專利名稱：一種用于數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的多路程控開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多路程控開關(guān)，特別是涉及一種用于數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的多路程控開關(guān)。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)采集器是一種多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備，目前正朝著小型化、智能化方向發(fā)展，多帶主機(jī)，可配置不同類型的數(shù)據(jù)采集卡，完成多種功能的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集器采集信號的實(shí)質(zhì)是通過不同的傳感器將相應(yīng)的測量信號轉(zhuǎn)為電信號，或者是直接實(shí)現(xiàn)對電信號的測量。因此數(shù)據(jù)采集器電壓、電流、電阻等基本電信號指標(biāo)的變化，反映了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，必須定期校準(zhǔn)?，F(xiàn)在對于這些智能型數(shù)據(jù)采集器的校準(zhǔn)多采用手動(dòng)和半自動(dòng)的校準(zhǔn)方式。拆卸式的手動(dòng)校準(zhǔn)方式受數(shù)據(jù)采集器采集通道路數(shù)較多、功能復(fù)雜的影響，操作時(shí)間長、勞動(dòng)量大，很難滿足科研生產(chǎn)的應(yīng)用需求。而半自動(dòng)的校準(zhǔn)方式多是結(jié)合現(xiàn)有程控開關(guān)，進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。目前市場上那個(gè)用于校準(zhǔn)的程控開關(guān)有很多，主要有矩陣開關(guān)、多路復(fù)用開關(guān)和掃描開關(guān)。矩陣開關(guān)可以將任一輸入連接到任一輸出端上，這種結(jié)構(gòu)能使復(fù)雜連線達(dá)到最小化，并能簡化被測設(shè)備的接口，使用非常靈活性。但對于測試系統(tǒng)開關(guān)而言，矩陣開關(guān)配置需要的繼電器數(shù)量至少應(yīng)等于輸入數(shù)乘以輸出數(shù)，因此也是實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)開關(guān)設(shè)計(jì)最昂貴的方法。此外矩陣開關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在一些不足，包括安全性、成本和信號完整性，同時(shí)中受矩陣配置中開關(guān)物理密度的影響，開關(guān)的電壓和電流量也會(huì)受到限制。多路復(fù)用開關(guān)在測試過程中用于連接一臺(tái)儀器到多個(gè)待測點(diǎn)或者多臺(tái)儀器測試一個(gè)待測點(diǎn)。通過這一信號開關(guān)配置，一次只有一個(gè)信號被接到測量裝置。開關(guān)是先斷后通(在新輸入連接前，輸入斷開)的。為了擴(kuò)展開關(guān)系統(tǒng)的能力，多路復(fù)用開關(guān)常與矩陣型或其他結(jié)構(gòu)的開關(guān)組合使用，可提供額外的隔離度，減少通道間的串?dāng)_，或者組成特殊結(jié)構(gòu)的開關(guān)系統(tǒng)。這種配置的主要好處是經(jīng)濟(jì)。掃描開關(guān)是一種特殊的多路復(fù)用器，這種開關(guān)卡可以順序或連續(xù)地接通信號，并具有跳過某些信號通道的接通功能。掃描開關(guān)和多路復(fù)用開關(guān)一樣，更方便用于單數(shù)據(jù)采集器某項(xiàng)功能的校準(zhǔn)，同時(shí)受本身結(jié)構(gòu)的影響，其過壓和過流能力也受到限制。數(shù)據(jù)采集器的校準(zhǔn)涉及到電壓、電流、四線電阻和兩線電阻的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集器所用的多功能源，在不同功能輸出時(shí)，需要連接不同的輸出端口。受開關(guān)和校準(zhǔn)源輸出端口結(jié)構(gòu)的影響，用現(xiàn)有的程控開關(guān)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集器，除了電壓、電流的測量范圍較受限外，如果不采取手動(dòng)方式進(jìn)行功能切換的話，不可能完成多個(gè)功能的全自動(dòng)校準(zhǔn)。
發(fā)明內(nèi)容為解決以上不足，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種專多路數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的用的程控開關(guān)，與以往各類程控開關(guān)不同的是，在開關(guān)面板上設(shè)計(jì)了與多功能校準(zhǔn)源輸出端相對應(yīng)的五個(gè)輸入端，進(jìn)行校準(zhǔn)測試時(shí)只需把校準(zhǔn)源的輸出端口與程控開關(guān)的輸入端口直接連接，校準(zhǔn)過程中無需換線就可實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的全部校準(zhǔn)。該開關(guān)以USB的I/O卡為主控單元，通過對繼電器陳列的選擇控制，來實(shí)現(xiàn)通路的切換以及功能的選擇，真正解決了多路數(shù)據(jù)采集器的全自動(dòng)校準(zhǔn)問題。該開關(guān)選用單繞組閉鎖型雙路固態(tài)繼電器，用一個(gè)繼電器同時(shí)控制一路信號的高低端，繼電器具有較寬的過電壓電流能力，電壓能力達(dá)1000V，電流能力達(dá)5A，克服了以往多路程控開關(guān)無法輸入大電壓、大電流信號的不足。采用復(fù)用結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)四線電阻功能的測量，有效提高了電阻測量的準(zhǔn)確度。本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種用于數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的多路程控開關(guān)，該多路程控開關(guān)包括:控制單元、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、輸入端口、繼電器陣列和輸出端子，所述的控制機(jī)依次經(jīng)I/o卡、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、輸入端口、繼電器陣列連接至輸出端子。所述控制單元包括USB接口和USB總線控制的I/O卡。所述的繼電器陣列包括電壓、電阻測量用繼電器陣列和電流測量用繼電器陣列。所述輸入端口與繼電器陣列之間還連接有轉(zhuǎn)換繼電器，該轉(zhuǎn)換繼電器一端分別與輸入端口的高、低端連接，另一端與一路繼電器陣列連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:以USB的I/O卡為主控單元設(shè)計(jì)出一種用于多路數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的程控開關(guān)，同時(shí)在在程控開關(guān)的前面板上設(shè)計(jì)了與校準(zhǔn)源相對應(yīng)的輸入接線端，校準(zhǔn)過程中無需換線就可實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集器的交直流電壓、交直流電流、四線和兩線電阻功能的全部校準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上選用雙路繼電器，采用先導(dǎo)通后加信號的方式，有效的擴(kuò)展了程控開關(guān)的測量范圍，簡化了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了較大電壓(1000V)和較大電流的測量(5A)，可滿足絕大多數(shù)數(shù)據(jù)采集器的校準(zhǔn)需求。同時(shí)增加功能轉(zhuǎn)換繼電器控制部分，采用復(fù)用結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式，可實(shí)現(xiàn)對20路四線電阻功能的測量，有效提高了電阻測量的準(zhǔn)確度。本程控開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡潔、性能可靠、測量范圍寬的特點(diǎn)，除了能完成對多路數(shù)據(jù)采集器的校準(zhǔn)外，還可用于多臺(tái)數(shù)字萬用表的校準(zhǔn)，在生產(chǎn)和科研部門也具有很大的推廣價(jià)值。

圖1本實(shí)用新型多路程控開關(guān)的原理圖；圖2輸入端口與繼電器陣列連接結(jié)構(gòu)圖； 圖3轉(zhuǎn)換繼電器連接結(jié)構(gòu)圖；圖4 一路繼電器控制高低兩路信號結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示為本實(shí)用新型多路程控開關(guān)的原理圖，所述多路數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的程控開關(guān)包括控制單元I，繼電器驅(qū)動(dòng)電路2，輸入端口 3，轉(zhuǎn)換繼電器4，電壓、電阻測量用繼電器陣列5，電流測量用繼電器陣列6，輸出端子7等主要部分。所述控制單元I包括USB接口端和USB總線控制的I/O卡。[0024]以下就各部分分別介紹?？刂撇糠?其中控制部分摒棄傳統(tǒng)的單片機(jī)或者其他芯片做CPU的控制方法，程控開關(guān)內(nèi)部安裝一個(gè)48路USB的數(shù)字I/O卡。工作時(shí)，用USB總線把程控開關(guān)和計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過USB接口發(fā)送相應(yīng)的控制指令控制I/O卡各路數(shù)字信號的輸出。由于程控開關(guān)共有44路，同時(shí)內(nèi)設(shè)功能轉(zhuǎn)換繼電器控制部分，因此選用48路I/O卡來完成整個(gè)功能的控制。繼電器驅(qū)動(dòng)電路:由于I/O卡輸出信號是TTL電平信號，能提供的驅(qū)動(dòng)電流較小，為提高其驅(qū)動(dòng)能力，保證其工作穩(wěn)定性，需要在I/o卡與繼電器中間增加了驅(qū)動(dòng)電路。考慮到系統(tǒng)的電磁兼容與可靠性，在繼電器的驅(qū)動(dòng)電路中采用光耦接三極管驅(qū)動(dòng)的方式來驅(qū)動(dòng)繼電器。采用光耦與三極管結(jié)合驅(qū)動(dòng)繼電器的設(shè)計(jì)方案，既實(shí)現(xiàn)了測試系統(tǒng)與電動(dòng)執(zhí)行部分的電氣隔離，又提高了數(shù)字信號的驅(qū)動(dòng)能力和系統(tǒng)的抗干擾能力。輸入部分；為了實(shí)現(xiàn)與校準(zhǔn)源各功能的完全對接，在程控開關(guān)的面板上設(shè)置了 6個(gè)輸入端口，如圖2所示，包括輸入端的高端(HI)和低端(L0)，感應(yīng)端的高端(HI)和低端(L0)，電流輸出端(I)，接地保護(hù)端(GUARD)。其中輸入端的高端和低端可以輸入交直流電壓和兩線電阻信號，電流輸入端和輸入端的低端配合輸入交直流電流信號，輸入端的高端和低端和感應(yīng)端的高端和低端配合使用，輸入四線電阻信號。工作時(shí)候只要把校準(zhǔn)源與程控開關(guān)對應(yīng)的接口進(jìn)行連接，測試時(shí)候無需換線就可以完成各個(gè)功能的自動(dòng)校準(zhǔn)。轉(zhuǎn)換繼電器:轉(zhuǎn)換繼電器連接于輸入端的高、低端，感應(yīng)端的高、低端及21 40路繼電器陣列之間，繼電器由兩組常開和兩組常閉觸點(diǎn)組成。如圖3所示，繼電器不動(dòng)作時(shí)，常閉觸點(diǎn)導(dǎo)通，21 40路繼電器陣列與輸入端的高端和低端相連，進(jìn)行電壓和兩線電阻功能的校準(zhǔn)。繼電器動(dòng)作時(shí)，21 40路繼電器陣列，與感應(yīng)端的高端和低端相連，配合I 20路繼電器陣列完成20路四線電阻功能的校準(zhǔn)。電壓、電阻測量用繼電器陣列:由I 20路繼電器陣列和I 40路繼電器陣列組成，主要完成交直流電壓、兩線和四線電阻功能的校準(zhǔn)。為了提高程控開關(guān)的測量范圍選用高可靠性、開關(guān)速度快、耐沖擊、抗干擾能力強(qiáng)的雙路固態(tài)繼電器，采用一路繼電器控制兩路信號的結(jié)構(gòu)，保證了高、低端兩路信號的同時(shí)動(dòng)作，提高了系統(tǒng)的安全性。原理結(jié)構(gòu)圖如附圖4所示。工作時(shí)候，采用先導(dǎo)通后加信號的方式，繼電器兩端的電壓幾乎為零，有效的擴(kuò)展了程控開關(guān)的電壓測量范圍，提高了系統(tǒng)的安全性。電流測量用繼電器陣列:由41 44路繼電器陣列組成，主要進(jìn)行電流功能的校準(zhǔn)，選用PCB安裝用大電流雙路固態(tài)繼電器。設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加電流布線寬度，保證電流的安全通過。輸出端子排主要用于和被校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集器相連，選用安全距離為5.08的高壓絕緣端子排，保證在1000V高壓或者5A電流工作情況下的電氣安全。測量時(shí)，只需將校準(zhǔn)源輸出端口與程控開關(guān)的輸入端口用相應(yīng)的測試線連接，運(yùn)行控制機(jī)軟件就可對相關(guān)的數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行校準(zhǔn)。該程控開關(guān)可同時(shí)完成對40路電壓、電阻信號和4路電流信號的校準(zhǔn)。開關(guān)面板上的測試信號輸入端通過繼電器陣列連接到輸出端子上，同時(shí)在控制開關(guān)上增加了校準(zhǔn)源輸入接口，測試時(shí)候只要把校準(zhǔn)源與程控開關(guān)對應(yīng)的接口進(jìn)行連接，測試時(shí)候無需換線就可以完成各個(gè)功能的自動(dòng)校準(zhǔn)。控制過程中首先使繼電器動(dòng)作，開關(guān)接通，然后校準(zhǔn)源施加測試信號，數(shù)據(jù)采集器采集信號，由于信號施加時(shí)開關(guān)已接通，可以避免直接用用繼電器來切斷或者導(dǎo)通高壓或者大電流信號而產(chǎn)生的電弧，繼電器只是起著連接導(dǎo)通的作用，導(dǎo)通后兩端的電壓幾乎為零，可有效提高系統(tǒng)的安全性。應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本實(shí)用新型說明書的基礎(chǔ)上可以對各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種用于數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的多路程控開關(guān)，其特征在于，該多路程控開關(guān)包括:控制單元、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、輸入端口、繼電器陣列和輸出端子，所述的控制機(jī)依次經(jīng)I/O卡、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、輸入端口、繼電器陣列連接至輸出端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的多路程控開關(guān)，其特征在于，所述控制單元包括USB接口和USB總線控制的I/O卡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的多路程控開關(guān)，其特征在于，所述的繼電器陣列包括電壓、電阻測量用繼電器陣列和電流測量用繼電器陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的多路程控開關(guān)，其特征在于，所述輸入端口與繼電器陣列之間還連接有轉(zhuǎn)換繼電器，該轉(zhuǎn)換繼電器一端分別與輸入端口的高、低端連接，另一端與一路繼電器陣列連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于數(shù)據(jù)采集器校準(zhǔn)的多路程控開關(guān)，該多路程控開關(guān)包括控制單元、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、輸入端口、繼電器陣列和輸出端子，所述的控制機(jī)依次經(jīng)I/O卡、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、輸入端口、繼電器陣列連接至輸出端子。所述程控開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡潔、性能可靠、測量范圍寬的特點(diǎn)，除了能完成對多路數(shù)據(jù)采集器的校準(zhǔn)外，還可用于多臺(tái)數(shù)字萬用表的校準(zhǔn)，在生產(chǎn)和科研部門也具有很大的推廣價(jià)值。
文檔編號G01R35/00GK203054052SQ20122062763
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者許興明, 劉國偉, 張擘 申請人:北京無線電計(jì)量測試研究所