專利名稱：一種用光信號進行同步相位測量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電測技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種用光信號進行同步相位測量的裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)的相位處理電路是兩個對稱部分構(gòu)成，每個部分都包括信號放大和比較電路?？紤]到被測回路的安全，還用到光電耦合器，而在光電耦器的次級采用發(fā)射極共地，作為等電位參考點。現(xiàn)有測量方法的大都是一一首先將交流電壓或電流信號接入到儀器，并在儀器內(nèi)部在二個測量回路中找到(等電位)參考點，通過測量和比較確定參數(shù)之間的相位差(Δtx)和信號周期(T0)，再通過計算處理，最終將2個回路之間的相位關(guān)系轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字值(參見《電測與儀表》94.1《便攜式智能化相位一幅值綜合測試儀》文)。
這種方法是一種直接測量法，原理比較簡單，但是在使用過程存在著一些問題一、需要接入的信號比較多，容易引起接線錯誤。例如，在現(xiàn)場測量六角圖時是對6個交流信號之間向量關(guān)系的測量，要引入12根信號線。在這情況下，信號連線多、現(xiàn)場頭緒比較亂，若出現(xiàn)一根信號線接錯，則整個測量結(jié)果就會完全不同。
二、這類測量一般是對電力線路進行，需要有多個回路信號接入設(shè)備中，倘若儀器內(nèi)部的通道之間的出現(xiàn)問題(譬如隔離元件擊穿或者線路板受潮)，很容易引起回路之間的短路或其它事故發(fā)生。所以，將現(xiàn)場不同信號都直接引入到同一個設(shè)備中，是危及電力線路安全的一個隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種不需要將不同的現(xiàn)場信號引入到一個設(shè)備中，杜絕回路之間的短路和現(xiàn)場事故發(fā)生，使得整個測試過程變得簡單，減少煩瑣接線所引起的問題和錯誤的用光信號進行同步相位測量的裝置，以克服上述的不足。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型由一個主機和幾個測量部件構(gòu)成，測量部件是根據(jù)實際需要進行組合(例如，測量六角圖時應包括6個測量部件)，主機接收幾個測量部件的測量數(shù)據(jù)，并進行計算確定被測參數(shù)，其特點是主機由一個中心處理單元MCU及外圍電路構(gòu)成，在MCU上還連接有光發(fā)射器和光接收器，MCU的控制信號與光發(fā)射器和光接收器的控制端相連，MCU的數(shù)據(jù)信號與光接收器的輸出數(shù)據(jù)信號相連接；上述每個測量部件由一個中心處理單元MCUn及外圍電路和測量電路構(gòu)成，測量電路的輸出與MCUn的數(shù)據(jù)線相連接，在MCUn上還連接有光發(fā)射器和光接收器，MCUn的控制信號與光發(fā)射器和光接收器的控制端相連，MCUn的數(shù)據(jù)信號與光發(fā)射器的輸入數(shù)據(jù)信號相連接。
本實用新型由于采用間接測量的方式，不再需要采用把兩個參數(shù)接入到同一個儀器設(shè)備的(即直接測量)方法，只需要建立每個參數(shù)和光同步信號之間的函數(shù)關(guān)系就可以了，多個測量回路不再需要在電路上的連接，它們完全可以是獨立的，僅僅依靠一個光同步信號就能夠間接地測量到多個測量回路參數(shù)之間的相位關(guān)系。這種方式的優(yōu)點在于各個測量回路不再需要參考點的連接，每個回路可以是相對獨立的，分別測量各自的交流信號過零時刻與光同步信號之間的時間差，作為相位測量的基本參數(shù)。它們之間的關(guān)聯(lián)不是靠電路形式的直接連接，而是依靠光信號。這樣就可以避免回路之間的短路或其它事故發(fā)生，消除可能的存在安全隱患。另外，這種方式還可以減少儀器的連線，各個測量回路之間的關(guān)聯(lián)不是靠電路形式的直接連接，而是依靠光信號。我們利用光信號除了作為同步信號外，還作為數(shù)據(jù)傳輸通道，各個測量回路將測量數(shù)據(jù)通過光的傳輸，集中在一個包含MCU的主機部分最終完成參數(shù)的數(shù)值顯示。如前面所介紹的，這個主機部分的結(jié)構(gòu)很簡單，可以做成便攜式或手持式的儀器；而測量部件可以分散地接在各個回路，彼此沒有電路的連接關(guān)系，主機完全是采用非接觸的方式進行測量，這對于現(xiàn)場使用中的設(shè)備來說是很安全的。


圖1為本實用新型主機發(fā)射狀態(tài)整機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型主機的電路原理框圖。
圖3為本實用新型測量部件的電路原理框圖。
圖4為本實用新型實施例主機的電路原理圖。
圖5為本實用新型實施例測量部件的電路原理圖。
圖6為本實用新型主機接收狀態(tài)整機結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述，但該實施例不應理解為對本實用新型的限制。
本實用新型主機部分的功能是控制測量部件、計算和顯示被測的參數(shù)值；測量部件則是完成測量過程，并且回送測量數(shù)據(jù)，它們是由光信號聯(lián)絡(luò)的一個整體。本實用新型的整機工作原理是由主機控制光發(fā)射器發(fā)出一個同步光信號(圖1)，測量部件的光接收器都能在同一時刻接收到這一個信號，各個測量部件同時啟動進行各自的測量工作。測量完成以后再由各個部件依次將測量數(shù)據(jù)傳送回到主機(圖6)，主機匯總基本數(shù)據(jù)、通過計算后顯示最終的數(shù)字值。
圖4所示的結(jié)構(gòu)是主機部分的電路結(jié)構(gòu)，這個部分的核心是一個MCS一51系列單片機，它的外圍有光發(fā)射器和光接收器，這里介紹的是以紅外光為對象的一個實際線路，通過紅外光的調(diào)制—解調(diào)方式，實現(xiàn)與測量部件的光信號的聯(lián)絡(luò)(同樣地，這個部分可以采用光纖進行通信)。
主機部分的工作過程是第一階段，主機用光發(fā)射器發(fā)出同步光信號，通過空間(或者通過光纖)可以發(fā)到各個測量部件，這個信號啟動各個測量部件同時進入測量狀態(tài)，這時是以主機“發(fā)”——測量部件“收”的方式工作。單片機的P3.4/T0引腳設(shè)置為輸出狀態(tài)，當它工作時會產(chǎn)生出調(diào)制信號，經(jīng)過反相器74LS04驅(qū)動光電發(fā)送器(LED)，按照程序的約定這個信號是表示“啟動”光信號，即通過這光信號向每個測量部件傳送的出開始測量的同步信號。
第二階段，測量完成以后再由各個部件依次將測量數(shù)據(jù)傳送回到主機，這時由程序調(diào)整為測量部件“發(fā)”——主機“收”的方式工作。圖4中IC8(譬如2RM 2638、ZRM 8751或其它IC芯片)是一個光電接收器的集成電路，集信號接受、放大、解調(diào)和整形于一體，它能將調(diào)制光信號轉(zhuǎn)換為一定寬度的脈沖信號，主機對P3.3/INT1引腳的脈沖的進行測量和程序識別，并可以根據(jù)事先約定的規(guī)律，經(jīng)過解碼確定測量部件所發(fā)出的數(shù)字信號，即完成第二階段“取回數(shù)據(jù)”的工作，關(guān)于調(diào)制——解調(diào)的工作原理已有專門的論敘，在此就不贅述了。
最后，主機部分的單片機將收到的各個測量部件的基本測量數(shù)據(jù)存儲在計算機內(nèi)部存儲器，程序?qū)τ谶@些“取回”的數(shù)據(jù)的處理工作，僅僅是一些數(shù)據(jù)運算和相關(guān)轉(zhuǎn)換。最終的數(shù)值需要顯示電路實現(xiàn)。圖4結(jié)構(gòu)中還包括LED數(shù)碼顯示電路，用動態(tài)方式顯示被測參數(shù)的數(shù)值，這種電路結(jié)構(gòu)簡單成本很低，而且功耗比較低。在電路中還包含了6個按鍵，通過它們可以發(fā)出相應的控制命令。關(guān)于顯示和按鍵的功能實現(xiàn)也是由程序控制。除此之外，考慮到與PC機的通信還設(shè)計了一個RS232C接口。從主機結(jié)構(gòu)來看是比較簡單，成本也很低，可以做成一個便攜式的儀器，如果將LED數(shù)碼顯示電路改為液晶數(shù)碼顯示器，功耗就更低完全可以做成手持式的儀器，不管是便攜式的還是手持式的儀器共同的優(yōu)點在于主機可以采用非接觸的方式進行測量，在現(xiàn)場使用中是很安全。另外，主機功能如光通信、數(shù)值計算、顯示驅(qū)動等則必須通過相應軟件方法實現(xiàn)。每個測量部件電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，它包括MCS-51單片機、測量電路、光電發(fā)射器和光電接收器組成。其中，測量電路包括了放大、比較和光電耦合器，圖中以UA1(OP07)為主的部分是信號放大器，例如在以鉗形電流表作為對電流信號的測量，輸入相應的電信號一般比較小必須經(jīng)過放大。而以UA2(LM331)為主的部分則是過零比較電路，它主要是用于將信號轉(zhuǎn)換為過零變化的方波，這個方波的上升沿表示交流信號的過零點。在圖5中還包含光電耦合器SA1(TIL117)，它一方面進行電路隔離，同時還將方波信號轉(zhuǎn)換為TTL電平以便在單片機的P3.2(INT0)上進行測量，這個引腳是設(shè)置為輸入狀態(tài)，用程序的方法我們很容易對方波信號的上升(或下降)沿進行測量。
測量部件的工作過程是第一階段，以主機“發(fā)”——測量部件“收”的方式工作，由主機部分發(fā)出同步光脈沖(這情況有些類似于短跑的發(fā)令槍響)，在這同一瞬間每個測量部件中光電接收器都會接收到這個光脈沖，單片機的中斷輸入口INT1會感受這個信號的變化并且立即啟動測量程序，測量出同步光脈沖的開始直到各個交流信號過零點的(即方波的上升沿)這段時間的值，這個任務(wù)由單片機的定時器實現(xiàn)是十分容易的。
測量完成后進入第二階段，這時程序調(diào)整為測量部件“發(fā)”——主機“收”的方式工作。這時是由測量部件單片機的P3.4/T0引腳輸出開關(guān)量信號，經(jīng)過反相器74LS04驅(qū)動光電發(fā)送器(LED)，這些光信號是表示測量數(shù)據(jù)，即通過光信號向主機傳送每個測量部件的測量數(shù)據(jù)。對每個測量部件都進行了編號，各個測量部件的工作程序會依據(jù)本身序號依次向主機(見圖6)發(fā)送數(shù)據(jù)。其它的測量部件也按照同樣的原理進行傳輸數(shù)據(jù)傳輸。
本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種用光信號進行同步相位測量的裝置，由一個主機和幾個測量部件構(gòu)成，其特征在于主機由一個中心處理單元MCU及外圍電路構(gòu)成，在MCU上還連接有光發(fā)射器和光接收器，MCU的控制信號與光發(fā)射器和光接收器的控制端相連，MCU的數(shù)據(jù)信號與光接收器的輸出數(shù)據(jù)信號相連接；每個測量部件由一個中心處理單元MCUn及外圍電路和測量電路構(gòu)成，測量電路的輸出與MCUn的數(shù)據(jù)線相連接，在MCUn上還連接有光發(fā)射器和光接收器，MCUn的控制信號與光發(fā)射器和光接收器的控制端相連，MCUn的數(shù)據(jù)信號與光發(fā)射器的輸入數(shù)據(jù)信號相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種用光信號進行同步相位測量的裝置，由一個主機和多個測量部件構(gòu)成，本新型通過各個獨立回路測量部件的測量，采用光信號作為測量中的同步信號進行數(shù)據(jù)傳輸給主機，然后通過主機匯總各個回路的數(shù)據(jù)進行計算確定被測參數(shù)，即引入三維變量的間接測量方式取代直接測量法。本實用新型由于采用間接測量的方式，不再需要采用把兩個參數(shù)接入到同一個儀器設(shè)備的(即直接測量)方法，只需要建立每個參數(shù)和光同步信號之間的函數(shù)關(guān)系就可以了，多個測量回路不再需要在電路上的連接，它們完全可以是獨立的，僅僅依靠一個光同步信號就能夠間接地測量到多個測量回路參數(shù)之間的相位關(guān)系。
文檔編號G01R29/00GK2769893SQ20042006515
公開日2006年4月5日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者何嘉斌, 嚴杰, 何方 申請人:武漢理工大學