电容测试仪十篇

电容测试仪篇1

关键词：MAX038 小电容测试 TM4C123GH6PM 等精度频率测量

本文通过研究标准函数信号的生成及信号频率和电容值之间的关系，设计出基于MAX038的便携式电容测试仪。在设计中，应用数字信号处理技术和误差纠正的方法，使测试仪运行更快、更准确。它不仅可以作为一般便携式电容测试仪应用，也可作为适合学生的课题，在实践中反复修正达到更好。

1 硬件组件和小电容简易测试仪的工作原理

本文设计的电容测试系统包括电源模块、函数信号发生器模块、电压调节模块、TM4C123GH6PM控制系统和显示模块，系统结构如图1所示。其中，电源模块提供给函数发生器MAX038 ±5V的电源，同时使用低压差电压调节器LM1117，使电压从5 V降至3.3 V，同时也为TM4C123GH6PM提供电源；MAX038函数信号发生器可以提供一个精确的方波信号，其频率与测量电容相关，该方波信号被放大后，其频率可由TM4C123GH6PM控制系统估算出来，然后换算为测量电容的电容值，最后显示在液晶屏幕上。

2 信号发生器和频率范围的选择

2.1 信号发生器MAX038

信号产生模块的功能是生成一个精确的信号，其频率与电容器相关联，通过测量信号的频率，可以求出电容的值。本设计中采用的MAX038是一种低失真、高频率、高精度的单片集成函数信号发生器，它借助少量的外部组件，可以产生准确的高频三角波、正弦波、方波，其输出频率范围是0.1Hz至20 Mhz。MAX038输出信号的频率，依据当前的系统和外部振荡电容由输入电压UFADJ调整得到。

当UFADJ = 0 V时，在网络系统终端与参考电压的输出终端之间连接一个电阻RIN，输出振荡频率fo=UREF/RINCf。

Cf即为MAX038外接部分的待测电容。

2.2 频率范围的选择

在这个测试系统中，在放大的前提下，要使测量值尽可能大，外部电阻器RIN应该满足两个条件：第一，MAX038的输出频率不能太低，否则等精度频率测量的测量精度将降低，比如，输出频率为50Hz，外部电阻RIN不应超过5 kΩ。第二，在确保输出频率不超过20 MHz的情况下，可以尝试增大电阻，但也应该考虑到系统的最佳工作电流范围。基于上述因素的测试系统中，三个外接电阻值将外接电容测量分为两个区间：RIN = 12.5 KΩ划分 1μF ～ 1nF；RIN= 25 kΩ 划分1000 pF ～ 10 pF。

3 放大调节模块

由MAX038放大的方波信号输出之后，其振幅被TM4C123GH6PM接收。模块连接到同相位的AD8048放大电路，调节放大电路增益，使电容为10 pF时，由MAX038输出3 V的电压信号。

4 TM4C123控制模块

由TM4C123GH6PM微控制器组成的控制系统能实现两个主要功能：第一，使用等精度频率测量方法测量MAX038输出的方波频率；第二，应用最小二乘法拟合和一致性修正方法，可以准确地计算和显示测量电容值。精密频率测量的波形如图2所示。

TM4C123GH6PM内部生成一个门信号，门信号期间，计数器A和计数器B分别计数测量信号（方波频率fx）和标准频率信号（定时频率fc），假设在设定时间T内，fx计数为NA，fc计数是NB。可以得到：fx=fcNA/NB。

门信号T = 1s时，被测信号的计数值NA就是被测电容频率的输出值，即

fx=NA。

因此，实际的电路设计不需要定时频率fc，因为方波的频率可以通过计数器A获得。当TM4C123GH6PM把估算频率值代入公式，就可以获得并显示测量的电容值。

5 电容测试仪软件的设计

系统软件设计包括两个模块，即主功能和定时器中断功能。前者主要涉及微控制器TM4C123GH6PM，包括配置初始化，显示控制初始化和中断初始化；计算信号频率和电容值。而后者主要用于定时。

当主程序检测到被测信号的上升沿，计数器清零，同时定时器中断1秒，然后会产生1秒的同步信号，并对MAX038输出的放大方波信号进行计数。

6 最小二乘法分段拟合

为了提高测试的准确性，使用最小二乘法处理两个测试电容器，运用MATLAB的公式 C = a / f + b，使其形成一个拟合曲线。拟合公式参数和曲线在图3中标示出。拟合公式写入TM4C123GH6PM，可以根据不同的取值估算电容值。通过多次估算，找出平均值，以减少随机误差，并使用高精度测试仪进行比较测试，纠正系统错误。

7 测试结果和误差分析

7.1 测试原理

用高精度的测试仪和简易测试仪分别检查相同的测试源，比较二者的测试情况。测试原理如图4所示。

7.2 高精度的测试仪测试情况

使用TH2821A手持LCR数字电桥作为测试仪器，电容测试范围： 1pF～ 9999μF；1 kHz，10 kHz：0.1 pF ～ 999.9μF；测量精度是0.3%。

7.3 简易测试仪测量结果

从测量结果可以看到：在10 pf ～ 1μf的范围内，最大误差值出现在标准电容值为1.037μf时，即0.87%，该测试仪的测量精度是一级。

8 结论

基于MAX038函数信号发生器的简易小电容测试仪，将函数信号发生器的外接电容作为测量电容，它可以产生相应的频率信号输出，根据外部电阻的测量频率值，我们可以计算出电容值，使用最小二乘法和一致性修正方法来提高测试的准确性。试验结果表明：在10 pf ～ 1μf的范围内，测试精度为一级。测试仪可以快速和更准确地测量电容值，并可以作为一般便携式小电容测试仪使用。

参考文献

[1]苏梁，便携式电容测试仪的设计与研究 [D]，华中科技大学，2007.

[2] 刘军、李智，基于单片机的高精度电感、电容测试[J] 研究与开发，2007，26（6）：48-51.

[3] 沈晓顾，使用脉冲计数方法测量电容单片机[J]，上海理工学院，2006年6（4）：290 - 293.

电容测试仪篇2

关键词:心脏除颤器 电磁兼容 EMI滤波器

除颤器是利用瞬间释放的高能量脉冲电流,通过短暂的电击去除心脏的室颤(VF)或房颤(AF),并使其恢复正常心律的种有效的医疗救护仪器。显然,除颤器的性能优劣将直接关系到临床急救的效果。作者研制的心脏除颤器测试分析仪,可对除颤器的各功能参数,包括放电能量、最大电流及电压,同步触发延迟时间、除颤器放电时间等进行校准检验,且能模拟人体输出多种心率、多种导联的标准心电波形以及检定除颤器性能的特定波形,并兼有检测与心电信号同步的除颤放电功能。

在除颤器测试分析仪的研制过程中,针对出现的干扰现象,分析了干扰现象,分析了干扰产生的原因及干扰的特点,采取了一些抗干扰措施,通过应用EMI(电磁干扰)滤波器,去除了放电脉冲在仪器内部所产生的强烈干扰,使除颤器测试分析仪工作稳定可靠,具有良好的电磁兼容性。

图1 仪器电路原理框图

1 系统的基本原理及干扰特点

本仪器以飞利浦单片机80C52为控制核心,完成对除颤器各项功能的测试分析,并通过接口电路对分析结果分析显示和传输,原理框图如图1所示。除颤器测试分析仪主要完成两部分功能:(1)完成对除颤器放电能量的准确测量;(2)准确、稳定地输出各种心电波形及测试波形。为检验除颤器的自动除颤功能及其特性参数要求分析仪能输出多种波形,包括具有多种导联输出的ECG(心电图)波且幅值可调,同时输出高幅值ECG信号、直流脉冲、方波、三角波、复合波、多种频率的正弦滤以及多种心律的标准R波。各种波形的输出通过数字合成,由程序产生的波形经D/A转换器输出,然后通过模拟电路变换成要求的输出模式。放电能量的检测是基于除颤器的高压放电脉冲通过模拟人体阻抗的模拟电阻(典型阻值为50Ω)放电,经衰减后送入可变增益放大器,变为A/D转换器的输入信号,然后进行处理和显示。

根据对仪器的要求,除完成各项功能外,在对除颤器的放电进行测试时,必须能够承受由放电脉冲带来的强烈干扰,不死机、不复位,在不采用干扰避开法、系统智能复位法等措施时,程序仍能正常执行。同时,由于仪器必须具有恢复放电脉冲波形的功能,测量模拟通道不能对放电信号采用滤波、浪涌阻尼等措施。这就对仪器的抗干扰性能提出了更高的要求。

系统的干扰源一部分是仪器内部数字电路、供电电源所产生的干扰以及仪器外部空间辐射电磁波干扰;另一部分干扰来自除颤器的放电脉冲。其干扰具如下特点:

(1)电压峰值高、能量大,最高电压可达5000V,最大放电能量可达360J;

(2)放电时间短,除颤器放电脉冲时间仅为10ms左右,脉冲前沿时间约为2ms;

(3)放电波形复杂,对不同型号的除颤器,放电脉冲的形状不同,有单向指数衰减型、双向指数衰减型、单向截止型及双向截止型等;

(4)干扰直接进入仪器内部。由于本仪器是便携式仪器,模拟人体的50Ω电阻置入仪器内,因此干扰产生于仪器内部;

(5)干扰复杂。由于模拟人体的50Ω电阻所需功率大(该电阻一般为绕线电阻),此电阻存在较大的分布电感及分布电容,放电脉冲经该电阻必然产生较强的复杂干扰。

2 抗干扰设计及EMI滤波器的选用

干扰源产生的电磁干扰信号一般通过电容的静电耦合、电感的磁耦合、公共阻扰的地电源耦合、电磁辐射感应耦合等途径传播到扰的对象。由于强烈干扰源与测量控制电路置于同一机箱内,彼此相距很近,故电磁干扰传播要为近场感应,即电容耦合、磁耦合。此外,公共阻抗耦合也是传递干扰的重要途径,因此除了采用常用的软件抗干扰措施(如空指令的使用、数字滤波等)外,还从以下几方面进行整机的电磁兼容设计,以解决干扰问题。

2.1 抑制干扰源

为有效降低干扰源的干扰,模拟人体的50Ω大功率电阻采用无感电阻,在布线时充分注意减少由引线带来的寄生电抗参数、合理分配放电采样电阻的空间位置等,特别注意大电流通路的焊接质量,以防接触不良引起火花放电造成更强干扰;选用低频率电路芯片可有效地降低噪声,提高系统的抗干扰能力。

2.2 关于屏蔽层的设计

采用屏蔽的目的是为了在干扰的环境条件下保证系统信号传输性能。这种抗干扰措施可屏屏外来干扰,也可减少本身向外辐射能量。衡量器件传输性能的指标是ACR值(衰减/串扰比)。非屏蔽线在ACR值符合要求的条件下,其传输带宽和传输速率可以大大高于标准带宽和标准传输速率。但是当信号以很高的速率在线路中传输时,由于受到外界的电磁干扰以及自身内部的串扰,容易出现数据传输错误,降低系统的性能。所以系统中采用较低的速率传输数据,以增加系统的可靠性和安全性。

为了有效减少外界的电磁干扰,可以采用屏蔽措施。屏蔽分静电屏蔽和磁场屏蔽,静电屏蔽要求可靠地接地。实际的屏蔽系统存在着一些必须注意的问题,如接地方式、接地导线以及屏蔽的完整等。应慎重选用屏蔽电缆,因为屏蔽不但会导致信号传输的不平衡,而且会改变电缆的电容耦合,从而衰减增加,降低信号输出端的平衡性。同时考虑到干扰源与测量控制电路在同一仪器内,距离很近,若内部用屏蔽层,且屏蔽未良好地连接时,增加的电容效应将非常明显。在于以上考虑,在系统内部放电电阻与线路板及连接电缆之间,不采用屏蔽措施。但是对于塑料机壳的屏蔽必须仔细考虑,为降低外界电磁干扰,采用喷涂金属屏蔽层,同时要求涂层达到一定的厚度且对缝隙、孔洞进行泄露处理,特别注意可靠地接地。

2.3 抑制干扰的耦合通道及提高敏感电路的抗干扰措施

为了便于仪器安装及简化结构,结合上述关于屏蔽与非屏蔽的分析,仪器内部不采用屏蔽措施。为了解决干扰问题,除了采取软件及常用硬件抗干扰措施外,还采用多层线路板及EMI滤波器来增加仪器的抗干扰能力。

电容测试仪篇3

1接地电阻的概念

电气设备接地端或者说同地面相接处与电气设备容易触及的金属部件之间的连接电阻就是接地电阻，其是一种量化指标，用来评价电气设备的接地连续性。电气设备接地性能的可靠性，用其接地电阻值的大小来表示。如果接地电阻太大，给人体带来的伤害性会较大，因为在使用电气设备的时候，电阻过大会导致其电流过大，这样在通过人体时会造成伤害。常用电气设备进行正确的接地电阻测试能够有效避免安全隐患的存在，从而达到规范电气产品市场和保障人们生命财产安全的目的。国家对于不同场合的电气设备的接地电阻具有不同的标准要求，因此有必要针对不同的接点电阻运用不同的方法。

2常用电气设备接地电阻测试方法

2.1ZC8接地电阻测试仪（辅助电极型）

ZC8接地电阻测试仪的使用方法是将电流电压打入土壤之中，用来辅助电极。如果用“Δ”测法，那么就要保持电流极、电压极、接地极三者之间20m的距离；如果用直线测法，那么就要保持电压极、测试点两者之间约为20m的距离，而电流极、测试点两者之间要保持约为40m的距离，该方法对于连接接地体的测试导线也有要求，即必须使用2.5平方毫米的铜质软导线，此外，针对测量电阻来说，为了减少导线自身电阻对其的影响作用，要尽可能使用较短的铜质软导线。其他的电阻测试仪基本上与ZC8接地电阻测试仪的测量原理差不多，辅助电极的数字接地电阻测试仪只是由以前的手摇发电装置转变为了充电的形式，或者自带电池方式。近几年类似于ZC8接地电阻测试仪的仪器型号很多，但是都具有一个共同的缺点，那就是仪器测量数据时容易受到外界的干扰，缺乏一定的稳定性，尤其是在接地体上，具有带电位的缺陷。下图为常见的电气设备辅助电气测试示意图1。上图中，a代表接地体，b代表电流极，c代表电压极，D代表接地电阻测试仪。无论是对于暴露在外面的电气设备接地体，还是其接地体埋藏在混凝土之下，用这种电气设备辅助电气测试仪进行接地电阻的测试对于变电所等设备来说，该种方法都能集中测试，需要注意的是通过圆钢、扁钢或者其他导体在设备与设备之间进行连接时，要保障设备与接地体之间是断开的状态，这样测试仪所测得的数据才是电气设备最真实的接地电阻数据。辅助电极接地电阻测试仪是常用的测量工具和测量方法，其应用也最为广泛。

2.2钳型接地电阻测试仪（非辅助电极型）

钳型接地电阻测试仪属于一种不用辅助电极形式的测试仪，具有使用方便、简单，且不容易受外界环境影响的特点，同时钳型接地电阻测试仪在测量数据时具有一定的稳定性和准确性，仪器设备也较成熟，具有一定可靠性。试，如在1处的测试，只要将卡钳卡入1点接地线，就能够通过仪器测得所需要测的1处的数据。实际上，非辅助电极钳型接地电阻测试仪是测量的一种闭环导体的回路电阻，虽然这种测量方法在一定情况下具有其自身的优点，但是这种方法并不适用于非闭环系统或者独立的系统，因此具有使用范围上的限制。

3结束语

电容测试仪篇4

【关键词】家电维修;多用途检测仪;电路;工作原理

一、前言

在家电维修中，对家电进行维修的主要目的是查出已经故障或者老化的元件，从而可以对症下药进行维修或者更换上新件。目前在家电的领域上，电容器作为家电电路的重要组成部分，其在家电的电路上属于不可替代品。而家电维修多用途检测仪正是根据对家电电容器不同频率的检测来得出结论。其实际原理是，随着电容器不同频率的变化，其XL与XC也发生变化，在获知Z（阻抗）后对家电电路进行判断。而本文在家电维修多用途检测仪的分析上，主要介绍了我国目前市场上常见到的宾瑞多功能家电维修测试仪。

二、宾瑞多功能家电维修测试仪的工作原理

在所有的家电电路上，电容器中的XL与Xc这两个参数属于定值，因此ESR值也就成为一个电容器中最为重要的参数，但是其并不能作为一个电容器老化程度衡量的唯一标准。在电容的通交能力上，从物理理论来看，其容抗与容量属于反比例关系，也就是容量越小，容抗越大;但是，在电容器中XL参数是真实存在的，其与容量、频率是成正比例关系的。因此BR886测试仪测试 10UF-1000UF的电容时，从我国电力的实际情况出发，一般是调用到160HZ的频率。而160HZ对家电电路上的滤波电容进行检测属于最好的，如果低于这个频率，效果将大打折扣。0.1UF-10UF的电容用16KHZ频率，比如日常所见到的电视机，其行频一般处于16KHZ上下，而电磁炉则在25KHZ上下，因此说运用这两个频率进行家电维修检测是最适合的。

三、宾瑞多功能家电维修测试仪的功能分析

本测试仪在设计上，主要面向家电现场维修工作，具有体积较小、重量较轻以及多功能组合的优势。填补我国在家电维修领域，维修人员工具空白的历史。其集家用电器多功能维修、液晶电视与显示器以及音响等为一体的测试仪表，在工作上其面向较广，我国目前所有存在的家电电器在维修工作上，一般都可以利用其进行检测。例如在电视机、显示器的行回扫变压器以及电容ESR性能测试等方面都可以发挥功用。另外，本仪表在设计上，出于操作安全的保证，具有双重的保护电路。一旦电流出现超出第一警戒值的现象时，其会对程序进行自动的中断工作与复位，而电流出现超出第二警戒值时，则会自动地切断总电源。

与之前家电维修工作中所运用到的万用表、示波器相比，宾瑞多功能家电维修测试仪在高压包匝间短路、电源开关变压器匝间短路、高压包的聚焦电位器和亮度电位器的阻值和高压条上的升压变压器上可以进行测量。

另外，本仪表在设计工作上，集中了我国家电维修工作三十多年来的经验与技术，主要是面对家电现场维修人员的工作需求，而在功能的转换上，其与普通万用表相比又有鲜明的特点，在转档位与量程上并不是机械旋钮，因此也就降低了由于开关接触不良而引起的其它问题。下图1是我国目前在市场上与家电维修工作上常见到的宾瑞多功能家电维修测试仪，如图1所示。

图1 宾瑞多功能家电维修测试仪

四、宾瑞多功能家电维修测试仪的使用注意事项

1.“高频变压器”、“高清高压包”以及“普通高压包”，在设计上属于保护仪表的功能，而这三个按键在1秒钟之内只能按1次。

2.本仪表在测量工作上，如果不是利用“耐压”插座或者“COM”公共地两插座对电视机的加速极电压进行测量，在一般情况下不能直接对其它交流与直流电压进行测量。另外交流与直流电压也不能直接接入到任何插座上，避免损坏仪表。

3.“耐压” 插座在测量时不能出现人体直接接触所测试线的金属部分与测耐压过后的电容部分，同时也不能直接用手接触电容的2个引脚，防止触电。而对电路进行装回前一般要先放电，在使用前先对被测元件进行连接，再开始测试。

4.在对电路板上的电容、高压包以及电源开关变压器进行测量时，首先要保证电路处于断电，而电容也不能带电，避免仪表出现损坏。

5.在对直流电流进行测量工作时，若电压>60V，要人体防止触电。

6.在对行、场脉冲输入功能使用时，一定做好热底板的保护工作，避免触电与仪表损坏现象的出现。

7.不是专业人员，不能对仪表进行随意的拆装，因此在本仪表的电路板上存在有高压电。

8.不能乱用其它适配器，避免损坏仪表。

五、结论

对于现场家电的维修人员来说，与专业厂家或者大型维修店相比，拥有一台家电维修多用途检测仪将可以良好的解决电路判断所带来的困惑。而本文所介绍的产品主要以市场上已经存在的产品为主，但其在功能上并不完善，因此希望相关人员可以加大研发力度，促进我国加大维修工作的发展。

参考文献

电容测试仪篇5

【关键词】电子测量　虚拟仪器　互动　开放

杰出科学家门捷列夫曾说“没有测量，就没有科学”。电子信息科学是现代科学技术的象征，它的三大支柱是：信息获取（测试/测量技术）、信息的传输技术（通信技术）、信息的处理技术（计算机技术），三者中信息的获取是首要的，因为测量是获取信息的重要手段，因此，国内外许多高校的许多工科专业，尤其是电子信息类专业，都把“电子测量”作为一门十分重要的技术基础课程。

电子测量是现代科学获取信息的重要手段，是从事现代电子科学研究的必备基础，也是培养学生实践动手能力的重要标志性课程。其特点是综合性强、实践性突出、应用面广泛、更新迅速。

电子测量包括测量仪器和测量理论两部分。当前电子测量仪器已经经历了由模拟仪器发展到数字仪器，又由数字仪器发展到智能仪器阶段；现在电子测量仪器的发展，主要呈现以下几个趋势：

1)量限扩大化趋势

2)集成化、模块化趋势

便携式仪器越来越多，使用者要求集成化、微型化，例如简单的数字温度计、湿度计等，成本低，可靠性高；仪器模块化，可以方便安装选件，可以方便升级，可以方便故障诊断和维修。

3)智能化趋势

具有很强的自校准、自诊断、自补偿功能；很强的存储、计算、报表输出功能；很好的用户界面，使用户很方便使用。

4)数字化趋势

无论高档还是低档仪器，数字化越来越普及。随着微电子技术的发展，数字电路的成本越来越低；随着各类仪器装上了CPU，实现了数字化后，软件上投入了巨大的人力、财力。今后的仪器归纳成一个简单的公式：“仪器=AD/DA+CPU+软件”，AD芯片将模拟信号变成数字信号，再经过软件处理变换后用DA输出。

5)虚拟化趋势

虚拟仪器的构成：计算机+软件+硬件(用于解决信号的输入输出)

虚拟仪器的特点：性价比高，传统仪器贵，虚拟仪器便宜。传统仪器功能固定，虚拟仪器改变软件即改变了仪器，可根据使用的需求随心所欲地组成仪器。

6)网络化趋势

通过局域网或INTERNET来控制和使用电子仪器，使工程师远在千里之外仍能遥控仪器和获取结果。

7)跨专业多功能化趋势

一台仪器，可测量多种参数，具有多种用途，而且这些参数是跨越传统上我们认为是不同的计量专业的。好处是节约投资，节省空间，携带使用方便。

而测量理论也由经典测量理论发展到经典测量理论与现代测量方法相结合、传统的测量技术与最新的信息科学技术相结合的新时期下的新的测量理论：如误差理论与测试信息论的结合、测试与控制工程结合的测控技术、测试与计算机技术结合的自动测试系统技术、测试与软件和信息处理相结合的虚拟仪器、测试与通信和计算机网络结合的网络化测试技术等。同时，与其他相关课程内容（如模拟数字电路、信号和系统、微机原理和接口技术、通信与控制等）的处理上，充分体现出了本课程与其他课程内容的有机联系和综合应用。

然而现状却是：

1、测量课程的理论内容相对独立。在好多电信学生的心目中，测量课程是独立的，实验更是由于本课程的特点即与其他课程内容的有机联系和综合应用，使得学生容易产生误觉，好象在重复其它课程的实验，无太大新意，而变得好象索然无味，使得本课程成为了一门抽象难懂、深不可测、高不可攀、望而却步的“难学难用”课程了。而使得学生对此门课程兴趣不大或兴趣全无。其实不然，测试一直贯穿于学生的整个大学阶段。刚入校时所学的高数是测试技术的理论依据；计算机是现代测试的重要工具；电路、低频电路、高频电路就是讲解的测试电路；信号与系统、数字信号处理、信息论与编码讲解的就是测试原理。也就是说学生的知识不应是孤立的，而应有机的联系成一体。

2、学时数日渐减少，与其在电信专业里的重要性不相符合。一般高校的测试技术在非电信专业大概就是30―40学时之间，在电信专业为30―60学时之间（还包括实践教学），实验学时就更少的可怜了，对于学生的理论知识的掌握和实践上的应用及创新思维和能力的培养远远不够。

3、随着高校教学改革的深入，虽然每个院校都购入了一些测量仪器，但跟扩招的学生数相比，却还是不够，当然这也与每个学校办学经费紧张有关，但毕竟对于提高学生动手能力和将隐性知识变为显性知识颇为不利。

4、实验孤立，与实际应用之间的联系好象不大。现有的测试技术的实验不外乎是一些测试仪器的使用，非常片面。其实测试技术应该贯穿于整个电信专业的实践当中。在电路实践中反应的是实验仪器的使用；在低频电路、高频电路的实践中反应的是实验电路；在信号、电子测量、传感器中反应的是实验原理；在大学生课外科技活动、电子设计大赛、数学建模、毕业设计中反应的是其综合应用。即其实验的体系结构应以实验仪器为基础、以测量方法为线索、以误差分析来提升、以实际应用为归宿。

故而要优化电子测量的实验教学，必须从现有的这些问题入手，提出相应的改革与整合方法，提高学生的学习兴趣，培养学生的综合能力。可以从以下几个方面入手：

1、研究电子测量实验可与其他课程实验的整合。

测量在电信工程专业中起着举足轻重的作用，并一直贯穿始终。无论是从高数、计算机基础到电路、低、高频电路，再到信号与系统、数字信号处理、信息论与编码；从微机原理、单片机到EDA、MATLAB、DSP、ARM，无不与测试技术相关。高数是测试技术的理论依据；测量电路与系统由各种电路、传感器和计算机构成；测量仪器的使用和测量电路的设计与调试过程中可利用一些计算机语言进行辅助设计和仿真。测量技术的讲解可以站在信号的高度上讲解，使得学生起点更高，更能充满信心的找到自己未来的人生目标。故而可将学生四年的实验课统一安排，统筹规划；先从实验仪器的基本使用，到应用实验仪器测量基本电路及其电参数，再到实验仪器的熟练使用、扩展使用；最后到自行选用实验仪器，计算参数，构成测量电路，设定实验步骤，完成各种任务。这样即可合理安排学时，避开学时压缩对课程带来的不利影响；又可避免重复劳动所带来的厌倦心理；还方便开设一些综合性课题。

2、提高学生的学习兴趣。

电容测试仪篇6

关键词：相对介损 取样单元 转换接口 功能特点 基本原理 结构设计

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（c）-0037-02

随着带电检测的普及，容性设备都安装了取样单元，目的是将末屏信号下引，通过取样单元内置的传感器，方便对容性设备的绝缘状态进行带电测量。目前，在开展容性设备带电测量中，使用的仪器是相对介损测试仪，这种仪器能通过测量容性设备末屏漏电流，判断容性设备绝缘状态，能提前发现问题，减少停电，使用简单方便。但由于目前生产相对介损测试仪的厂家较多，每个厂家的传感器采集接口都不尽相同，而且现在站内安装的取样单元的厂家也不相同，因此取样单元传感器的输出接口也不尽相同，在现在条件下，如果想要测量某种容性设备的相对介损，需要使用与其取样单元传感器接口相对应厂家的测试仪，因此通用性极差，有几个厂家的取样单元，还要有几台与其对应的相对介损测试仪，而且每种仪器的测试线不同，还需要进行多次测试准备工作及多次接线拆线，这样一来导致工作效率大大降低；而且这种仪器的单台采购成本都较高。

为此，有必要研究一种相对介损多功能转换器，用于将不同相对介损测试仪与不同取样单元接口做到适配、通用，做到使用任何厂家仪器都能适应现场测试工作。

1 基本原理

相对介损多功能转换器用于将不同相对介损测试仪与不同取样单元接口做到适配、通用。相对介损测试仪多功能转换器以模拟信号处理技术、数字信号处理技术与控制技术为基础，可以将不同厂家的相对介损测试仪与不同厂家的取样单元做到适配、通用，实现一台仪器适用所有取样单元接口测量。

D换器内置多种转换接口，不同测试仪、不同取样单元均可适用。它通过使用模拟信号转换电路、数字化的信号处理技术、多功能切换电路、多接口适配技术，最终实现了转换器与不同取样单元接口的适配、通用。

由于不同厂家的仪器采样范围不同、取样单元的信号输出范围不同，需要通过模拟信号转换电路将不同取样单元的输出信号转换成不同仪器可适用的测量信号。

通过多功能切换电路可将不同的取样单元接口信号针对不同仪器进行切换输入。

针对不同厂家的测试仪采集接口、不同厂家的取样单元信号输出接口不同的特点，通过多接口适配技术适配不同的接口适配器。

2 实现方案

本转换器运用了数字化的信号处理技术、模拟信号转换技术、多功能切换电路、多接口适配技术来保证转换器的功能实现。在功能实现上，首先转换器利用数字化的信号处理技术，使用AD转换器AD7606将不同接口输出的模拟信号进行数字化采样分析，然后使用傅里叶分析算法对信号进行准确计算；然后通过模拟信号转换电路，可将数字化后的接口信号进行DA转换，以得到Vpp为±10V的标准模拟信号；转换器终端配置了目前所有接口的适配器，在现场测试时，可将输出的标准模拟信号通过不同的适配器与不同的相对介损测试仪适配，以达到不同厂家仪器和接口完全通用的目的。

转换器的结构采用一体式结构设计，所有功能电路及内部处理都封装到一起，用户携带方便，使用起来简单易操作。

本转换器基本结构框图如图1所示。

3 功能特点

（1）适配不同取样单元转换。

（2）接口输出信号采用标准化输出，适用不同测试仪器采样。

（3）转换输出接口丰富，能适用所有测试仪器的采集接口。

（4）转换信号精度高、抗干扰能力强。

4 结语

该课题深入研究当前被广泛应用的相对介损带电测量技术，容性设备信号取样技术，提出研究一种相对介损多功能转换器，用于将不同相对介损测试仪与不同取样单元接口做到适配、通用。相对介损测试仪多功能转换器以模拟信号处理技术、数字信号处理技术与控制技术为基础，可以将不同厂家的相对介损测试仪与不同厂家的取样单元做到适配、通用，实现一台仪器适用所有取样单元接口测量。

该项目成果可以广泛地应用在电力部门，能提高变电站工作效率，减少用户的资金投入，也是容性设备可靠运行的必要测试保证，并发挥可观的社会和经济效益。

参考文献

[1] 郑剑锋.高压容性设备介质损耗在线监测系统研究与实现[D].南京：南京理工大学，2011.

[2] 黄建良.干扰条件下电气设备绝缘介质损耗tgδ值的测量研究[D].南宁：广西大学，2010.

[3] 吕小静.基于DSP的介质损耗变频测量系统的研究[D].武汉：武汉大学，2004.

[4] 艾棣.变压器套管介质损耗在线监测系统设计与开发[D].成都：电子科技大学，2014.

电容测试仪篇7

【关键词】OS测试；OS测试盒

随着集成电路制造技术的进步，人们已经能够制造出电路结构相当复杂、集成度高、功能各异的集成电路。但是再完美的制造过程，也会因为材料本身或者制造工艺缺陷而生产出不良品，因而测试成为集成电路制造中不可缺少的一部分。在测试过程中，测试时间的长短直接影响测试成本的高低，而减少平均测试时间的一个最好方法就是通过OS测试，尽可能早地发现并剔除坏的芯片。

1.OS测试简介

OS测试（Open-Short Test），也称ContinuityTest或Contact Test，用以确认在器件测试时所有的信号引脚都与测试系统相应的通道在电性能上完成了连接，并且没有信号引脚与其他信号引脚、电源或地发生短路。

OS测试能快速检测出DUT是否存在电性物理缺陷，如引脚短路、bond wire缺失、引脚的静电损坏、以及制造缺陷等。 另外，在测试开始阶段，OS测试能及时告知测试机一些与测试配件有关的问题，如ProbeCard或器件的Socket没有正确的连接。

OS测试的测试原理分open_short_to_VDD 测试和open_short_to_VSS测试。一般来说芯片的每个引角都有泄放或说保护电路，是两个首尾相接的二极管，一端接VDD，一端接VSS。信号是从两个二极管的接点进来。测试时，先把芯片的VDD引脚接0伏（或接地），再给每个芯片引脚供给一个100uA到500uA从测试机到芯片的电流，电流会经上端二极管向VDD（0伏），然后测引脚的电压，正常的值应该是一个二极管的偏差电压0.7伏左右，我们一般设上限为1.5伏，下限为0.2伏，大于1.5伏判断为openfail，小于0.2伏判断为shortfail。这就是open_short_to_VDD测试。

open_short_to_VSS测试的原理基本相同，同样把先VDD接0伏，然后再给一个芯片到测试的电流，电流由VSS经下端二级管流向测试机，然后测引脚的电压，同样正常的值应该是一个二极管的偏差电压0.7伏左右，只是电压方向相反，上限还是为1.5伏，下限为0.2伏，大于1.5伏判断为openfail，小于0.2伏判断为shortfail。这就是open_short_to_VSS测试。

2.常用OS测试方法

生产过程中，测试OS主要有两种方法，一是批量测试，一是单颗测试。

批量测试时，首先根据被测IC引脚特性制作出相应负载板，再根据测试项目编写出相应的测试仪测试程序，最后用测试仪跟Handler连接进行相应的测试（图1）。使用这种方法的好处是测试管脚OS布局较为明确，测试过程较容易维护。但是通用测试仪从开发到测试的过程比较繁琐，且不同的被测IC要对应不同的负载板，并需要开发不同的测试程序，造成转机的困难，且造成测试仪资源的浪费。

单颗测试时，是用万用表等仪表表笔根据被测IC管脚特性手动逐个测量各个管脚的OS。使用这种方法的好处是，可以直接读取每次测试的参数值，同时，测试结构简单，只需要配用一台万用表即可完成作业。但用万用表测量时，渗入的人为因素较多，增加了测量的不稳定性，且每一个管脚一个个测试，效率非常低，操作也不方便。

3.OS测试盒

OS测试盒，是根据OS测试原理，在单片机控制系统的基础上开发的OS测试仪。测试盒由五个模块组成：电源模块、单片机控制模块、显示模块、测试模块、通信模块（图2）。其中电源模块，采用的是移动电源供电模式，可以边充电边使用，也可以脱离外接电源正常使用5H以上；显示模块采用的1602LCD显示屏，简单清晰；通信模块可以通过串口连接上位机显示，同时也可以通过并口连接HANDLER进行量产测试。4.OS测试盒在产线生产中的作用

4.1 OS测试盒进行低Y异常验证

在生产过程中，因为IC与金手指的接触不稳定，测试时经常会出现OS误判的问题，即使FAIL反复在HANDLER上重测，也无法完全避免OS误判。工程师在验证低Y异常时，一般也会将FAIL反复在HANDLER上重测，但重测效果不理想，特别是IC因为封装工艺有所异物或者氧化时，更不容易在HANDLER上测试。最终工程师不得不通过万用表量测每一颗OS FAIL的产品，效率非常低。

通过OS测试盒，可以直接将IC放置在OS测试盒上测试，IC引脚与测试设备直接接触，误判的情况很少，可以作为最终出货验证使用。同时，低Y异常的产品一般比较固定，可以将需要测试的IC通过“学习”功能提前保存在寄存器中，在测试时，只需要调用相应的产品型号即可以进行测试。避免了负载板的制作及程序的开发和调试。

4.2 OS 测试盒作为测试仪量产使用

在生产过程中，很多客户的产品都只要求测试OS，而现有的传统测试仪设备，一般成本较高，如果只用于测试OS，比较浪费设备的资源。可以将传统测试仪用于测试别的产品，而用OS测试盒来完成测试任务。OS测试盒作为测试仪量产使用时，只需要通过OS测试盒的串口连接上位机，并口连接HANDLER，即可完成连机（图3）。

用OS测试盒进行量产，具有以下优势：

（1）不同IC不需制作不同负载板及编写程序。只需首次测试时放上好的IC进行扫描识别，后续即可连续测试，并可以把测试结果显示出来。

（2）用OS测试盒测试，系统结构简单，连线很少，非常容易转机，稳定性高。

4.3 OS测试盒进行多SITE并测测试

在生产过程中，为了提高生产效率，往往采用多SITE并测的方法，而传统测试仪数量有限，通道资源有限，如果要实现多SITE的OS测试，就得用多台测试仪设备，而用OS测试盒，可以很方便的解决此问题。

用OS测试盒进行多SITE测试，具体有以下优势：

（1）OS测试盒成本较低，且容易复制，在多SITE测试中，能批量使用，免去使用传统测试仪设备。

（2）OS测试盒具有自动编码功能，能有效的防止产线连线错误导致测试异常的问题。而采用ATE设备进行多SITE测试时，很容易出现各SITE之间连线交叉错误的问题，且此问题不容易检查，很容易导致重大质量事故。

采用OS测试盒进行多SITE并测测试时，只需要将多台OS测试盒，同时通过串口连接到上位机，并口连接到HANDLER就可以完成连机，操作非常方便。4.4 OS测试盒在封装工艺中的应用

封装后道工艺，完成TF后，往往需要验证封装后的IC的打线是否正常，是否存在引脚短路、bond wire缺失等问题。封装QA可以使用OS测试盒进行抽检，来验证WB的工艺情况。具体的操作方法与低Y异常验证一样。

5.结束语

OS测试盒设计简易，操作方便，即可以用于手工验证，又可以作为测试仪进行量产测试，无论是在FT车间，还是封装车间，都有重要的作用。 [科]

【参考文献】

电容测试仪篇8

【关键词】电流测试；测试分析；改善建议

一、不平衡电流检测

串补装置不平衡电流有多种检测方法，各种测试方法有各自的优缺点。利用基于信号注入法选线装置中现有变送装置，可以实现暂态零序电流的检测。仿真结果表明，采用较高精度的交流电压和电流测量仪表，该组合方法不需要增加设备就可以有效提高选线的可靠性和准确性。

智能型电流不平衡测试仪原理是将被测电流的导线放入钳口中闭合铁芯，然后由单只的电容器串联组成的电容器组串补装置，由接在次级线圈两端的电流表指示出电流大小。电流互感器和电流表体内的核心部件又是由若干无法替代的电容元件串联组成。此时使次级线圈再次产生感应电流必须通过电流的导线产生旋转磁场切割闭环铁芯。如果引起整个电容器组电容量的改变，那么电容器内部几个电容元件都必然造成损坏，但是智能型电流不平衡测试仪所不同的是，接在次级线圈两端的不是整台电流表，所以电容器电容量不会有太大的改变。

对于大型串补装置来说，只有当电容器元件损坏数达到一定量时．才需要更换有较多损坏元件的电容器。而少量的电容器内部元件的损坏对整体电容量的整体影响不大，而串补装置在高压重载线路上并不妨碍串补装置的继续运行。但是必须在运行状况下对其内部故障进行监测，对外保护装置进行保护。每相串补装置的电容器，由四部分组成西林电桥桥型电路。为每部分桥型电路检验流计位置，这样就能保证整个装置的安全运行，并且有效地监测电容器组中电容器单元的损坏数量。

目前检测不平衡电流的方法有两种：第一种计算电容量不平衡度法，第二种模拟不平衡电流测试法。如果在停电检修的调试状态下，特别是在对损坏电容器进行更换调整之后，必须对更换后的效果重新进行测试计算．它不但可以对运行后装置的不平衡状态有一个基本掌握，还可以检查工作量。

二、测试结果分析及整改对策

智能型电流不平衡测试仪是一种便携式测试仪器，该测试仪能显示抽油机运行一周内电流的最大和最小值，可以根据测量电流的大小来实现配备不同的钳型表头满足要求，通过油田现场测试，显示简单的展开曲线电流闭环，能储存计算机通讯数据。

首先检查接线并紧固电流接线两端，尽量减小二次负荷，验证第三只电流表是否符合标准。经过检查发生故障原因是电流互感器故障。因为长时间运行电流较高，而且电容补偿量太大，电流互感器长时间过热电气试验保护整定校验及倒电投切电容等原因，造成线圈绝缘及热稳定性发生客观变化，互感器电流瞬间变化可能使互感器产生剩磁，准确性、可靠性都受到一定的影响。投运后观察三相电流平衡，用经校验合格的电流互感器更换。保护电容器组安全稳定运行串补装置的不平衡电流监测是在线监测电容器组运行状态的重要手段。

在实际操作中出现故障，可采用以下这些方法。

(一)系统的运行方式改变，应当适当调整网络的电容分布。调整网络的电容分布通常有2种措施。

1.从载波通讯组织的情况看，应适当调整载波藕合电容器的安装相位。

2.导线换位，线路导线换位是解决不平衡电容的最根本的方法之一。

(二)调整载波藕合电容器的安装导线换位。如果网络上运行的线路短，即它的不对称程度小，对系统运行几乎没什么影响；但如果网络上运行的线路长，不对称程度大，那么它对系统的正常运行影响大，但是由于受很多因素的影响，相对地等效电容不对称是客观存在的，只是不对称度的大小不同而已。

采用电缆换位是一种调整电容平衡的好方法，施工工期短、简便、投资见效快都是显而易见的。当线路的长度超过标准值时，电容流大、系统不对称时，要设法调整电容分布，尽量使之达到平衡，而在原有的网络线路上，中性点位移量大，电压严重不对称，将严重影响系统的正常运行。

三、电流检测仪设计建议

(一)建议将电容接线方式由三角接线改为星形接线，保证三相电容补偿电流平衡。可以同时加设三相电流横差保护，这样电压引起的电容器性能变化较小。

(二)从变电运行记录分析该系统有功负荷平均率，对用电负荷进行测试，系统中使用的压风机、扇风机等同步电机容性负载系统含量过大。无功集中补偿电容的无功损耗特别在低压末梢损耗较大，补偿效果不佳，设备运行效率低，而且集中补偿运行费用高。建议推行无功就地补偿集中运行费用，以此减少集中补偿量。同时杜绝轻载及空载运行，大马拉小车等现象。

(三)变电所开关柜的电流互感器，别对长期满载的开关柜电流互感器，可以引入每年一次的电气预防性试验内容。因为长时间过热绝缘性能以及热稳定性能会增大误差，甚至会出现匝间短路，将影响继电保护安全可靠性及计量指示的准确性。

(四)在应用这项技术时，通常需要预先确定一个流动电流值作为假定实验值，假定实验值的合理性和可靠性将直接影响到控制效果的好坏，所以控制系统需要根据检测值与设定值之间的偏差进行调节。

四、结束语

系统地分析了常规条件下不平衡电流在检测时出现的故障以及导致流动电流设定值有所改变的因素，并研究出解决方法。在此基础上，提出了流动电流设定值选取时的建议，响应速度较慢的固有缺点，但能够检测瞬时变化的电流。为更好地应用流动电流技术提供了依据瞬间变化电流的检测仪克服了指针式和光标式检流计在电路中的损耗。

参考文献

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[3]周波,苏弘.弱电流测试仪的研制[J].核电子学与探测技术,2003,23(1):94-96.

电容测试仪篇9

引言

无线通信系统在核电厂的应用是核电发展的趋势。无线通信系统应满足现场设备电磁兼容性，尤其是可在设有敏感设备区域的邻近使用。以确保该系统覆盖范围内的所有区域安全、可靠地使用，不影响核电厂其他设备与系统的正常运行。目前，行业内对无线通信系统设备电磁干扰测试方法并没有标准要求，因此研究无线通信系统在核电站内电磁干扰测试方法具有重大意义。HTR-PM无线通信系统无线局域网采用2.4G频段的Wifi网络实现无线移动通信，具有无线射频单元的设备包括室内基站和语音手持终端。测试应分为设备供货前实验室内模拟测试及现场实际使用测试。

1实验室内模拟测试

（1）测试配置边界包括受试设备壳体和2m暴露的互连线。受试设备无线手持终端前外壳的面为测试配置边界，无线接入点测试配置边界以受试设备（包括：无线接入点主机+天线）的受测天线边缘作为配置边界。对所有配置，天线应距测试配置边界的边缘1m。（2）LISN是电力系统中电磁兼容测试中的一项重要辅助设备。它可以隔离电波干扰，提供稳定的测试阻抗，并起到滤波的作用。（3）测试布置，确保EUT产生最大辐射发射的面朝向测量天线。对所有配置，天线应距测试边界的前缘1m。除1040mm拉杆天线外，天线应高于地面接地平板1200mm。确保天线任何部分据屏蔽室的壁面不小于1m，距顶板不小于0.5m。无线手持终端在实际应用场景中需要连接到无线网络中，此时需要无线接入点的支持，因此测试时需要将无线接入点部署在暗室内，无线手持终端应用场景主要包括两种状态：待机状态：无线手持终端连接无线网络且号码已经注册成功所处的状态，此时终端可以做主叫、被叫。拨号过程也属于此状态。通信状态：无线手持终端与其他终端保持通信（语音通话）时所处的状态，此时终端使用无线网络实现大量的数据传输。

1.1EMI辐射信号强度的计算

呈辐射状的电磁干扰（EMI）信号会从辐射源传播至某个接收单元。根本而言，这些信号的功率或者电压强度在“触及”敏感的电路时，取决于发送器的功率/天线增益以及辐射源和接收器之间的距离。在进行EMI评估时，会利用电场强度或者辐射功率密度参数。电场强度量化了辐射源干扰电压的大小。这种窄带或者宽带EMI信号测量单位为伏每米（V/m）。转换成dBμV/m：dBμV=20log(V)+120μV。

1.2测试结果

测试结果如表1所示。

2现场实际使用测试

本测试选择在仪控、电气敏感设备安装、调试期间，并且设备在线的情况下进行。在仪控、电气敏感设备附近使用无线通信业务，实时观察仪控、电气敏感设备的变化和反应，查看无线设备在使用过程中，是否对仪控、电气敏感等设备造成干扰。

2.1测试原则

测试过程，无线通信设备的部署、测试点、测试方法、功率设置等需遵循如下原则：（1）与实际应用一致性原则无线通信测试系统所测设备与将来部署设备的技术性能一致；无线通信测试系统是一套完整的系统，能够提供全部的通信功能；无线基站、终端功率等参数设置为将来部署提供参考；核电厂内电气设备在线，与生产时状态相同或相近；信号覆盖范围内的测试点（或测试路线）的选择符合生产时要求。（2）极限测试原则无线基站部署尽可能的接近电气敏感设备；测试过程，无线终端尽可能接近电气敏感设备；无线基站、无线手持终端最大功率测试。多种仪控、电气敏感设备测试（3）保证设备安全仪控、电气敏感设备有应急预案；列出不允许测试的重要仪控设备及区域。

2.2测试部署

由仪控、电气专业明确受测设备房间，受测设备所在房间已有无线AP，则无需重新部署AP，若受测设备所在房间没有无线AP，测试时需临时部署，临时部署AP通过临时部署网线直连就近的接入交换机或者通过延长就近的AP网线至测试房间方式实现。

2.3测试步骤

仪控、电气人员确认电气敏感设备初始状态；在部署点部署无线通信测试设备；通过网管调整无线基站的发射功率初始值为100mW（20dbm）；无线基站开机；无线终端开机；在每个干扰测试点进行如下操作：无线终端进行拨号；无线终端振铃；无线终端接听通话；无线终端之间进行通话；无线终端挂断通话；无线基站关机；所有无线通信测试设备关机。

2.4测试结果

所测仪控、电气敏感设备未显示有异常。

电容测试仪篇10

关键词:CPLD; 枪械击发; 互锁逻辑; 靶场测试

中图分类号:TN710-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)17-0033-03

Design of Firearms Electromagnetism Trigger Controller Based on CPLD Technology

CAI Rong-li, JI Bo-wen, SUN Huan

(School of Optoelectronics Engineering,Xi’an University of Technology,Xi’an 710032,China)

Abstract: In view of the current range testing field, especially exterior ballistics test commonly used firing firearms artificially, a firearms electromagnetism trigger controller based on CPLD technology was designed for solving the poor security and imprecise control. The stepping motor is used as execution unit, CPLD as a master-control unit to realize the logical control and the communication function. The electromagnetic compatibility and security in the design are considered emphatically, through interlocking two parts of the machinery and electrical to guarantee correct trigger. Through range testing, this controller can be adapted to the electromagnetic environment, and does not have the disturbance to other instruments. Its communication function can also realize the synchronization, automation, network and the remote control of the whole test system.

Keywords: CPLD;firing firearms;interlock logical;range testing

0 引 言

靶场测试领域中枪械的击发是一个重要的环节。传统的枪械击发采用人工方式,即射击人员听到射击指令后手工扣动枪械扳机进行击发,这种方式存在两方面的问题:其一,无法保证安全性。人员操作时有可能由于疲劳或者听错指令进行了误操作,则可能造成靶道内人员安全事故,而在有些应用场合,如防弹头盔穿甲实验,射击人员必须面对防弹头盔进行射击,弹头有可能反弹回来伤及射击人员。上述两种安全事故在国内靶场都曾发生过。其二,随着靶场测试技术的不断发展,靶场测试所用的设备种类越来越多,精度也越来越高,因此,不同的测试设备如何保持一定的同步性显得越来越重要。显然,手工击发枪械方式难以实现同步性要求。

基于以上考虑,有人提出了基于电磁效应的控制方法,由铁芯、线圈、衔铁、簧片等组成,当需要控制枪械击发时,向线圈两端加上一定电压,线圈中便会流经电流,从而产生电磁效应,衔铁就在电磁力的作用下克服弹簧的拉力吸紧铁芯,以带动扳机运动。当需要释放扳机时,断开线圈两端电压,电磁力消失,衔铁在弹簧拉力的作用下,恢复原位释放扳机。多次试验后,证实该方法可行,但存在一定的弊端。如衔铁位置的恢复依赖于弹簧的拉力,长时间使用后弹簧会产生疲劳现象,另一方面,线圈方式工作时,会有较大的冲击电流,这会给电网及其他设备带来干扰,甚至会引起关键设备误触发。针对上述问题,设计了基于CPLD技术的枪械电磁扳机控制仪。

1 电磁扳机控制仪总体构成

为了保证电磁扳机控制仪安全可靠地工作,必须设计一定的逻辑互锁机构,设计中采用CPLD实现电路逻辑功能,步进电机作为执行单元。

电磁扳机控制仪总体构成如图1所示。

图1中,电磁扳机控制仪由CPLD逻辑控制器、RS 232通讯模块、电机驱动器以及步进电机构成。其中,CPLD完成逻辑控制及串口通讯功能,电机驱动器接收逻辑指令驱动步进电机工作。应用CPLD在线可编程技术及串口通信技术,设计的控制仪具有很高的现场可编程功能及组网功能,可与其他测试设备实现整体测试系统的同步性、自动化及网络化[1]。由于电磁扳机控制仪应用在靶场环境,因此其使用的安全性是一个关键指标,新设计的控制仪克服了旧仪器的诸多问题,充分考虑了电磁兼容性,现场可操作性以及测试安全性等因素,从设计上最大程度的保证了使用的安全性。

图1 电磁扳机控制仪总体构成框图

枪械电磁扳机控制仪控制面板示意图如图2所示。

图2 枪械电磁扳机控制仪控制面板示意图

从消除干扰确保稳定的角度出发,首先是在设计CPLD控制板时,在电源地之间加入了大量的滤波电容,在数据通道上加入光电隔离,控制信号的长线输出采用双绞线输出并且接口均采用军品航空插头,以避免在传播路径中引入干扰;在步进电机执行单元,加入电磁屏蔽盒,消除电机动作时带来的电磁干扰[2]。

从测试安全的角度出发,在控制面板上加入了解闭锁开关,确保了系统的总体控制;同时在“触发”和“复位”按键的逻辑上加入互锁功能,保证操作的正确性,从而消除误操作现象。

2 机械部分设计

现有的扳机控制仪大多采用电磁原理设计,存在的主要弊端有:弹簧长时间使用后容易产生疲劳现象;衔铁在吸合过程中容易产生较大的冲击电流,影响电网稳定,而且还会影响其他测试仪器的正常工作等。针对这些问题,设计者利用电机驱动器驱动步进电机来代替原有机构,可以对扳机操作进行精确控制。

机械部分结构图如图3所示。

电磁扳机控制仪的机械部分主要由步进电机、基座、转轮机构、扳机连杆、连线盒及电磁扳机屏蔽外壳构成。其工作过程为:步进电机接收驱动器指令进行转动,带动转轮机构转动,步进电机旋转一周,转轮机构带动扳机实现一次行程,完成击发动作[3-4]。

图4为电磁扳机行程方向及行程长度调节机构示意图,转轮机构上设计有扳机行程调节孔(图中①、②、③、④,四个调节孔距转轮机构中心半径逐渐缩小R1>R2>R3>R4),扳机连杆的长度也可以调整。通过这┝礁霆机构的调节,可以调整扳机的行程距离。

图3 电磁扳机机械部分结构示意图

图4 电磁扳机行程方向及行程长度调节机构

步进电机由电机驱动器接高压进行驱动,通过CPLD控制器产生逻辑控制信号,实现扳机的控制。控制器与电机驱动器之间通过长绞线连接,测试仪与电机等干扰源距离较远且测试人员可以通过远距离控制枪械的击发,既保证了控制系统不受电磁干扰,又确保了测试人员的安全[5-6]。

3 控制部分设计

3.1 CPLD逻辑控制部分

电磁扳机控制仪采用步进电机作为执行单元,CPLD作为主控制器实现逻辑控制和通信功能。逻辑控制部分实现按键的判读、锁存,触发和复位的互锁以及步进电机驱动器的控制功能[5]。

控制仪由“解闭锁开关”作为仪器功能的总开关,闭锁时,仪器面板所有按键不工作;解锁后,控制仪工作正常。电机动作由“复位”和“触发”按键配合工作,当击发允许时,按下“触发”按键,枪械击发并锁存触发键,若继续按触发键则仪器不触发;当需要再次击发时,必须按“复位”键后,解除触发锁存,然后按下触发按键触发仪器。通过“复位”和“触发”按键的相互锁存,来确保控制仪的安全触发[7-8]。图5为CPLD电路逻辑功能仿真时序图。

图5中左边Name栏定义管脚:clk为CPLD输入时钟1 MHz;feng为系统工作时的分频时钟;green和red分别代表“触发”、“复位”按键;out为逻辑输出端;key为解闭锁开关。

图5 控制仪逻辑功能仿真时序图

控制仪逻辑功能见图5。当系统闭锁时(key=0),按键按下系统不工作(图5中1);系统解锁后(key=1),按“触发”键,系统输出控制信号;继续按“触发”键,系统处于互锁保护状态,系统无触发输出(图5中3);按“复位”键后,可以继续触发,系统能够正常输出(图5中4);重复误操作,继续触发,无输出(图5中5)。

图5中green_lignt,red_light分别对应触发灯和复位灯。系统启动且未解锁,触发灯亮,复位灯灭,解锁灯灭(图5中2);系统解锁触发后,触发灯灭,复位灯亮,表示系统已经触发,需通过复位解除保护可继续触发。复位后,触发灯亮,复位灯灭,表示系统可以触发。

3.2 通讯接口部分

由于目前的靶场测试系统由许多测试仪器组成,并且在测试过程中,数据的采集处理都要求有较高的实时性,要求电磁扳机控制仪能够通过软件触发的方法来工作,而目前国内靶场测试领域中测试仪器大多留有串行RS 232接口,设计者在控制电路的基础上加入了串口通讯模块实现系统组网。整个测试过程可以从枪械击发到测试系统的数据采集处理都实现软件控制,实时性有了很大的提高。

RS 232采用负逻辑电平标准,逻辑“1”为-3~-15 V,逻辑“0”为+3~+15 V,容限大、数据线少、抗干扰能力强,可实现远程数据传输。

基于CPLD的RS 232通讯接口设计,采用MAX232进行电平和逻辑关系的变换,由于CPLD与接口之间按并行方式传输,接口与外设采用串行方式,故需要在串行接口中加入串并转换模块。典型的串行接口模块如图6所示[9]。

在数据输入过程中,串行数据按位进入模块的“接收移位寄存器”,当接收一个完整字符后,数据从“接收移位寄存器”送入“数据输入寄存器”再通过并行总线DATA[7:0]将数据并行取走。数据输出过程刚好相反。数据的传输速度由接收/发送时钟决定[10]。

图6 串行接口模块结构图

电磁扳机控制仪中的RS 232接口电路如图7所示。

图7 基于CPLD的串口通讯接口电路

图7为采用MAX232芯片实现串口通讯电路,该芯片可以适应+5 V单电源供电环境,硬件接口简单,易于实现。MAX232包含了两路接收器和驱动器,内部有一个倍压器和一个电压反相器,可以将输入的+5 V电源电压,变换成RS 232的输出电平±10 V。┩7中的4个电容可以采用0.1 μF非极性瓷片电容代替1 μF/16 V电解电容,并且尽量靠近芯片,以提高抗干扰能力。

4 结 语

在设计基于CPLD技术的枪械电磁扳机控制仪的工作中,充分了解原有控制仪中存在的诸如安全性差、无法精确控制、无法实现组网测试等问题,从电磁兼容性、系统工作的稳定性,安全性出发进行设计实践,取得了很好的效果。所设计的控制仪实物经过靶场试验,能够适应靶场环境下复杂多变的电磁环境,能够安全可靠地执行测试工作。

参考文献

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