)據(jù)的分析和管理，上、下位機(jī)通過USB接口連接，保證了測試的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和高速性；●能夠打印出詳細(xì)報表，報表包括單分、單合曲線以及參數(shù)；●能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)單分、單合、合分、分-合-分、分-合-分-合-分、合-分-合-分六種測試；●配備有曲線生成軟件用于生成標(biāo)準(zhǔn)曲線；●測試時可以安裝傳感器來測量時間-行程特性曲線，并能按照IEC62271-100-2001-05以及GB/T1983-2004標(biāo)準(zhǔn)完成標(biāo)準(zhǔn)曲線和實(shí)測曲線的比對；
●包含內(nèi)控、外控、手力合分三種控制方式；●可以選擇將傳感器安裝在ABC三相中的任意一相，靈活整定；●能測試出分合閘線圈電流峰值以及變化曲線；●能測試并顯示出觸頭速度以及加速度的變化曲線；●可以根據(jù)占行程百分比、時間、行程分別定義觸頭運(yùn)動速度，滿足各種速度測試要求；●能直接精確測量觸頭開距；●能測量并顯示斷口波形、反彈幅值、彈跳、超程、過沖等；●能保存所有測試過的數(shù)據(jù)，并能提供后期查詢功能；●能夠測多油、少油、SF6、真空等各種電壓等級下的斷路器。
除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種開關(guān)機(jī)械特性測試儀，含有置信上位機(jī)指令、采集原始數(shù)據(jù)的下位機(jī)，其特征在于所述下位機(jī)通過信號放大驅(qū)動電路與待測斷路器的受控端連接，所述斷路器的測試信號取樣端通過輸入信號調(diào)理電路與下位機(jī)的信號采集端連接；所述輸入信號調(diào)理電路包括觸頭信號電路、線圈帶電信號電路、線圈電流信號處理電路以及位移傳感器輸入電路；所述觸頭信號電路的信號輸入端串于待測斷路器的分或合回路中，其信號輸出端通過光電耦合器接下位機(jī)的觸頭信號采集端；所述線圈帶電信號電路的信號輸入端與待測斷路器的分或合線圈并聯(lián)，其信號輸出端通過光電耦合器接下位機(jī)的線圈帶電信號采集端；所述線圈電流信號處理電路的信號輸入端與待測斷路器的分或合回路中的分流器并聯(lián)，其信號輸出端通過霍爾元件接下位機(jī)的觸頭信號采集端；所述位移傳感器輸入電路的信號輸入端接待測斷路器的動觸頭，其信號輸出端通過射隨器接通過接下位機(jī)的傳感信號采集端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述開關(guān)機(jī)械特性測試儀，其特征在于所述下位機(jī)主要由嵌入式控制器以及通過總線與之連接的FLASH存儲器、SDRAM存儲器、高速A/D轉(zhuǎn)換器以及RS232串口通信接口和USB通信接口構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述開關(guān)機(jī)械特性測試儀，其特征在于所述信號放大驅(qū)動電路主要由光電耦合器、放大三極管以及繼電器線圈組成，所述下位機(jī)的控制信號輸出端通過光電耦合器接放大三極管的基極，所述三極管的集電極接控制斷路器分合閘動作的繼電器線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述開關(guān)機(jī)械特性測試儀，其特征在于所述線圈帶電信號電路主要由整流橋和光電耦合器組成，其信號輸入端接整流橋的兩端，所述整流橋的信號輸出端通過光電耦合器接下位機(jī)的線圈帶電信號采集端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述開關(guān)機(jī)械特性測試儀，其特征在于所述線圈電流信號處理電路主要由集成電路芯片和霍爾元件組成，其信號輸入端經(jīng)集成電路芯片輸入端，由該集成電路芯片輸出端通過霍爾元件接下位機(jī)的觸頭信號采集端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)機(jī)械特性測試儀，屬于測試儀器技術(shù)領(lǐng)域。該儀器含有下位機(jī)，下位機(jī)通過信號放大驅(qū)動電路與待測斷路器的受控端連接，斷路器的測試信號取樣端通過輸入信號調(diào)理電路與下位機(jī)的信號采集端連接。輸入信號調(diào)理電路中的觸頭信號電路、線圈帶電信號電路、線圈電流信號處理電路、位移傳感器輸入電路的信號輸入端接待測斷路器的對應(yīng)部位，以上電路的信號輸出端分別接下位機(jī)的對應(yīng)信號采集端。本實(shí)用新型可以接受上位機(jī)的指令，采集包括觸頭信號、線圈帶電信號、線圈電流信號等多項(xiàng)特性信號，尤其是可以采集傳感器的多項(xiàng)機(jī)械特性信號，并將這些信號傳輸?shù)缴衔粰C(jī)整定處理后顯示出來，從而切實(shí)滿足新標(biāo)準(zhǔn)的測試要求。
文檔編號G01R31/327GK2821594SQ20052007371
公開日2006年9月27日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者姜寧, 王玉英, 漆煒之, 金基平, 王春寧, 李剛, 王珂 申請人:江蘇省電力公司南京供電公司, 西安博能電力技術(shù)有限公司