專利名稱：一種檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流測量裝置，具體涉及一種能測量任意波形的脈沖電流及其持續(xù)時間的數(shù)顯電流表。
背景技術(shù)：
在電子電路或者電工領(lǐng)域，經(jīng)常需要對電路中的電流進行測量，一般情況下，我們采用電流表測量電流。測量方式通常有兩種切斷電路并將電流表接入電路；或者在不切斷電路的情況下，通過霍爾效應(yīng)管直接測量電流。被測的電流分為直流或者正弦交流直流電流的測量一般為測量電路內(nèi)直流電流的瞬時值；而交流電流一般通過整流濾波轉(zhuǎn)換成直流電流進行測量，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的直流電流值與原交流電流的有效值等效。然而對于脈沖型或者任意波形的電流，一般電流表無法準(zhǔn)確的測量其有效值。比如醫(yī)用的X光機曝光電流，光電倍增管的輸出電流都是不規(guī)則的脈沖電流，因此無法通過傳統(tǒng)電流表進行準(zhǔn)確測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供了一種針對任意脈沖電流測量其有效值和持續(xù)時間的數(shù)顯電流表，該電流表具有使用方便、檢測準(zhǔn)確、功耗低的特點。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為包括電流傳感單元、信號前置處理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、 數(shù)字處理運算單元、顯示屏、按鍵和電源，電流傳感單元通過信號輸出接口與信號前置處理單元相接，信號前置處理單元對輸入電信號進行無失真放大，并將處理后的信號輸入A/D 轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將信號前置處理器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號送入數(shù)字處理運算單元，數(shù)字處理運算單元與顯示屏和按鍵相連，數(shù)字處理運算單元將所獲取電流的瞬時值，通過求和積分，并對電流持續(xù)時間求平均來獲取等效電流值，換算成電流的有效值。按上述方案，所述的電流傳感單元為一種基于霍爾效應(yīng)的直流電流傳感器，該傳感器可以通過不切斷被檢測電路進行電流的測量，該傳感器將檢測的電流通過信號輸出接口輸出至信號前置處理單元。按上述方案，所述的信號前置處理單元為信號放大系統(tǒng)，采用儀表放大器進行電信號的無失真放大，并將放大信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器。按上述方案，所述的A/D轉(zhuǎn)換器為低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以為分離器件或者為數(shù)字處理運算單元的內(nèi)部資源。A/D轉(zhuǎn)換器將信號前置處理單元輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號送入數(shù)字處理運算單元。按上述方案，所述的數(shù)字處理運算單元為數(shù)字處理運算器， 負責(zé)整個系統(tǒng)的控制和計算，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)清除等。首先，該運算器檢測信號前置處理單元輸出的電信號；當(dāng)檢測到電信號時，記錄電信號的起始時間，同時啟動A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣，直至檢測到的電信號結(jié)束，記錄電信號的結(jié)束時間，并控制A/D轉(zhuǎn)換器停止采樣；然后，該運算器獲取A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，和記錄的時間值，通過內(nèi)部的硬件乘法器進行計算，計算包括求平方與求和。由于電流的有效值可以理解為瞬時電流的熱功，而熱功效與電流瞬時值的平方以及時間成正比，因此，通過A/D轉(zhuǎn)換器獲取電流的瞬時值，并記錄電流持續(xù)時間，可以獲取這段時間電流總的熱功效，然后將電流等效為持續(xù)時間內(nèi)的有效值；同時，該運算器將計算的電流有效值結(jié)果存入存儲單元，并在顯示屏上顯示；運算器還接受按鍵控制，根據(jù)不同的按鍵信息來進行不同的操作。數(shù)字處理運算器可內(nèi)置或者外掛存儲器，所述的顯示屏用于顯示計算結(jié)果和與用戶交互的信息。所述的按鍵包括功能鍵和數(shù)字鍵，用于接受控制和操作信號的輸入。
所述的電源部分包括電池，相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)化電路，電壓檢測電路，用于給整個系統(tǒng)進行供電并且監(jiān)測電源用量。本發(fā)明的有益效果在于1、在電流持續(xù)時間內(nèi)控制A/D轉(zhuǎn)換器對電流信號進行連續(xù)的采樣，獲取連續(xù)的采樣值，然后，處理運算器對這些采樣值進行計算，求其平方和，準(zhǔn)確得到脈沖電流波形的有效值以及電流的持續(xù)時間，同時，實時在顯示屏上顯示結(jié)果，并存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了對任意波形的脈沖電流及其持續(xù)時間的準(zhǔn)確檢測。2、能夠直接讀取電流數(shù)值，并通過按鍵進行控制和操作，使用方便，測試準(zhǔn)確，且采用模塊集成電路組合結(jié)構(gòu)，功耗低。本發(fā)明適用于如醫(yī)用的X光機曝光電流，光電倍增管的輸出電流測量，以及一些具有不規(guī)則波形、無法通過傳統(tǒng)電流表進行測量的電流信號。


圖1為本發(fā)明一個實施例的總體結(jié)構(gòu)電路模塊圖。圖2為本發(fā)明運算的流程圖。圖3表示本發(fā)明中計算電流有效值的原理圖。
具體實施例方式下面通過實施例進一步詳細說明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明主要包括電流傳感單元，信號前置處理單元，A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)字處理運算單元，顯示屏，按鍵和電源。所述的電流傳感單元為一種基于霍爾效應(yīng)的直流電流傳感器，分辨率可達到1mA， 精度優(yōu)于1. 5%，包括霍爾效應(yīng)管，以及電流測量電路和信號轉(zhuǎn)換電路。電流傳感器通過不切斷被檢測電路進行電流的測量，將測量的電流轉(zhuǎn)化成電壓，通過信號輸出接口接入信號前置處理單元。信號前置處理單元采用儀表放大器進行電信號的無失真放大，包括兩級高速運算放大器，對輸入的電壓信號進行模擬放大。放大后的信號送入A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器在數(shù)字處理運算單元的控制下啟動和暫停，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入數(shù)字處理運算單元中。ADC的采樣速率為200ksps，采樣數(shù)據(jù)精度為12位。精度可以為8位到14位，采樣頻率大于IOOkHz。數(shù)字處理運算單元采用Silicom Labs公司的8位嵌入式處理器C8051F340，負責(zé)數(shù)字信號的處理，計算，存儲，并且控制A/D轉(zhuǎn)換器的工作，接收按鍵的輸入，并將結(jié)果和相應(yīng)人機交互信息在顯示屏上顯示。嵌入式處理器C8051F340內(nèi)置存儲器，將計算結(jié)果存入存儲器中。同時，嵌入式處理器C8051F340內(nèi)部也包含A/D轉(zhuǎn)換器，，將其作為內(nèi)部資源使用。電源部分包括1. 5V電池、電壓轉(zhuǎn)化電路和穩(wěn)壓電路。電源部分給整個系統(tǒng)的所有電路模塊進行供電。如圖2，數(shù)字處理運算單元中軟件的使用流程圖包括了以下步驟檢測電流，A/D 控制采樣，計算平方，判斷電流截止，累加，計算電流有效值并顯示。數(shù)字處理運算單元檢測電流開始，通過設(shè)定閾值，當(dāng)輸入電信號超過閾值，則認為電流計值開始，運算器啟動A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣。為了避免運算器中存儲大量緩存的數(shù)據(jù)， 運算器將采樣的結(jié)果馬上進行平方計算，調(diào)用C8051F340內(nèi)部硬件乘法器，計算轉(zhuǎn)換數(shù)值的平方值，將計算結(jié)果存入緩存中。然后，運算器通過閾值判斷檢測到的電流是否截止如果輸入電信號幅度小于所設(shè)定的閾值，則認為電流截止，不再進行采樣和平方計算，然后將緩存中所有計算的平方之后的數(shù)據(jù)累加，做求和運算。最后，將計算結(jié)果整理成電流有效值，并顯示。如圖3所示，對任意電流波形，其總熱功效等效于分段時間段內(nèi)的功效之和。每個分段時間段內(nèi)，熱功效正比于該段瞬時的電流值I。W = I2RT = ffo+ffi+ff^ A +Wn = ICI2RTC^I12RTAI22RT2+ A +In2RTn而分段時間Ttl到Tn都相等，均等于T/n，則可以寫成
權(quán)利要求
1.一種檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，其特征在于包括電流傳感單元、信號前置處理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字處理運算單元、顯示屏、按鍵和電源，電流傳感單元通過信號輸出接口與信號前置處理單元相接，信號前置處理單元對輸入電信號進行無失真放大，并將處理后的信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將信號前置處理單元輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號送入數(shù)字處理運算單元，數(shù)字處理運算單元與顯示屏和按鍵相連，數(shù)字處理運算單元將所獲取電流的瞬時值，通過求和積分，并對電流持續(xù)時間求平均來獲取等效電流值，換算成電流的有效值。
2.按權(quán)利要求1所述的檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，其特征在于所述的電流傳感單元為一種基于霍爾效應(yīng)的直流電流傳感器，直流電流傳感器將檢測的電流通過信號輸出接口輸出至信號前置處理單元。
3.按權(quán)利要求1或2所述的檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，其特征在于所述的信號前置處理單元為信號放大系統(tǒng)，采用儀表放大器進行電信號的無失真放大，并將放大信號輸入 A/D轉(zhuǎn)換器。
4.按權(quán)利要求1或2所述的檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，其特征在于所述的A/D轉(zhuǎn)換器為低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，為分離器件或者為數(shù)字處理運算單元的內(nèi)部資源，A/D轉(zhuǎn)換器將信號前置處理器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號送入數(shù)字處理運算單兀。
5.按權(quán)利要求1或2所述的檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，其特征在于所述的數(shù)字處理運算單元為數(shù)字處理運算器，負責(zé)整個系統(tǒng)的控制和計算，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)清除。
6.按權(quán)利要求1或2所述的檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，其特征在于所述的顯示屏用于顯示計算結(jié)果和與用戶交互的信息；所述的按鍵包括功能鍵和數(shù)字鍵，用于接受控制和操作信號的輸入；所述的電源部分包括電池，相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)化電路，電壓檢測電路，用于給整個系統(tǒng)進行供電并且監(jiān)測電源用量。
7.按權(quán)利要求5所述的檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，其特征在于數(shù)字處理運算器內(nèi)置或者外掛存儲器，將計算結(jié)果存入存儲器中；同時，數(shù)字處理運算單元包含A/D轉(zhuǎn)換器，將其作為內(nèi)部資源使用。
8.按權(quán)利要求5所述的檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，其特征在于電流檢測的過程為 數(shù)字處理運算單元通過設(shè)定閾值檢測電流，當(dāng)輸入電信號超過閾值，則認為電流開始，運算器啟動A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣，將采樣的結(jié)果馬上進行計算，調(diào)用硬件乘法器，計算轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的平方，將計算結(jié)果存入緩存中；然后運算器通過閾值判斷檢測到的電流是否截止，如果輸入電信號幅度小于所設(shè)定的閾值，則認為電流截止，不再進行采樣和平方計算；然后將緩存中所有計算的平方之后的數(shù)據(jù)累加，做求和運算，最后將計算結(jié)果整理成電流有效值，并顯示；電流有效值為ι’，/' = J-ti2。V η 1=0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測脈沖電流的數(shù)顯電流表，包括電流傳感單元、信號前置處理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字處理運算單元、顯示屏、按鍵和電源，電流傳感器通過信號輸出接口與信號前置處理單元相接，信號前置處理單元對輸入電信號進行無失真放大，并將處理后的信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將信號前置處理單元輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號送入數(shù)字處理運算單元，數(shù)字處理運算單元與顯示屏和按鍵相連。本發(fā)明通過密集高速的采樣獲取電流的瞬時值，通過計算換算成電流的有效值。本發(fā)明具有使用方便，測試準(zhǔn)確，功耗低的特點。適用于如醫(yī)用的X光機曝光電流等一些具有不規(guī)則波形、無法通過傳統(tǒng)電流表進行測量的電流信號。
文檔編號G01R19/25GK102323474SQ201110217939
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者張博, 張晶, 秦家寶 申請人:湖北方圓環(huán)?？萍加邢薰?br>