一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源，包括鍵盤、單片機(jī)模塊、第一濾波電路、第一功率放大電路、第二濾波電路、第二功率放大電路和穩(wěn)壓電源電路，其中單片機(jī)模塊分別與鍵盤、第一濾波電路的輸入端和第二濾波電路的輸入端相連，所述第一濾波電路的輸出端與第一功率放大電路的輸入端相連，所述第二濾波電路的輸出端與第二功率放大電路的輸入端相連，穩(wěn)壓電源電路為各模塊供電，本實(shí)用新型可產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)頻率完全相同、頻率漂移很小、相位差可變的方波信號(hào)；再通過兩個(gè)電路參數(shù)完全相同的帶通濾波器，對(duì)方波中的高次諧波進(jìn)行濾波，從而獲得所需正弦波，然后再通過功率放大級(jí)，放大到所需要的電壓功率。
【專利說明】一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源。

【背景技術(shù)】
[0002] 信號(hào)發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀器。按信號(hào)波形可分為正弦信 號(hào)、函數(shù)信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生被測(cè)電路所需 特定參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)，信號(hào)發(fā)生器又稱為信號(hào)源和振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有 著廣泛的應(yīng)用，信號(hào)發(fā)生器的作用就是信號(hào)調(diào)制功能，信號(hào)調(diào)制是指被調(diào)制信號(hào)中，幅度、 相位或頻率變換把低頻信息嵌入到高頻的載波信號(hào)中，得到的信號(hào)可以傳送從語音、到數(shù) 據(jù)、到視頻的任何信號(hào)。
[0003] 目前，鐵路站內(nèi)信號(hào)軌道電路由交流50Hz在全路范圍內(nèi)更新為技術(shù)先進(jìn)的25Hz 相敏軌道電路。25Hz相敏軌道電路具有工作穩(wěn)定可靠，維修簡(jiǎn)單和故障率低的優(yōu)點(diǎn)，具有 很高的抗干擾能力，并延長了軌道電路的極限長度；用25Hz作為軌道電路的信號(hào)源，具有 頻率穩(wěn)定性的特點(diǎn)，相敏25Hz軌道電路由于采用了二元二位繼電器，其具有可靠的相位選 擇性和頻率選擇性，因而對(duì)軌端絕緣破損和外界牽引電流或其他頻率電流的干擾能可靠的 進(jìn)行防護(hù)。25Hz軌道電路采用25Hz頻率后，與其他工頻連續(xù)式軌道電路比較，在相同條件 下，受道碴電阻變化影響?。?5Hz電源是運(yùn)用分頻的原理構(gòu)成的，由于50Hz工頻穩(wěn)定，所以 它也有頻率穩(wěn)定的特性，其頻率衡定在50Hz的一半；25Hz分頻器具有不可逆性，雖然50Hz 不平衡牽引電流通過扼流變、軌道變壓器流入軌道分頻器的輸出回路，但在其輸入端不可 能有100Hz電流。同時(shí)室內(nèi)軌道繼電器的局部線圈是由局部電源單獨(dú)供電，他不與鋼軌或 軌道分頻器的輸出相連，又不經(jīng)過室外電纜線路，不受接觸網(wǎng)電流產(chǎn)生的50Hz干擾電壓的 影響；25Hz軌道電路由于采用了連續(xù)方式，從而較為方便的找出其工作的最不利條件和肌 線指標(biāo)，更便于通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)手段加以驗(yàn)證。
[0004] 鐵路電務(wù)系統(tǒng)在更新改造過程中，使用了來自各廠家配套的專用"相位差測(cè)試儀" 和通用儀表。25Hz相敏軌道電路測(cè)試過程中急需解決25HZ相位差信號(hào)源。因?yàn)檫@一信號(hào) 源比較特殊，它是由兩個(gè)相位差90°的正弦波25Hz交流電源組成，并且要求頻率穩(wěn)定，電 壓波形是正弦波，相位角可以加減調(diào)整，而相位角超前的那一組輸出電壓固定為110V，而另 外一組輸出電壓可以從〇 - 20V調(diào)整。
[0005] 目前，市場(chǎng)上所能見到的信號(hào)發(fā)生器多是RC移項(xiàng)單頻振蕩器，只有一個(gè)輸出頻 率，頻受環(huán)境溫度的影響變化很大，同時(shí)用兩臺(tái)儀表相位差也無法控制。若采用站內(nèi)相位差 電源作為信號(hào)源，雖然可行但設(shè)備體積太大，成本太高資源浪費(fèi)，同時(shí)相位差和輸出電壓無 法調(diào)節(jié)使用不方便。總之沒有現(xiàn)成的相位差信號(hào)源可供使用。要提高信號(hào)設(shè)備維修質(zhì)量就 必須建立統(tǒng)一計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)既標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，而我們?cè)诰S修中也需要這一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種相敏軌道測(cè) 試用信號(hào)源，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)和模擬電子技術(shù)相結(jié)合，通過單片機(jī)程序控制就可以產(chǎn)生兩 個(gè)信號(hào)頻率完全相同、頻率漂移很小、相位差可變的方波信號(hào)；再通過兩個(gè)電路參數(shù)完全相 同的帶通濾波器，對(duì)方波中的高次諧波進(jìn)行濾波，從而獲得所需正弦波，然后再通過功率放 大級(jí)，放大到我們所需要的電壓功率。因輸出的頻率是通過單片機(jī)而產(chǎn)生的，為提高頻率的 穩(wěn)定度，單片機(jī)的時(shí)鐘源采用了有源恒溫石晶體振蕩器，使頻率穩(wěn)定度達(dá)到10 - 7,相位差 的分辨率可達(dá)0.09°，可以滿足測(cè)試要求。另外單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換器還可以測(cè)量輸出 電壓的幅度，通過LED數(shù)據(jù)顯示屏顯示輸出信號(hào)相位差和可調(diào)電壓輸出數(shù)值；儀面板上的 功能控制鍵可以很方便的更改相位差的角度數(shù)。
[0007] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源，包括鍵盤、單片機(jī)模塊、第一濾波電路、第一功率放 大電路、第二濾波電路、第二功率放大電路和穩(wěn)壓電源電路，其中單片機(jī)模塊分別與鍵盤、 第一濾波電路的輸入端和第二濾波電路的輸入端相連，所述第一濾波電路的輸出端與第一 功率放大電路的輸入端相連，所述第二濾波電路的輸出端與第二功率放大電路的輸入端相 連，穩(wěn)壓電源電路分別為單片機(jī)模塊、第一濾波電路、第二濾波電路、第一功率放大電路和 第二功率放大電路進(jìn)行供電；
[0009] 所述的穩(wěn)壓電源電路包括第一穩(wěn)壓電路和第二穩(wěn)壓電路；所述第一穩(wěn)壓電路包括 第一變壓器、第一整流器、第一穩(wěn)壓芯片、第五電容、第六電容、第一電阻、第二電阻、第三電 阻、第四電阻、和滑動(dòng)變阻器，第一變壓器的輸入端接220V外接電源，220V電壓經(jīng)過第一變 壓器后分成55V電壓和30V電壓，55V電壓和30V電壓經(jīng)過第一選擇開關(guān)連接第一整流器的 一端，所述第一整流器的另一端通過第五電容和第六電容接地，同時(shí)第一整流器的另一端 與第一穩(wěn)壓芯片的輸入端相連，第一穩(wěn)壓芯片的電壓調(diào)節(jié)端通過第二電阻與第一滑動(dòng)變阻 器的一端相連，第一滑動(dòng)變阻器的另一端和滑動(dòng)端均接地，第一穩(wěn)壓芯片的電壓調(diào)節(jié)端通 過串聯(lián)的第一電阻和第二二極管與第一穩(wěn)壓芯片的輸入端相連，第一穩(wěn)壓芯片的輸出端分 別與第七電容的一端、第八電容的一端、第三二極管的一端相連，其中第七電容的另一端、 第八電容的另一端均接地，第三二極管的另一端與第四電阻的一端相連，所述第四電阻的 另一端接地；
[0010] 第二穩(wěn)壓電路包括第二變壓器、第二整流器、穩(wěn)壓芯片MC7824K、穩(wěn)壓芯片 MC7812T、穩(wěn)壓芯片MC7924K、穩(wěn)壓芯片MC7912T、第^^一電容、第十二電容、第十三電容、第 十四電容、第十五電容、第十六電容、第十七電容、第十八電容、第十九電容、第二十電容、第 二i^一電容、第二十二電容；
[0011] 第二變壓器輸入端接220V外接電源，220V外接電源通過變壓器分成兩路電壓，兩 路電源均經(jīng)過第二整流器，第二整流器的一端分別連接第十一電容的一端、第十二電容的 一端的、穩(wěn)壓芯片MC7824K的輸入端，第^ 電容的另一端、第十二電容的另一端均接地， 穩(wěn)壓芯片MC7824K的輸出端接穩(wěn)壓芯片MC7812T的輸入端、第十五電感的一端、第十六電感 的一端，第十五電感的另一端、第十六電容的另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7812T的輸出端分 別接第十九電感的一端、第二十一電感的一端，第十九電感的另一端、第二十電感的另一端 均接地，穩(wěn)壓芯片MC7812T的輸出端輸出正12V的電壓；
[0012] 第二整流器的另一端分別接第十三電感的一端、第十四電感的一端和穩(wěn)壓芯片 MC7924K的輸入端，第十三電感的另一端、第十四電感的另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7924K 的輸出端分別接第十七電感的一端、第十八電感的一端和穩(wěn)壓芯片MC7912T的輸入端，第 十七電感的另一端、第十八電感的另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7912T的輸出端分別接第 二十電感的一端、第二十二電感的一端，第二十電感的另一端、第二十二電感的另一端均接 地，穩(wěn)壓芯片MC7912T的輸出端輸出負(fù)12V的電壓；
[0013] 第一穩(wěn)壓電路的輸出端連接單片機(jī)的電源端，第二穩(wěn)壓電路的輸出端分別連接第 一濾波電路、第二濾波電路、第一功率放大電路和第二功率放大電路，單片機(jī)模塊的兩個(gè)信 號(hào)輸出端其中一個(gè)信號(hào)輸出端依次連接第一濾波電路和第一功率放大電路，另外一個(gè)信號(hào) 輸出端依次連接第二濾波電路和第二功率放大器；
[0014] 第一濾波電路與第二濾波電路相同，第一功率放大電路與第二功率放大電路相 同。
[0015] 所述第一濾波電路和第一功率放大電路的具體電路連接關(guān)系如下：第五電阻的 一端接單片機(jī)模塊的25Hz信號(hào)輸出端，所述第五電阻的另一端同時(shí)與第六電阻的一端和 第二十三電容的一端相連，所述第六電阻的另一端分別與第二十四電容的一端、第二十五 電容的一端、第七電阻的一端相連，所述第七電阻的一端與滑動(dòng)變阻器的一端相連，第二滑 動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端與第二十三電容的另一端相連，所述第二滑動(dòng)變阻器的另一端接地，所 述第二十五電容的另一端分別與第一運(yùn)算放大器的反相輸入端和第九電阻的一端相連，所 述第九電阻的另一端和第二十四電容的另一端均與第一運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，第 一運(yùn)算放大器的正電源端接第二穩(wěn)壓電路的正12V電壓輸出端，同時(shí)第一運(yùn)算放大器的正 電壓端與第七電容的一端相連，所述第七電容的另一端相連，所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)電 壓端同時(shí)連接第二穩(wěn)壓電路的負(fù)12V電壓輸出端和第八電容的一端，所述第八電容的另一 端接地，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端與第六電阻的一端相連，所述第六電阻的另一端分 別連接第七電阻的一端和第二運(yùn)算放大器的反相輸入端，第二運(yùn)算放大器的正向輸入端接 地，第二運(yùn)算放大器的輸出端分別與第七電阻的輸出端和第三電容的一端相連，所述第三 電容的另一端與滑動(dòng)變阻器的一端相連，所述滑動(dòng)變阻器的另一端接地，所述滑動(dòng)變阻器 的滑動(dòng)端與第四電容相連的一端相連，所述第四電容的另一端分別與第十電阻的一端和功 率放大芯片的正向輸入端相連，所述第十電阻的另一端接地，所述功率放大芯片的反向輸 入端分別與第十一電阻的一端和第十二電阻的一端相連，所述第十二電阻的另一端與第五 電容的一端相連，所述第五電容的另一端接地，所述第十一電阻的另一端分別與功率放大 芯片的輸出端和第六電容的一端相連，第六電容的另一端與第十三電阻的一端相連，所述 第十三電阻的另一端接地，所述功率放大芯片的正電壓端和負(fù)電壓端分別接正15V電壓和 負(fù)15V電壓，所述功率放大芯片的輸出端與第三變壓器的輸入端相連。
[0016] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，還包括時(shí)鐘源，時(shí)鐘源與單片機(jī)模塊相連，所 述時(shí)鐘源采用的是有源溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器。
[0017] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述單片機(jī)的型號(hào)為STC12C5410AD。
[0018] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述第一功率放大電路和第二功率放大電路 采用的功率放大芯片型號(hào)均為TDA3020A。
[0019] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述的整流電路包括四個(gè)二極管，四個(gè)二極 管構(gòu)成三項(xiàng)橋式整流電路。
[0020] 本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0021] 第一、本實(shí)用新型為相敏軌道鐵路提供了帶有相位差的信號(hào)源，解決了鐵路設(shè)備 體積過大，成本過高，資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，同時(shí)本實(shí)用新型可提供相位差和輸出電壓可調(diào)的功 能，使得相敏軌道鐵路的測(cè)試和調(diào)節(jié)更加方便；
[0022] 第二、本實(shí)用新型中穩(wěn)壓電壓電路采用兩路設(shè)計(jì)，一路產(chǎn)生固定電壓，另一路電 壓實(shí)現(xiàn)可調(diào)的功能，解決了目前相敏軌道電路測(cè)試中信號(hào)源電壓不可調(diào)的問題；
[0023] 第三、本實(shí)用新型運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)和模擬電子技術(shù)相結(jié)合，通過單片機(jī)程序控制 就可以產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)頻率完全相同、頻率漂移很小、相位差可變的方波信號(hào)；再經(jīng)過濾波器 和功率放大器的處理，得到測(cè)試所用的正弦波信號(hào)，解決了相敏軌道測(cè)試需要25Hz相位差 信號(hào)的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)模塊示意圖；
[0025] 圖2、本實(shí)用新型的第一穩(wěn)壓電源電路的電路圖；
[0026] 圖3、本實(shí)用新型的第二穩(wěn)壓電源電路的電路圖；
[0027] 圖4、本實(shí)用新型的濾波放大電路。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0029] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本實(shí)用新型中涉及到的相關(guān)模塊及其實(shí)現(xiàn)的
[0030] 功能是在改進(jìn)后的硬件及其構(gòu)成的裝置、器件或系統(tǒng)上裝載現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的計(jì) 算機(jī)軟件程序或有關(guān)協(xié)議就可實(shí)現(xiàn)，并非是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的計(jì)算機(jī)軟件程序或有關(guān)協(xié)議進(jìn) 行改進(jìn)。例如，改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)依然可以通過裝載現(xiàn)有的軟件操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該 硬件系統(tǒng)的相關(guān)功能。例如，改進(jìn)后的64位處理器的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)可以裝載在32位處 理器時(shí)代設(shè)計(jì)的windows XP軟件操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該64位處理器的相關(guān)功能。因此，可以 理解的是，本實(shí)用新型的創(chuàng)新之處在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中硬件模塊的改進(jìn)及其連接組合關(guān)系， 而非僅僅是對(duì)硬件模塊中為實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能而搭載的軟件或協(xié)議的改進(jìn)。
[0031] 因此本實(shí)用新型中所提到的單片機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)其功能所需要的軟件都是現(xiàn)有的，本 實(shí)用新型只是將單片機(jī)模塊直接用在本實(shí)用新型中，本實(shí)用新型予以保護(hù)的重點(diǎn)是硬件電 路的連接。
[0032] 本實(shí)用新型公開一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源，如圖1所示，包括鍵盤、單片機(jī)模 塊、第一濾波電路、第一功率放大電路、第二濾波電路、第二功率放大電路和穩(wěn)壓電源電路， 其中單片機(jī)模塊分別與鍵盤、第一濾波電路的輸入端和第二濾波電路的輸入端相連，所述 第一濾波電路的輸出端與第一功率放大電路的輸入端相連，所述第二濾波電路的輸出端與 第二功率放大電路的輸入端相連，穩(wěn)壓電源電路分別為單片機(jī)模塊、第一濾波電路、第二濾 波電路、第一功率放大電路和第二功率放大電路進(jìn)行供電；
[0033] 所述的穩(wěn)壓電源電路包括第一穩(wěn)壓電路和第二穩(wěn)壓電路；如圖2所示，所述第一 穩(wěn)壓電路包括第一變壓器、第一整流器、第一穩(wěn)壓芯片、第一接地電容C5、第六電容C6和第 一滑動(dòng)變阻器R3,第一變壓器的輸入端接220V外接電源，220V電壓經(jīng)過第一變壓器后分成 55V電壓和30V電壓，55V電壓和30V電壓經(jīng)過第一選擇開關(guān)連接第一整流器的一端，所述 第一整流器的另一端通過第五電容C5和第六電容C6接地，同時(shí)第一整流器的另一端與第 一穩(wěn)壓芯片的輸入端相連，第一穩(wěn)壓芯片的電壓調(diào)節(jié)端通過與其串聯(lián)的第二電阻R2與第 一滑動(dòng)變阻器R3的一端相連，第一滑動(dòng)變阻器R3的另一端和滑動(dòng)端均接地，第一穩(wěn)壓芯片 的電壓調(diào)節(jié)端通過串聯(lián)的第一電阻R1和第二二極管D2與第一穩(wěn)壓芯片的輸入端相連，第 一穩(wěn)壓芯片的輸出端分別與第七電容C7的一端、第八電容C8的一端、第三二極管D3的一 端相連，其中第七電容C7的另一端、第八電容C8的另一端均接地，第三二極管D3的另一端 與第四電阻R4的一端相連，所述第四電阻R4的另一端接地。
[0034] 如圖3所示，第二穩(wěn)壓電路包括第二變壓器、第二整流器、穩(wěn)壓芯片MC7824K、穩(wěn)壓 芯片MC7812T、穩(wěn)壓芯片MC7924K、穩(wěn)壓芯片MC7912T、第^^一電容C11、第十二電容C12、第 十三電容C13、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第十八電 容C18、第十九電容C19、第二十電容C20、第二^-一電容C21、第二十二電容C22 ;
[0035] 第二變壓器輸入端接220V外接電源，220V外接電源通過變壓器分成兩路電壓，兩 路電源均經(jīng)過第二整流器，第二整流器的一端分別連接第十一電容C11的一端、第十二電 容C12的一端的、穩(wěn)壓芯片MC7824K的輸入端，第i^一電容C11的另一端、第十二電容C12的 另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7824K的輸出端接穩(wěn)壓芯片MC7812T的輸入端、第十五電感C15 的一端、第十六電感的一端，第十五電感C15的另一端、第十六電容C16的另一端均接地，穩(wěn) 壓芯片MC7812T的輸出端分別接第十九電感C19的一端、第二i^一電感C21的一端，第十九 電感C19的另一端、第二十電感C20的另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7812T的輸出端輸出正 12V的電壓；
[0036] 第二整流器的另一端分別接第十三電感C13的一端、第十四電感C14的一端和穩(wěn) 壓芯片MC7924K的輸入端，第十三電感C13的另一端、第十四電感C14的另一端均接地，穩(wěn) 壓芯片MC7924K的輸出端分別接第十七電感C17的一端、第十八電感C18的一端和穩(wěn)壓芯 片MC7912T的輸入端，第十七電感C17的另一端、第十八電感C18的另一端均接地，穩(wěn)壓芯 片MC7912T的輸出端分別接第二十電感C20的一端、第二十二電感C22的一端，第二十電感 C20的另一端、第二十二電感C22的另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7912T的輸出端輸出負(fù)12V 的電壓；
[0037] 第二變壓器的兩個(gè)輸出端分別接第九電感C9的一端、第十電感C10的一端，第九 電感C9的另一端和第十電感C10的另一端分別接地，起到過濾雜波的作用，第二整流器包 括第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7,第四二極管D4的負(fù)極與 第五二極管D5的負(fù)極均與第九電感的一端、穩(wěn)壓芯片MC7924K的輸入端相連，第四二極管 D4的正極和第五二極管D5的正極分別與第六二極管D6的負(fù)極、第七二極管D7的負(fù)極相 連；第六二極管D6的正極和第七二極管D7的正極均與第十電感C10的一端、第十三電感 C13的一端、第十四電感C14的一端、穩(wěn)壓芯片MC7924K的輸入端相連，第六二極管D6的陰 極和第七二極管D7的陰極均與第十電感C10的另一端相連；
[0038] 第一穩(wěn)壓電路的輸出端連接單片機(jī)的電源端，第二穩(wěn)壓電路的輸出端分別連接第 一濾波電路、第二濾波電路、第一功率放大電路和第二功率放大電路，單片機(jī)模塊的兩個(gè)信 號(hào)輸出端其中一個(gè)信號(hào)輸出端依次連接第一濾波電路和第一功率放大電路，另外一個(gè)信號(hào) 輸出端依次連接第二濾波電路和第二功率放大器；
[0039] 第一濾波電路與第二濾波電路相同，第一功率放大電路與第二功率放大電路相 同。
[0040] 所述第一濾波電路和第一功率放大電路的具體電路連接關(guān)系如下：如圖4所示， 第五電阻R5的一端接單片機(jī)模塊的25Hz信號(hào)輸出端，所述第五電阻R5的另一端同時(shí)與 第六電阻R6的一端和第二十三電容C23的一端相連，所述第六電阻R6的另一端分別與第 二十四電容C24的一端、第二十五電容C25的一端、第七電阻R7的一端相連，所述第七電阻 R7的一端與第二滑動(dòng)變阻器R8的一端相連，第二滑動(dòng)變阻器R8的滑動(dòng)端與第二十三電容 C23的另一端相連，所述第二滑動(dòng)變阻器R8的另一端接地，所述第二十五電容C25的另一 端分別與第一運(yùn)算放大器的反相輸入端和第九電阻R9的一端相連，所述第九電阻R9的另 一端和第二十四電容C24的另一端均與第一運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述第一運(yùn)算放大 器的同相輸入端接地，第一運(yùn)算放大器的正電源端接第二穩(wěn)壓電路的正12V電壓輸出端， 同時(shí)第一運(yùn)算放大器的正電壓端與第二十六電容C26的一端相連，所述第二十六電容C26 的另一端相連，所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)電壓端同時(shí)連接第二穩(wěn)壓電路的負(fù)12V電壓輸出 端和第二十七電容C27的一端，所述第二十七電容C27的另一端接地，所述第一運(yùn)算放大 器的輸出端與第十電阻R10的一端相連，所述第十電阻R10的另一端分別連接第十一電阻 Rl 1的一端和第二運(yùn)算放大器的反相輸入端，第二運(yùn)算放大器的正向輸入端接地，第二運(yùn)算 放大器的輸出端分別與第i 電阻R11的另一端和第二十八電容C28的一端相連，所述第 二十八電容C28的另一端與第三滑動(dòng)變阻器R12的一端相連，所述第三滑動(dòng)變阻器R12的 另一端接地，所述第三滑動(dòng)變阻器R12的滑動(dòng)端與第二十九電容C29相連的一端相連，所述 第二十九電容C29的另一端分別與第十三電阻R13的一端和功率放大芯片的正向輸入端相 連，所述第十三電阻R13的另一端接地，所述功率放大芯片的反向輸入端分別與第十五電 阻R15的一端和第十四電阻R14的一端相連，所述第十四電阻R14的另一端與第三十電容 C30的一端相連，所述第三十電容C30的另一端接地，所述第十五電阻R15的另一端分別與 功率放大芯片的輸出端和第三^ 電容C31的一端相連，第三^ 電容C31的另一端與第 十六電阻R16的一端相連，所述第十六電阻R16的另一端接地，所述功率放大芯片的正電壓 端和負(fù)電壓端分別接正15V電壓和負(fù)15V電壓，所述功率放大芯片的輸出端與第三變壓器 的輸入端相連。
[0041] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，還包括時(shí)鐘源，時(shí)鐘源與單片機(jī)模塊相連，所 述時(shí)鐘源采用的是有源溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器。
[0042] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述單片機(jī)的型號(hào)為STC12C5410AD。
[0043] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述第一濾波電路和第二濾波電路采用的均 為有源帶通濾波器，有源帶通濾波器包括兩個(gè)串聯(lián)的型號(hào)為CA358的運(yùn)算放大器、分壓電 阻和濾波電容組成。
[0044] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述第一功率放大電路和第二功率放大電路 采用的芯片型號(hào)均為TDA3020A。
[0045] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述的整流電路包括四個(gè)二極管，四個(gè)二極 管構(gòu)成三項(xiàng)橋式整流電路。
[0046] 運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)和模擬電子技術(shù)相結(jié)合，通過單片機(jī)程序控制就可以產(chǎn)生兩個(gè)信 號(hào)頻率完全相同，頻率漂移很小，相位差可變的方波信號(hào)。再通過兩個(gè)電路參數(shù)完全相同的 帶通濾波器，對(duì)方波中的高次諧波進(jìn)行濾波，從而獲得所需正弦波，然后再將正弦波通過功 率放大，放大到我們所需要的電壓功率。因輸出的頻率是通過單片機(jī)而產(chǎn)生的，為提高頻率 的穩(wěn)定度，單片機(jī)的時(shí)鐘源采用了有源恒溫石晶體振蕩器，使頻率穩(wěn)定度達(dá)到10 _7,相位差 的分辨率可達(dá)0.09°，可以滿足我們的測(cè)試要求。另外單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換器還可以測(cè) 量輸出電壓的幅度，通過LED數(shù)據(jù)顯示屏顯示輸出信號(hào)相位差和可調(diào)電壓輸出數(shù)值。儀面 板上的功能控制鍵可以很方便的更改相位差的角度數(shù)。
[0047] 單片機(jī)STC12C5410AD，它的運(yùn)行速度是8051的12倍，內(nèi)部程序存貯器為 10KB，并且自帶A/D，串口方式程序下載，不僅成本降低，而且功能提升很高，更重要的是 STC89C5412AD支持在線編程，這給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，修改程序帶來了方便。擦寫次數(shù)多，大于 10000次、寫入速度快，小于5s等特點(diǎn)，使用非常方便。
[0048] 單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器時(shí)鐘源是供給單片機(jī)工作的信號(hào)源，決定著整個(gè)系統(tǒng)輸出頻率 的精確度和穩(wěn)定度，在系統(tǒng)中至關(guān)重要。所以采用有源24MHz溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器作 為單片機(jī)時(shí)鐘。溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器輸出頻率隨環(huán)境溫度變化而改變很小，因此精度 和穩(wěn)定度非常高，抗干擾也比較好。
[0049] 單片機(jī)輸出的波形是方波，而我們儀表測(cè)量要求的是正弦波，因此必須進(jìn)行波形 轉(zhuǎn)換。方波信號(hào)中除基波外含有豐富的高次諧波，只有濾除諧波才能獲得基波正弦波。濾 波電路有很多種，在此儀器中我們通過實(shí)驗(yàn)后，選用了增益可調(diào)的有源帶通濾波器，它是由 高增益高阻抗運(yùn)算放大器和若干電阻及電容器組成，濾波效果很好，但輸出電壓還不能達(dá) 到應(yīng)用要求，還必須經(jīng)過功率放大。為減少放大器輸出相移誤差，采用了兩個(gè)型號(hào)相同的集 成功率放大模塊。數(shù)據(jù)顯示模塊采用MXA7912加八位LED數(shù)碼管構(gòu)成，四位LED數(shù)碼管用 于相位差顯示，另四位用于輸出電壓顯示。
[0050] 控制軟件采用MCS-51匯編語言，主要有以下個(gè)模塊組成，MXA7912初始化、相位 周期數(shù)據(jù)表、控制鍵分析、LED數(shù)據(jù)顯示、A/D轉(zhuǎn)換、相位加減控制等。經(jīng)編譯后的機(jī)器碼下 載固化到單片機(jī)中。我們所需的25Hz頻率和相位差就是通過單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器計(jì)數(shù)時(shí)鐘 信號(hào)，再通過程序控制而產(chǎn)生的。單片機(jī)硬件定時(shí)器是每12個(gè)時(shí)鐘周期加1，12個(gè)時(shí)鐘周 期是0. 5yS，因?yàn)?5Hz的周期是40ms，T=l/F=l/25=40ms，所以一個(gè)周期需計(jì)數(shù)8萬次， N=40000/0. 5,實(shí)際程序設(shè)計(jì)只需要計(jì)數(shù)半周期即可4萬次。相位差90°實(shí)際就是頻率周 期滯后1/4周期10ms，這是通過單片機(jī)內(nèi)第二個(gè)硬件定時(shí)器產(chǎn)生的，根據(jù)1/4周期計(jì)算出計(jì) 數(shù)值即可。
[0051] 主要技術(shù)指標(biāo)
[0052] 25Hz: 誤差 彡 ±0. 1Hz
[0053] 相位差 90度 彡±0. 1 °
[0054] 相位差增減量 控制鍵每按一次 〇. 9 °
[0055] 110V輸出 25Hz正弦波(可微調(diào)）彡± IV
[0056] 輸出電壓： 25Hz正弦波連續(xù)可調(diào) 0-25V
[0057] 使用電源： AC-220V ±10%
[0058] 由于采用了單片機(jī)技術(shù)為核心，輔以模擬電子電路，使這種新型信號(hào)源更具生命 力。輸出高精度，高穩(wěn)定度的相位差信號(hào)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，模塊化的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為信號(hào)源 批量生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。這樣就可解決信號(hào)設(shè)備維修、儀表計(jì)量工作沒有中信號(hào)源的問 題，也能夠滿足鐵路信號(hào)系統(tǒng)日常維修使用，同時(shí)還可以用于各種電路的實(shí)驗(yàn)。
[0059] 采用了單片機(jī)技術(shù)為核心，輔以模擬電子電路，使這種新型信號(hào)源操作很方便，19 英寸鋁型材標(biāo)準(zhǔn)儀表箱作為殼體，其結(jié)構(gòu)更為堅(jiān)固。儀表面板為鋁襯板加時(shí)尚的薄膜面板， 更顯美觀大方。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用不僅解決了鐵路信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)相位差測(cè)量?jī)x檢修，儀表計(jì)量中相 位差信號(hào)源問題，同時(shí)作為專用儀表推廣給鐵路相關(guān)單位使用，擴(kuò)大該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍， 使研究成果轉(zhuǎn)化為安全生產(chǎn)力，共同提高鐵路電務(wù)系統(tǒng)檢修裝備的技術(shù)水平。
[0060] 220V的電壓通過變壓器將變?yōu)樾枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成 脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波， 如圖2和圖3中，電路中加入了很多濾波電容，對(duì)直流電壓進(jìn)行濾波，從而得到平滑的直流 電壓。
[0061] 本次設(shè)計(jì)首先采用變壓器把220V交流電變成所需要的電壓。利用二極管的單向 導(dǎo)電性，可以設(shè)計(jì)出把交流電變成直流電的電路；再根據(jù)電容的濾波作用，輸出紋波較小的 直流電，從而得到平滑的直流電壓；最后通過穩(wěn)壓塊的穩(wěn)壓作用，就可以得到輸出穩(wěn)定的直 流電。
[0062] 由輸出電壓、電流確定穩(wěn)壓電路形式。通過計(jì)算極限參數(shù)，如電壓、電流和功率，選 擇器件有穩(wěn)壓電路所要求的直流電壓、直流電流輸入確定整流濾波電路形式，選擇整流二 極管及濾波電容并確定變壓器的副邊電壓的有效值、電流（有效值）即變壓器功率。在電 子電路中，通常需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，整流電路一般由單項(xiàng)導(dǎo)電性的二極管構(gòu)成， 經(jīng)常采用單項(xiàng)半波、單項(xiàng)全波和單向橋式整流電路。本實(shí)用新型電路中采用了 4個(gè)二極管， 組成三項(xiàng)橋式整流電路。整流過程中，4個(gè)整流管輪流導(dǎo)通，無論正半周還是負(fù)半周，流過負(fù) 載的電流方向一致，形成全波整流，將變壓器處的交流電壓變成了脈動(dòng)直流電壓
[0063] 交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有較大的交流分量，為使設(shè)備 上用純凈的交流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓中的交流成分。常見的濾波電路有：電 容濾波電路、電容濾波電路、電容電容濾波電路以及π型濾波電路。在此電路中，由于電容 濾波電路電路較為簡(jiǎn)單、且能得到較好的效果，故選用此電路。在加入電容濾波電路后，由 于電容是儲(chǔ)能元件，利用其充放電特性，使輸出波形平滑，減少脈動(dòng)成分，以達(dá)到濾波的目 的。為了使濾波效果更好，可選用大容量的電容為濾波電容。因?yàn)殡娙莘烹姷臅r(shí)間常數(shù)越 大，放電過程越慢，
[0064] 經(jīng)過整流和濾波后得直流電壓，會(huì)由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及負(fù)載電阻的變動(dòng)而發(fā) 生變化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動(dòng)顯得太大，仍需進(jìn)一步對(duì)其穩(wěn)定，這 就需要采用穩(wěn)壓電路。由于穩(wěn)壓芯片具有較完善的短路和限流保護(hù)、過熱保護(hù)和調(diào)整管安 全工作區(qū)保護(hù)電路，因而工作是比較穩(wěn)定的，
[0065] 上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于 上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型 宗旨的前提下做出各種變化。
[〇〇66] 以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍。凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，以及在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入 本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源，其特征在于：包括鍵盤、單片機(jī)模塊、第一濾波電路、 第一功率放大電路、第二濾波電路、第二功率放大電路和穩(wěn)壓電源電路，其中單片機(jī)模塊分 別與鍵盤、第一濾波電路的輸入端和第二濾波電路的輸入端相連，所述第一濾波電路的輸 出端與第一功率放大電路的輸入端相連，所述第二濾波電路的輸出端與第二功率放大電路 的輸入端相連，穩(wěn)壓電源電路分別為單片機(jī)模塊、第一濾波電路、第二濾波電路、第一功率 放大電路和第二功率放大電路進(jìn)行供電； 所述的穩(wěn)壓電源電路包括第一穩(wěn)壓電路和第二穩(wěn)壓電路；所述第一穩(wěn)壓電路包括第一 變壓器、第一整流器、第一穩(wěn)壓芯片、第五電容、第六電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、 第四電阻、和滑動(dòng)變阻器，第一變壓器的輸入端接220V外接電源，220V電壓經(jīng)過第一變壓 器后分成55V電壓和30V電壓，55V電壓和30V電壓經(jīng)過第一選擇開關(guān)連接第一整流器的一 端，所述第一整流器的另一端通過第五電容和第六電容接地，同時(shí)第一整流器的另一端與 第一穩(wěn)壓芯片的輸入端相連，第一穩(wěn)壓芯片的電壓調(diào)節(jié)端通過第二電阻與第一滑動(dòng)變阻器 的一端相連，第一滑動(dòng)變阻器的另一端和滑動(dòng)端均接地，第一穩(wěn)壓芯片的電壓調(diào)節(jié)端通過 串聯(lián)的第一電阻和第二二極管與第一穩(wěn)壓芯片的輸入端相連，第一穩(wěn)壓芯片的輸出端分別 與第七電容的一端、第八電容的一端、第三二極管的一端相連，其中第七電容的另一端、第 八電容的另一端均接地，第三二極管的另一端與第四電阻的一端相連，所述第四電阻的另 一端接地； 第二穩(wěn)壓電路包括第二變壓器、第二整流器、穩(wěn)壓芯片MC7824K、穩(wěn)壓芯片MC7812T、穩(wěn) 壓芯片MC7924K、穩(wěn)壓芯片MC7912T、第^^一電容、第十二電容、第十三電容、第十四電容、第 十五電容、第十六電容、第十七電容、第十八電容、第十九電容、第二十電容、第二i 電容、 第二十二電容； 第二變壓器輸入端接220V外接電源，220V外接電源通過變壓器分成兩路電壓，兩路電 源均經(jīng)過第二整流器，第二整流器的一端分別連接第十一電容的一端、第十二電容的一端 的、穩(wěn)壓芯片MC7824K的輸入端，第^ 電容的另一端、第十二電容的另一端均接地，穩(wěn)壓 芯片MC7824K的輸出端接穩(wěn)壓芯片MC7812T的輸入端、第十五電感的一端、第十六電感的一 端，第十五電感的另一端、第十六電容的另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7812T的輸出端分別接 第十九電感的一端、第二十一電感的一端，第十九電感的另一端、第二十電感的另一端均接 地，穩(wěn)壓芯片MC7812T的輸出端輸出正12V的電壓； 第二整流器的另一端分別接第十三電感的一端、第十四電感的一端和穩(wěn)壓芯片 MC7924K的輸入端，第十三電感的另一端、第十四電感的另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7924K 的輸出端分別接第十七電感的一端、第十八電感的一端和穩(wěn)壓芯片MC7912T的輸入端，第 十七電感的另一端、第十八電感的另一端均接地，穩(wěn)壓芯片MC7912T的輸出端分別接第 二十電感的一端、第二十二電感的一端，第二十電感的另一端、第二十二電感的另一端均接 地，穩(wěn)壓芯片MC7912T的輸出端輸出負(fù)12V的電壓； 第一穩(wěn)壓電路的輸出端連接單片機(jī)的電源端，第二穩(wěn)壓電路的輸出端分別連接第一濾 波電路、第二濾波電路、第一功率放大電路和第二功率放大電路，單片機(jī)模塊的兩個(gè)信號(hào)輸 出端其中一個(gè)信號(hào)輸出端依次連接第一濾波電路和第一功率放大電路，另外一個(gè)信號(hào)輸出 端依次連接第二濾波電路和第二功率放大器； 第一濾波電路與第二濾波電路相同，第一功率放大電路與第二功率放大電路相同； 所述第一濾波電路和第一功率放大電路的具體電路連接關(guān)系如下：第五電阻的一端 接單片機(jī)模塊的25Hz信號(hào)輸出端，所述第五電阻的另一端同時(shí)與第六電阻的一端和第 二十三電容的一端相連，所述第六電阻的另一端分別與第二十四電容的一端、第二十五電 容的一端、第七電阻的一端相連，所述第七電阻的一端與滑動(dòng)變阻器的一端相連，第二滑動(dòng) 變阻器的滑動(dòng)端與第二十三電容的另一端相連，所述第二滑動(dòng)變阻器的另一端接地，所述 第二十五電容的另一端分別與第一運(yùn)算放大器的反相輸入端和第九電阻的一端相連，所述 第九電阻的另一端和第二十四電容的另一端均與第一運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，第一 運(yùn)算放大器的正電源端接第二穩(wěn)壓電路的正12V電壓輸出端，同時(shí)第一運(yùn)算放大器的正電 壓端與第七電容的一端相連，所述第七電容的另一端相連，所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)電壓 端同時(shí)連接第二穩(wěn)壓電路的負(fù)12V電壓輸出端和第八電容的一端，所述第八電容的另一端 接地，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端與第六電阻的一端相連，所述第六電阻的另一端分別 連接第七電阻的一端和第二運(yùn)算放大器的反相輸入端，第二運(yùn)算放大器的正向輸入端接 地，第二運(yùn)算放大器的輸出端分別與第七電阻的輸出端和第三電容的一端相連，所述第三 電容的另一端與滑動(dòng)變阻器的一端相連，所述滑動(dòng)變阻器的另一端接地，所述滑動(dòng)變阻器 的滑動(dòng)端與第四電容相連的一端相連，所述第四電容的另一端分別與第十電阻的一端和功 率放大芯片的正向輸入端相連，所述第十電阻的另一端接地，所述功率放大芯片的反向輸 入端分別與第十一電阻的一端和第十二電阻的一端相連，所述第十二電阻的另一端與第五 電容的一端相連，所述第五電容的另一端接地，所述第十一電阻的另一端分別與功率放大 芯片的輸出端和第六電容的一端相連，第六電容的另一端與第十三電阻的一端相連，所述 第十三電阻的另一端接地，所述功率放大芯片的正電壓端和負(fù)電壓端分別接正15V電壓和 負(fù)15V電壓，所述功率放大芯片的輸出端與第三變壓器的輸入端相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源，其特征在于：還包括時(shí)鐘源，時(shí)鐘 源與單片機(jī)模塊相連，所述時(shí)鐘源采用的是有源溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源，其特征在于：所述單片機(jī)的型號(hào) 為 STC12C5410AD。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源，其特征在于：所述第一功率放大 電路和第二功率放大電路采用的功率放大芯片型號(hào)均為TDA3020A。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種相敏軌道測(cè)試用信號(hào)源，其特征在于：所述第一整流器和 第二整流器均包括四個(gè)二極管，四個(gè)二極管構(gòu)成三項(xiàng)橋式整流電路。
【文檔編號(hào)】G01R1/28GK203894287SQ201420308978
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】王邠, 許翱, 于淑萍, 薄宜勇, 張國候, 趙麗花, 李永芳, 劉蘇揚(yáng) 申請(qǐng)人:南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院