一種高準確度電參量綜合檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種高準確度電參量綜合檢測儀，包括電壓電流采樣通道、信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊、現(xiàn)場可編程門陣列模塊、上位機模塊、時基電路、顯示器、電源模塊、通信接口和脈沖接口。本實用新型運用了有源逆變的穩(wěn)壓電源模塊，給系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的電源，通過數(shù)據(jù)處理分析計算模塊自動調(diào)整系統(tǒng)的動態(tài)負荷，提高了電源功率的穩(wěn)定性；在抗電磁干擾上，應(yīng)用了非完全密封金屬板電磁屏蔽方法；本實用新型設(shè)計合理，功能齊全，智能化程度高，檢測數(shù)據(jù)準確，其功能和性能完全滿足國際IEC標準和國家標準對多功能電測量檢測儀表的要求。
【專利說明】一種高準確度電參量綜合檢測儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于一種電測量儀器，尤其涉及一種自動測量交流電參量的綜合檢測儀。

【背景技術(shù)】
[0002]交流電參量的計量除了包括了對電壓、電流、功率、電能等常規(guī)電學(xué)量的測量外還包括了諧波分析等電能質(zhì)量的分析，對于上述電學(xué)量的計量在各行業(yè)中都相當?shù)闹匾?，所以對于這些量值的準確計量至關(guān)重要。
[0003]現(xiàn)有的多功能標準和電測量檢測裝置產(chǎn)品，其功能和性能不能足夠滿足國際IEC標準或國家標準對多功能檢測檢測儀表的要求，其他一些較低端電能質(zhì)量檢測儀器多采用普通FFT或DFT算法進行諧波檢測分析，部分檢測儀采用鎖相環(huán)實現(xiàn)頻率跟蹤接近準同步采樣，但是跟蹤效果和被測信號有較大影響，分析精度只能滿足普通工作需求，不能作為標準使用，也不能滿足企業(yè)、省市級計量機構(gòu)量值傳遞需要，只能作為運行檢查和定性分析用，所以在電參量分析方面，高準確度的檢測儀表在實際工程運用中還比較少，國內(nèi)企業(yè)多數(shù)還是使用國外一些知名廠家產(chǎn)品。國外在檢測儀表的研制方面較國內(nèi)就有很大優(yōu)勢，其技術(shù)水平較國內(nèi)領(lǐng)先很多，但是國外儀表雖然性能比較好價格也非常的高，并且售后維修很不方便并且維護費用很高，因此研制準確度等級高并且能夠控制成本的多功能電參量檢測儀非常有必要。
[0004]另外，高準確度電參量檢測儀通常被設(shè)計和使用在受控制的實驗室環(huán)境中，以獲得最高的準確度和穩(wěn)定性的作為計量與測試標準計量設(shè)備。在現(xiàn)場工況復(fù)雜的情況下，往往需要高準確度電參量檢測儀對電力參數(shù)進行測量和分析，所以電參量檢測儀是電力行業(yè)急需研究并開發(fā)的電力設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種測試功能齊全、測量準確度高、操作方便的高準確度電參量綜合檢測儀。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種高準確度電參量綜合檢測儀，由電壓電流采樣通道、信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊、現(xiàn)場可編程門陣列模塊依序連接構(gòu)成；其中數(shù)據(jù)處理分析計算模塊連接有上位機模塊，上位機模塊分別連接有時基電路、顯示器、電源模塊、通信接口和脈沖接口。
[0008]電源模塊提供電壓電流采樣通道、信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊、現(xiàn)場可編程門陣列模塊、上位機模塊、時基電路、顯示器、USB接口、RS232通信接口、脈沖接口的工作電源。
[0009]所述的電壓電流采樣通道包括電壓電流輸入端子和三個結(jié)構(gòu)相同的功能塊。
[0010]所述高準確度電參量綜合檢測儀的外殼為高導(dǎo)電性金屬材料為銅或鋁，外殼上有散熱透氣孔。所述采用銅或鋁高導(dǎo)電性材料做成金屬板，將信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊、現(xiàn)場可編程門陣列模塊和上位機模塊電氣元件完全屏蔽起來，使內(nèi)外兩個范圍相互不受影響。電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用上述屏蔽設(shè)計，能取到比較好的屏蔽效果。
[0011 ] 所述高準確度電參量綜合檢測儀包括有源逆變的穩(wěn)壓電源。
[0012]所述的上位機模塊一般為工控機，也可采用單片機。
[0013]所述上位機為控制核心，輔之以現(xiàn)場可編程門陣列模塊、時基電路、顯示器、通信接口、脈沖接口實現(xiàn)全系統(tǒng)控制功能。被測量的電壓、電流信號經(jīng)過電阻分壓器、電流互感器變換為適當?shù)碾妷盒盘?，送至AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號，再由數(shù)據(jù)處理分析計算模塊進行數(shù)學(xué)運算，得到各種需要的測量數(shù)據(jù)。這些測量數(shù)據(jù)通過通信方式傳送給上位機模塊。上位機管理人機接口響應(yīng)控制時基電路和通信接口，驅(qū)動顯示器，并對測試數(shù)據(jù)進行后期處理。
[0014]本實用新型的有益效果是，采用上述技術(shù)方案的高準確度電參量綜合檢測儀，運用了有源逆變的穩(wěn)壓電源模塊，給系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的電源，通過數(shù)據(jù)處理分析計算模塊自動調(diào)整系統(tǒng)的動態(tài)負荷，提高了電源功率的穩(wěn)定性；在抗電磁干擾上，應(yīng)用了非完全密封金屬板電磁屏蔽方法；本實用新型設(shè)計合理，功能齊全，智能化程度高，檢測數(shù)據(jù)準確，且攜帶方便，其功能和性能完全滿足國際IEC標準和國家標準對多功能檢測檢測儀表的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖2是本實用新型的電路原理示意圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖詳細說明本實用新型。
[0018]如圖1，圖2，高準確度電參量綜合檢測儀，由電壓電流采樣通道、信號采集模塊U2、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊U1、現(xiàn)場可編程門陣列模塊U3依序連接構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)處理分析計算模塊Ul連接有上位機模塊U4 ;上位機模塊U4分別連接有時基電路U12、顯示器U9、USB接口 U10、RS232通信接口 Ul1、脈沖接口。
[0019]電源模塊提供電壓電流采樣通道、信號采集模塊U2、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊U1、現(xiàn)場可編程門陣列模塊U3、上位機模塊U4、時基電路U12、顯示器U9、USB接口 U10、RS232通信接口 Ul1、脈沖接口的工作電源。
[0020]本實用新型時基電路U12接入現(xiàn)場可編程門陣列模塊U3時鐘接口端為上位機模塊U4提供準確時間。
[0021]本實用新型采用銅或鋁高導(dǎo)電性材料做成金屬板，將信號采集模塊U2、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊U1、現(xiàn)場可編程門陣列模塊U3和上位機模塊U4電氣元件完全屏蔽起來，使內(nèi)外兩個范圍相互不受影響。
[0022]本實用新型所述電源模塊U8包括有源逆變的穩(wěn)壓電源。
[0023]本實用新型所述數(shù)據(jù)處理分析計算模塊Ul內(nèi)部采用2路32位AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在采樣時序控制下對6個通道的電壓和電流信號進行采樣。
[0024]如圖1、圖2所示的高準確度電參量綜合檢測儀，電壓電流采樣通道包括三個結(jié)構(gòu)相同的功能塊U5、U6、U7，功能塊U5、U6、U7同時與電壓電流輸入端子U15相連，每個功能塊接收單獨各相電壓電流信號，功能塊U5、U6、U7還同時與信號采集模塊U2相連，信號采集模塊U2與數(shù)據(jù)處理分析計算模塊Ul相連，數(shù)據(jù)處理分析計算模塊Ul與上位機模塊U4相連，現(xiàn)場可編程門陣列模塊U3與上位機模塊U4相連。時基電路U12接入現(xiàn)場可編程門陣列模塊U3時鐘接口端為上位機模塊U4提供準確時間。
[0025]電源模塊提供電壓電流采樣通道、信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊、上位機模塊、現(xiàn)場可編程門陣列模塊、時基電路、顯示器、散熱電扇、通信接口、脈沖接口穩(wěn)定工作電源。
[0026]通信接口包括9個RS232通信接口 Ull和USB接口 U10，9個RS232通信接口 Ull和USB接口 UlO均與上位機模塊相連，脈沖接口與電源模塊相連。上位機模塊一般使用工控機，也可以是單片機。
[0027]高準確度電參量綜合檢測儀的外殼由銅或鋁制成，外殼上有散熱透氣孔，各種模塊安裝在外殼內(nèi)。最惡劣的工況存有靜電放電，輻射電磁場，電快速瞬變脈沖群，所以高準確度電參量綜合檢測儀的設(shè)計應(yīng)保證在有傳導(dǎo)或輻射電磁場干擾及靜電放電時不損壞，不受干擾并能準確工作。本實用新型采用非完全密封金屬板電磁屏蔽方法，采用銅或鋁高導(dǎo)電性材料做成金屬板外殼，將本實用新型信號采集模塊U2、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊U1、現(xiàn)場可編程門陣列模塊U3和上位機模塊U4完全屏蔽起來，使內(nèi)外兩個范圍相互不受影響。電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用上述屏蔽設(shè)計，能取到比較好的屏蔽效果。
[0028]數(shù)據(jù)處理分析計算模塊Ul內(nèi)部使用了 2路32位AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在采樣時序控制下對6個通道的電壓和電流信號進行采樣。采樣的時序控制信號由FPGA芯片產(chǎn)生，并受數(shù)據(jù)處理分析計算模塊。采樣數(shù)字信號合成為64位串行信號，傳送給數(shù)據(jù)處理分析計算模塊。兩模塊之間的采樣信號和采樣控制信號均通過光電耦合器傳送，使兩模塊實現(xiàn)電氣隔離。兩模塊的供電亦進行隔離。
[0029]電源模塊U8采用了有源逆變的穩(wěn)壓電源模塊，輸入端直流電直接由外部供給，這樣就得到了穩(wěn)定的無雜波的電源。電源模塊由開關(guān)電源盒和信號控制板組成，盒式開關(guān)電源選用市售成品，其技術(shù)規(guī)格為:輸入電壓220V?380V，輸出為3組:5V/20A為主電源；+12V/4A為工控機輔助電源；24V/2A為繼電器驅(qū)動電源。
[0030]本實用新型以數(shù)據(jù)處理分析計算模塊為信號處理核心，采用數(shù)字乘法器原理實現(xiàn)基本測量功能；以上位機為控制核心，輔之以現(xiàn)場可編程門陣列模塊、時基電路、顯示器、通信接口、脈沖接口實現(xiàn)全系統(tǒng)控制功能。被測量的電壓、電流信號經(jīng)過電阻分壓器、電流互感器變換為適當?shù)碾妷盒盘?，送至AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號，再由數(shù)據(jù)處理分析計算模塊進行數(shù)學(xué)運算，得到各種需要的測量數(shù)據(jù)。這些測量數(shù)據(jù)通過通信方式傳送給上位機模塊。上位機管理人機接口響應(yīng)控制時基電路和通信接口，驅(qū)動顯示器，并對測試數(shù)據(jù)進行后期處理。
【權(quán)利要求】
1.一種高準確度電參量綜合檢測儀，其特征在于:由電壓電流采樣通道、信號采集模塊(U2)、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊(U1)、現(xiàn)場可編程門陣列模塊(U3)依序連接構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)處理分析計算模塊(Ul)連接有上位機模塊(U4);上位機模塊(U4)分別連接有時基電路(U12)、顯示器(U9)、USB接口(U10)、RS232通信接口(U11)、脈沖接口。電源模塊提供電壓電流采樣通道、信號采集模塊(U2)、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊(U1)、現(xiàn)場可編程門陣列模塊(U3)、上位機模塊(U4)、時基電路(U12)、顯示器(U9)、USB接口(U10)、RS232通信接口(Ull )、脈沖接口的工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高準確度電參量綜合檢測儀，其特征在于:時基電路(U12)接入現(xiàn)場可編程門陣列模塊(U3)時鐘接口端為上位機模塊(U4)提供準確時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高準確度電參量綜合檢測儀，其特征在于:采用銅或鋁高導(dǎo)電性材料做成金屬板，將信號采集模塊(U2)、數(shù)據(jù)處理分析計算模塊(U1)、現(xiàn)場可編程門陣列模塊(U3)和上位機模塊(U4)電氣元件完全屏蔽起來，使內(nèi)外兩個范圍相互不受影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高準確度電參量綜合檢測儀，其特征在于:所述電源模塊(U8)包括有源逆變的穩(wěn)壓電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高準確度電參量綜合檢測儀，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理分析計算模塊(Ul)內(nèi)部采用2路32位AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在采樣時序控制下對6個通道的電壓和電流信號進行采樣。
【文檔編號】G01R31/00GK203838256SQ201420024662
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】沈鑫, 王昕 , 丁心志, 曹敏 申請人:云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院, 云南電網(wǎng)公司技術(shù)分公司