專利名稱：電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種電子測量儀器，具體涉及一種電力檢測專用的多通道電氣隔 離的數(shù)字示波器。
背景技術(shù)：
數(shù)字示波器是近年來發(fā)展起來的一種先進的測量儀器，與傳統(tǒng)的模擬示波器相比 有很多優(yōu)點，但是，普通的數(shù)字示波器的每個通道都是共地的，而在工程測量中常常會用到 浮動測量。浮動測量，即測量各點之間沒有參考地電位的多端信號，這種測量也稱為差分測 量。在許多行業(yè)領域，例如，某些大型醫(yī)療設備維修時用到的電子儀器有較高的抗干擾需 求，必須對信號進行浮動測量。在觀察三相四線制的低壓供電系統(tǒng)時，需要同時同步觀察四 路不共地的信號時，普通的具有公共端的多通道示波器就不能再適用。同時在量程變換和 檔位選擇等方式上，常用的數(shù)字示波器也多采用旋鈕操作，也帶有一定的不便性。為了達到浮動測量的目的，目前基本有四種方法斷開電源地線或兩通道相減、隔 離變壓器、差分探頭、隔離多通道。斷開電源地線或兩通道相減實現(xiàn)簡單，但是對人身和設 備帶來較大安全隱患，并且無法消除示波器內(nèi)回路應力的影響。隔離變壓器安全性有所提 高，但是實驗條件要求高，增加了設備體積，測量精度也不高，并且是后端處理，無法消除通 道內(nèi)回路的影響。差分探頭提高了測量精度并且安全可靠，但是增加了成本，提高了儀器使 用的復雜性，屬于前端處理，無法消除探頭之間的時滯。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器，該數(shù) 字示波器具有多通道電氣隔離，具有測量準確、穩(wěn)定、高效的優(yōu)勢。本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)解決方案是電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器，包括多個信號采集轉(zhuǎn)換單元、存儲控 制單元、微處理器單元、顯示單元以及鼠標控制單元，所述信號采集轉(zhuǎn)換單元、存儲控制單 元、微處理器單元、顯示單元依次連接，所述鼠標控制單元分別與微處理器單元、顯示單元 連接。上述信號采集轉(zhuǎn)換單元有四個，各個信號采集轉(zhuǎn)換單元包括依次連接的耦合電 路、衰減及放大電路、隔離模塊電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述耦合電路，能夠?qū)娙蹼姺蛛x；所述衰減及放大電路由繼電器、電阻電容及運算放大器構(gòu)成；所述隔離模塊電路由CIM1100型隔離放大器及隔離電源構(gòu)成； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括差分電路和用于高速數(shù)據(jù)采集的MAX1448模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。上述微處理器單元采用ARM的Cortex-M3處理內(nèi)核的32位微處理器；所述存儲控制單元由Altera公司的MAXII系列CPLD實現(xiàn)的采集控制器和數(shù)據(jù)緩 存器構(gòu)成；[0014]所述顯示單元包括顯示控制電路和液晶顯示器；所述鼠標控制單元采用C8051F單片機接收鼠標信息，配合采集控制器調(diào)整液晶 顯示器的顯示和參數(shù)設置。本實用新型的有益效果1、上述電氣隔離數(shù)字示波器，有四個信號采集轉(zhuǎn)換單元，各信號采集轉(zhuǎn)換單元均 有隔離模塊電路，可以對相互隔離的四條通道信號同時同步觀察，突破了傳統(tǒng)示波器僅限 于進行參照接地測量的技術(shù)缺陷。2、采用ARM的Cortex-M3處理內(nèi)核的32位微處理器并與CPLD結(jié)合，節(jié)省了系統(tǒng) 資源，并提高了數(shù)據(jù)處理速度。3、液晶顯示器有較高的刷新率和多模式的顯示功能。4、采用了鼠標控制方式，操作簡單快捷，便于掌握，用戶使用便利。
圖1為電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器的硬件連接框圖。圖2為信號采集單元及存儲控制單元的硬件連接框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合圖1、圖2，對本實用新型進行詳細說明電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器，包括多個信號采集轉(zhuǎn)換單元、存儲控 制單元、微處理器單元、顯示單元以及鼠標控制單元，所述信號采集轉(zhuǎn)換單元、存儲控制單 元、微處理器單元、顯示單元依次連接，所述鼠標控制單元分別與微處理器單元、顯示單元 連接。上述信號采集轉(zhuǎn)換單元有四個，各個信號采集轉(zhuǎn)換單元包括依次連接的耦合電 路、衰減及放大電路、隔離模塊電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述耦合電路，能夠?qū)娙蹼姺蛛x；所述衰減及放大電路由繼電器、電阻電容及運算放大器構(gòu)成；所述隔離模塊電路由CIM1100型隔離放大器及隔離電源構(gòu)成；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括能夠提供最低的總諧波失真和無雜波失真動態(tài)范圍的差 分電路和用于高速數(shù)據(jù)采集的MAX1448模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。上述微處理器單元采用ARM的Cortex-M3處理內(nèi)核的32位微處理器；所述存儲控制單元由Altera公司的MAXII系列CPLD實現(xiàn)的采集控制器和數(shù)據(jù)緩 存器構(gòu)成；所述顯示單元包括顯示控制電路和液晶顯示器；所述鼠標控制單元采用C8051F單片機接收鼠標信息，配合采集控制器調(diào)整液晶 顯示器的顯示和參數(shù)設置。下面對關(guān)鍵硬件及其功能做詳細描述存儲控制單元由Altera公司的MAXII系列CPLD實現(xiàn)的采集控制器和數(shù)據(jù)緩存器 構(gòu)成。結(jié)合圖1，CHl通道和CH2通道共用一個存儲控制單元，CH3通道和CH4通道共用另 一個存儲控制單元。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號并不直接輸入微處理器單元參與后續(xù)運算， 而是暫存于數(shù)據(jù)緩存器中，由微處理器單元分別通過采集控制器實現(xiàn)對數(shù)據(jù)緩存器的讀寫 操作。[0038]微處理器單元采用ARM先進架構(gòu)的Cortex-M3處理內(nèi)核的32位微處理器，具有高 度的操作靈活性和較高的運行速度。具有64KB的程序存儲器及高達20KB的SRAM，并擁有 7個定時器，支持串行單線調(diào)試和JTAG接口。顯示單元包括顯示控制電路和液晶顯示器。顯示控制電路主要由CPLD和兩片 SRAM構(gòu)成。SRAM存儲量達到設定的存儲深度后，微處理器單元作為CPU，首先從存儲控制 單元中讀取采集的數(shù)據(jù)進行運算處理，再將處理后的數(shù)據(jù)通過CPLD進行曲線的顯示。CPLD 提供了液晶顯示器工作所需的驅(qū)動信號，其包括各種時序發(fā)生器、邏輯運算器、數(shù)據(jù)鎖存器 及寄存器，這些功能單元的實現(xiàn)使微處理器單元可以靈活地對液晶顯示器進行操作。在液 晶顯示時采用畫面分屏存儲技術(shù)，即利用兩片SRAM存儲液晶顯示器需要顯示的圖形數(shù)據(jù)， 兩片SRAM分時切換送液晶顯示器進行顯示。鼠標控制單元選用通用PS_2串行光電鼠標作控制，采用了 C8051F單片機與鼠標 通信然后配合采集控制器調(diào)整液晶顯示器的顯示和參數(shù)設置，使鼠標與采集顯示系統(tǒng)獨立 處理，減小微處理器單元在整個系統(tǒng)中的工作任務，能夠使其更好的進行數(shù)據(jù)處理的工作， 進一步增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 耦合電路由線性光電耦合器和繼電器組成，提供了 DC、AC和GND三種耦合方式DC 方式中被測信號中的直流和交流成分無損耗地全部通過而被完全顯示；AC方式中，只有交 流分量被測量和顯示；GND方式是用來矯正零點的，只輸入零信號，交流和直流都阻隔。衰減及放大電路由繼電器、電阻電容及兩級運放組成，其目的就是將過大信號衰 減至隔離模塊電路所要求的電壓范圍。衰減電路可提供X0. 001，X0. 005，X0. 01，X0. 02， X0. 05，X0. 1，X0. 2共七個檔位的選擇，本電路可以將輸入的電壓擴大到系統(tǒng)所允許電壓 值的1000倍。隔離模塊電路由寬帶隔離放大器CIM1100及隔離電源等輔助電路組成，由于采用 了專有的寬帶線性隔離技術(shù)，CIM1100的帶寬革命性地擴展到DC 120MHz以上。在擴展帶 寬的同時，精度并未損失，直流低頻范圍(DC 100kHz)的非線性度仍保持在0.03%以下， 做到了高速且精確地隔離。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括差分電路和專用于高速數(shù)據(jù)采集領域的MAX1448模數(shù)轉(zhuǎn)換芯 片。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入信號的幅度都很小，MAX1448的輸入信號要求在士 IV，同時分 布電容的影響也對信號幅度的提高起到了很大的抑制。為此本實用新型設計中采用差分輸 入，可提供較低的總諧波失真和無雜波失真動態(tài)范圍。MAX1448由CPLD針對相應觸發(fā)信號 來控制其采集。當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例， 本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應 屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器，其特征在于所述數(shù)字示波器包括多個 信號采集轉(zhuǎn)換單元、存儲控制單元、微處理器單元、顯示單元以及鼠標控制單元，所述信號 采集轉(zhuǎn)換單元、存儲控制單元、微處理器單元、顯示單元依次連接，所述鼠標控制單元分別 與微處理器單元、顯示單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器，其特征在于所 述信號采集轉(zhuǎn)換單元有四個，各個信號采集轉(zhuǎn)換單元包括依次連接的耦合電路、衰減及放 大電路、隔離模塊電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述耦合電路，能夠?qū)娙蹼姺蛛x；所述衰減及放大電路由繼電器、電阻電容及運算放大器構(gòu)成；所述隔離模塊電路由CIM1100型隔離放大器及隔離電源構(gòu)成；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括差分電路和用于高速數(shù)據(jù)采集的MAX1448模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器，其特征在于所 述微處理器單元采用ARM的Cortex-M3處理內(nèi)核的32位微處理器；所述存儲控制單元由Altera公司的MAXII系列CPLD實現(xiàn)的采集控制器和數(shù)據(jù)緩存器 構(gòu)成；所述顯示單元包括顯示控制電路和液晶顯示器；所述鼠標控制單元采用C8051F單片機接收鼠標信息，配合采集控制器調(diào)整液晶顯示 器的顯示和參數(shù)設置。
專利摘要本實用新型公開一種電力檢測專用多通道電氣隔離數(shù)字示波器，所述數(shù)字示波器包括多個信號采集轉(zhuǎn)換單元、存儲控制單元、微處理器單元、顯示單元以及鼠標控制單元。所述信號采集轉(zhuǎn)換單元、存儲控制單元、微處理器單元、顯示單元依次連接，所述鼠標控制單元分別與微處理器單元、顯示單元連接。該數(shù)字示波器具有多通道電氣隔離，具有測量準確、穩(wěn)定、高效的優(yōu)勢。
文檔編號G01R13/02GK201819940SQ20102028783
公開日2011年5月4日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者孔凡雪, 張旭, 張洪薇, 李世光, 桑志峰, 芮昱, 藺相斌, 邱彪, 高正中 申請人:山東科技大學, 青島盤古電氣有限公司