一種智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，屬于雷電科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]雷電電磁脈沖或者線路開關(guān)瞬態(tài)放電是經(jīng)常發(fā)生在通訊線路、控制線路及供電電網(wǎng)線中的一種異常現(xiàn)象。由于信息高速公路的發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)以及有線電視等的普及，對(duì)傳輸線路的防雷及過電壓保護(hù)的要求越來越高。
[0003]氣體放電管是金屬與陶瓷氣密封接器件，管殼為A1203陶瓷，電極由Fe-Ni合金材料制成，電極表面涂有作為發(fā)射材料的陰極粉，管內(nèi)充有惰性氣體。一般有二極管、三極管兩種放電管，氣體放電管是利用氣體放電理論的離子器件。當(dāng)加在管子上的電壓達(dá)到或超過其擊穿電壓時(shí)，管子導(dǎo)通由高阻抗?fàn)顟B(tài)變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)，從而使浪涌電流泄放到大地，保護(hù)儀器設(shè)備及工作人員免受過壓沖擊。若外加電壓切斷，則管子恢復(fù)高阻抗?fàn)顟B(tài)，并不影響儀器設(shè)備的正常工作。因此，氣體放電管時(shí)能夠一直過電壓浪涌，滿足設(shè)備、線路的防雷及過電壓保護(hù)的要求，保障線路正常運(yùn)行的一種有效的器件。直流擊穿電壓是衡量氣體放電管性能的一個(gè)重要參數(shù)。保障氣體放電管在線路中能夠長(zhǎng)期處于正常穩(wěn)定的工作狀態(tài)，對(duì)氣體放電管的直流擊穿電壓值的測(cè)量非常重要。
[0004]目前，現(xiàn)有的關(guān)于氣體放電管擊穿電壓測(cè)量裝置主要有以下兩個(gè):其一是中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)《氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置及方法》，其申請(qǐng)?zhí)枮?01010199158.8，通過微電流微分傳感器快速準(zhǔn)確地判斷氣體放電管在施加規(guī)定上升速率的直流電壓條件下絕緣狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)的微電流轉(zhuǎn)換信號(hào)；其二是中國(guó)實(shí)用新型申請(qǐng)《一種氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置》，其申請(qǐng)?zhí)枮?01320012158.1，利用上升速率為100V/s和1000V/s的直流電壓，測(cè)量放電管從高阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為低阻抗?fàn)顟B(tài)的直流擊穿電壓。但是，前者主要是以框圖形式對(duì)氣體放電管裝置的設(shè)計(jì)和方法進(jìn)行了概述，未涉及具體電路，需要查閱者具有較高的電路控制基礎(chǔ)，不利于技術(shù)的推廣；后者缺乏將放電管火花擊穿測(cè)量裝置及微控制器等外部設(shè)備相結(jié)合，智能自動(dòng)化不足。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體放電管直流擊穿電壓的自動(dòng)測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和處理。
[0006]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，包括微控制器、伏安采集單元、高壓電源單元、測(cè)量選擇單元以及測(cè)量接口，所述伏安采集單元與所述微控制器連接，所述高壓電源單元經(jīng)測(cè)量選擇單元與伏安采集單元連接，所述測(cè)量接口與所述測(cè)量選擇單元連接；所述高壓電源單元用于向所述氣體放電管提供測(cè)量電壓，所述測(cè)量選擇單元用于選擇不同的測(cè)量電壓，所述測(cè)量接口用于連接氣體放電管，所述伏安采集單元用于采集氣體放電管的電流值和電壓值。
[0008]進(jìn)一步的，所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置還包括顯示單元，所述顯示單元與所述微控制器連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置還包括存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元與所述微控制器連接。
[0010]進(jìn)一步的，所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置還包括PC機(jī)，所述PC機(jī)與所述微控制器連接。
[0011]優(yōu)選的，所述高壓電源單元包括依次連接的正弦波發(fā)生器、壓控放大器、功率放大器、升壓變壓器以及整流濾波電路，還包括分別與所述壓控放大器連接的100V/S控制電路、lOOOV/s控制電路。
[0012]優(yōu)選的，所述微控制器為TMS320LF240X系列DSP控制器。
[0013]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0014]1、本實(shí)用新型智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，利用光電耦合原理提取氣體放電管擊穿瞬時(shí)產(chǎn)生的直流脈沖作為放電管由高阻抗?fàn)顟B(tài)變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)的判據(jù)，具有測(cè)量響應(yīng)時(shí)間快，測(cè)量范圍寬，測(cè)量誤差小等特點(diǎn)。
[0015]2、本實(shí)用新型智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，利用DSP控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，高速信號(hào)處理，擁有強(qiáng)大的處理功能和豐富的外設(shè)資源，電源管理時(shí)鐘低功耗，操作方便，安全節(jié)能。
[0016]3、本實(shí)用新型智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，利用壓控放大器實(shí)現(xiàn)lOOV/s和lOOOV/s的控制電路控制，輸出電壓精度高，線性較好。
[0017]4、本實(shí)用新型智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，對(duì)50V~5000V的氣體放電管的直流擊穿電壓測(cè)量時(shí)，響應(yīng)時(shí)間約為3 μ S。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型高壓電源單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是本實(shí)用新型正弦波發(fā)生器及壓控放大器的電路原理圖。
[0021]圖4是本實(shí)用新型功率放大器、升壓變壓器及整流濾波電路的電路原理圖。
[0022]圖5是本實(shí)用新型伏安采集單元的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0024]如圖1所示，為本實(shí)用新型智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，包括微控制器、伏安采集單元、高壓電源單元、測(cè)量選擇單元、測(cè)量接口、顯示單元、存儲(chǔ)單元以及PC機(jī)，微控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電源單元、測(cè)量選擇單元、顯示單元、存儲(chǔ)單元以及PC機(jī)的控制，同時(shí)讀取伏安采集單元測(cè)得的數(shù)據(jù)值，并將此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入PC機(jī)進(jìn)行二次處理；伏安采集單元主要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，通過電磁感應(yīng)原理，對(duì)被測(cè)氣體放電管加電后的電流值和電壓值分別以電壓的形式采集，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸至微控制器中；高壓電源單元主要提供lOOV/s和lOOOV/s可選的雙模測(cè)量電壓；測(cè)量選擇單元主要對(duì)微控制器發(fā)送來的通道選擇指令進(jìn)行解碼并實(shí)現(xiàn)測(cè)量通道的切換；測(cè)量接口主要是對(duì)氣體放電管或氣體放電管的金屬極進(jìn)行可靠連接，并用塑鋼玻璃罩進(jìn)行安全保護(hù)。
[0025]如圖2所示，為本實(shí)用新型高壓電源單元的結(jié)構(gòu)示意圖，主要由正弦波發(fā)生器、壓控放大器、功率放大器、升壓變壓器、整流濾波電路以及l(fā)OOV/s、lOOOV/s控制電路組成。其工作過程是正弦波發(fā)生器產(chǎn)生IkHz的正弦波經(jīng)壓控放大器放大，壓控放大器的增益由100V/S、lOOOV/s控制電路控制，20dB范圍，經(jīng)功率放大器放大后，升壓變壓器作為功率放大器的負(fù)載，初次的匝數(shù)比為1:500，最高電壓輸出均為10kV，經(jīng)整流濾波電路輸出為lOOV/s、lOOOV/s的直流電壓。
[0026]如圖3所示，為本實(shí)用新型正弦波發(fā)生器及壓控放大器的電路原理圖，正弦波發(fā)生器(a)為高壓電源工作的簡(jiǎn)單電橋振蕩電路，其振蕩頻率為110Hz，運(yùn)行放大器采用0P27。壓控放大器及控制電路(b)中，電容C與電阻R主要構(gòu)成控制電路，實(shí)際上RC充電電路回路，控制RC時(shí)間常數(shù)即可改變輸出電壓的頻率，壓控放大器由場(chǎng)效應(yīng)管及運(yùn)算放大器LM358構(gòu)成，D相當(dāng)于電子電位器，改變柵極電壓的大小，使漏極與源極的電阻改變，從而改變輸出電壓的大小，相對(duì)的改變了整個(gè)電路的增益。
[0027]如圖4所示，為本實(shí)用新型功率放大器、升壓變壓器及整流濾波電路的電路原理圖，功率放大器及升壓變壓器(c)中，功率器Ql和Q2柵極輸入功率為正弦波信號(hào)，Ql和Q2這兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管交替導(dǎo)通，通過升壓變壓器Tl和T2在升壓器的次級(jí)輸出高壓。整流濾波電路(d)主要由D1~D4整流硅，電流為1A，電壓為10kV，及10kV/10 μ F的高壓電容組成。
[0028]如圖5所示，為本實(shí)用新型伏安采集單元的電路圖，伏安采集單元主要由取樣電阻、TVS管、運(yùn)算放大器、光耦裝置構(gòu)成，該電路輸出的控制信號(hào)控制壓控放大器停止輸出。本電路工作過程如下:限流電阻為R1，取樣電阻為R2，當(dāng)氣體放電管擊穿后，取樣電阻R2上的電壓經(jīng)電壓跟隨器驅(qū)動(dòng)三極管基極，然后驅(qū)動(dòng)光電耦合器件，光電耦合器件發(fā)光，并輸出氣體放電管導(dǎo)通的控制信號(hào)，微控制器開始采集擊穿電壓。此外，微控制器的數(shù)據(jù)還可以上傳給PC機(jī)，由PC機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理分析，如繪制曲線、計(jì)算期望方差等。
[0029]以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，其特征在于:包括微控制器、伏安采集單元、高壓電源單元、測(cè)量選擇單元以及測(cè)量接口，所述伏安采集單元與所述微控制器連接，所述高壓電源單元經(jīng)測(cè)量選擇單元與伏安采集單元連接，所述測(cè)量接口與所述測(cè)量選擇單元連接；所述高壓電源單元用于向所述氣體放電管提供測(cè)量電壓，所述測(cè)量選擇單元用于選擇不同的測(cè)量電壓，所述測(cè)量接口用于連接氣體放電管，所述伏安采集單元用于采集氣體放電管的電流值和電壓值。
2.如權(quán)利要求1所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置還包括顯示單元，所述顯示單元與所述微控制器連接。
3.如權(quán)利要求1所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置還包括存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元與所述微控制器連接。
4.如權(quán)利要求1所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置還包括PC機(jī)，所述PC機(jī)與所述微控制器連接。
5.如權(quán)利要求1所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述高壓電源單元包括依次連接的正弦波發(fā)生器、壓控放大器、功率放大器、升壓變壓器以及整流濾波電路，還包括分別與所述壓控放大器連接的lOOV/s控制電路、lOOOV/s控制電路。
6.如權(quán)利要求1所述智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，其特征在于:所述微控制器為TMS320LF240x系列DSP控制器。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，包括微控制器、伏安采集單元、高壓電源單元、測(cè)量選擇單元以及測(cè)量接口，所述伏安采集單元與所述微控制器連接，所述高壓電源單元經(jīng)測(cè)量選擇單元與伏安采集單元連接，所述測(cè)量接口與所述測(cè)量選擇單元連接；所述高壓電源單元用于向所述氣體放電管提供測(cè)量電壓，所述測(cè)量選擇單元用于選擇不同的測(cè)量電壓，所述測(cè)量接口用于連接氣體放電管，所述伏安采集單元用于采集氣體放電管的電流值和電壓值。本實(shí)用新型智能氣體放電管直流擊穿電壓測(cè)量裝置，利用DSP控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，高速信號(hào)處理，擁有強(qiáng)大的處理功能和豐富的外設(shè)資源，電源管理時(shí)鐘低功耗，操作方便，安全節(jié)能。
【IPC分類】G01R31-12
【公開號(hào)】CN204314425
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520005257
【發(fā)明人】楊仲江, 李鵬飛, 曹洪亮, 姜蘇, 周中山
【申請(qǐng)人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月5日