本實(shí)用新型屬于大型機(jī)械設(shè)備檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的發(fā)展，真空斷路器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)檢修工作量少、使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠、真空熄弧效果好，電弧不外露，同時(shí)其在真空環(huán)境下能夠分?jǐn)喙收想娏鞫划a(chǎn)生任何對(duì)環(huán)境有害的氣體，不產(chǎn)生溫室效應(yīng)，并且還具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，使得其已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在10kV、35kV低壓和中壓配電系統(tǒng)。其中真空滅弧室是真空斷路器的核心部件，真空斷路器的開斷特性就取決于真空滅弧室的真空度。造成真空滅弧室真空度變化的主要原因有以下幾個(gè)方面：

(1)焊接及材料漏氣；

(2)絕緣外殼以及密封金屬零件滲漏；

(3)結(jié)構(gòu)材料的放氣；

(4)蒸氣和其他氣體源。

真空度作為衡量真空水平的一種有效數(shù)據(jù)，從本質(zhì)上來說是一定空間內(nèi)的真空壓強(qiáng)的體現(xiàn)，空間內(nèi)氣體含量越低器壓強(qiáng)越小，則真空度越好，對(duì)于真空開關(guān)來說真空度越好使得真空斷路器的性能、開斷能力等主要指標(biāo)水平越高。根據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，真空滅弧室不發(fā)生事故所允許的最大內(nèi)部壓強(qiáng)為1.33×10^-2-1.33×10^-5Pa，在此真空范圍內(nèi)氣體碰撞的幾率很小，真空斷路器觸頭開斷能力和觸頭間的絕緣恢復(fù)性能較好，真空滅弧室可以正常工作，滅弧室的性能和絕緣性能很大一部分取決于其內(nèi)部真空度的高低，我國(guó)部標(biāo)(JB)技術(shù)中規(guī)定其真空滅弧室內(nèi)部壓強(qiáng)允許的最大值為1.33×10^-2Pa，而在國(guó)標(biāo)(GB)中此數(shù)值為6.6×10^-2Pa。

以脈沖磁控法檢測(cè)真空斷路器真空度其基本原理是將真空滅弧室的觸頭拉開一定距離，在觸頭間施加一脈沖電壓，以便在其間產(chǎn)生一強(qiáng)電場(chǎng)，用帶鐵芯的開口形勵(lì)磁線圈，它可以直接放在真空開關(guān)滅弧室的側(cè)面，而不必將滅弧室從真空開關(guān)上拆下，實(shí)現(xiàn)不拆卸測(cè)量真空斷路器真空度的目的。此時(shí)滅弧室內(nèi)電子在強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用下做螺旋運(yùn)動(dòng)，并與滅弧室內(nèi)殘余氣體分子發(fā)生碰撞電離，電離出來的離子在電場(chǎng)內(nèi)形成離子電流。理論和實(shí)驗(yàn)證明，此離子電流與殘余氣體密度近似成正比，通過測(cè)定離子電流，便可知道滅弧室內(nèi)真空度。因此，開發(fā)一個(gè)能夠精密檢測(cè)該離子電流的系統(tǒng)，顯得十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

設(shè)計(jì)一種真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)，包括離子電流采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、ARM處理、用于顯示測(cè)量結(jié)果的LCD顯示單元和電源；真空滅弧室的離子電流通過同軸電纜以及SMA探頭傳輸至所述離子電流采集模塊，所述離子電流采集模塊將離子電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過所述信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)入ARM處理器；所述LCD顯示單元通過人機(jī)交互界面連接到ARM處理器；所述ARM處理器連接有用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的存儲(chǔ)器、用于在測(cè)量真空度超出設(shè)定范圍時(shí)發(fā)出警告信號(hào)的報(bào)警電路及USB端口，所述ARM處理通過數(shù)據(jù)通信連接以太網(wǎng)接口、RS485串口和RS232串口，計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)接口和RS485串口與ARM處理器連接。

在上述技術(shù)方案中，所述離子電流采集模塊為L(zhǎng)OG104對(duì)數(shù)放大器。

在上述技術(shù)方案中，所述LOG104對(duì)數(shù)放大器包括對(duì)數(shù)晶體管、低漂移薄膜電阻、放大器、經(jīng)過激光調(diào)整的內(nèi)部電阻。

在上述技術(shù)方案中，所述信號(hào)調(diào)理模塊包括濾波電路和放大電路。

實(shí)施本實(shí)用新型真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)，具有以下有益效果：

本實(shí)用新型適用于脈沖磁控放電法離線檢測(cè)真空斷路器，其采用LOG104對(duì)數(shù)放大器采集大動(dòng)態(tài)微小離子電流，并將離子流轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)以便于調(diào)理和采集，可以有效規(guī)避因工況、外部測(cè)量條件影響以及不可拆卸帶來的不便。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1為本實(shí)用新型真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型采集離子電流信號(hào)的流程示意圖；

圖3為本實(shí)用新型中LOG104對(duì)數(shù)放大器的原理圖；

圖4為本實(shí)用新型信號(hào)調(diào)理模塊中濾波電路的電路示意圖；

圖5為本實(shí)用新型信號(hào)調(diào)理模塊中放大電路的電路示意圖；

圖6為本實(shí)用新型真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)的電路示意圖；

圖7為本實(shí)用新型真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)的電路連接圖；

圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例中報(bào)警電路的示意圖；

圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例中LCD顯示單元的接口電路圖；

圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例中存儲(chǔ)電路的示意圖；

圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例中RS232通信接口電路圖；

圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例中RS485通信接口電路圖；

圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例中以太網(wǎng)通信接口電路圖；

圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例中市電AC220V轉(zhuǎn)±12V直流電的電源電路；

圖15是本實(shí)用新型實(shí)施例中12V直流電轉(zhuǎn)5V和3.3V直流電的電源電路。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，本實(shí)用新型真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)，包括離子電流采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、ARM處理、用于顯示測(cè)量結(jié)果的LCD顯示單元和電源。電源為整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)供電。

如圖2所示，真空滅弧室的離子電流通過同軸電纜以及SMA探頭傳輸至離子電流采集模塊。離子電流采集模塊采用LOG104對(duì)數(shù)放大器處理離子電流，此對(duì)數(shù)放大器的原理圖如圖3所示，LOG104對(duì)數(shù)放大器采用先進(jìn)集成電路技術(shù)，將對(duì)數(shù)晶體管、低漂移薄膜電阻和放大器集成在一起，且內(nèi)部電阻經(jīng)過激光調(diào)整。LOG104對(duì)數(shù)放大器將大動(dòng)態(tài)的電流進(jìn)行壓縮，達(dá)到測(cè)量要求的動(dòng)態(tài)范圍，兼具線性和對(duì)數(shù)放大的功能。用戶無需調(diào)整，就能達(dá)到參數(shù)規(guī)定的運(yùn)算精度，LOG104對(duì)數(shù)放大器將輸入電流相對(duì)于一個(gè)基準(zhǔn)電流進(jìn)行對(duì)數(shù)或者對(duì)數(shù)比率運(yùn)算，對(duì)輸入信號(hào)在整個(gè)寬的動(dòng)態(tài)范圍(1μA～1mA)內(nèi)測(cè)試。

離子電流采集模塊將離子電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。信號(hào)調(diào)理模塊包括濾波電路和放大電路，如圖4和圖5所示，電壓信號(hào)通過濾波電路和放大電路后得到0～3V的電壓信號(hào)并進(jìn)入ARM處理器，然后利用軟件進(jìn)行分析診斷。圖6為本實(shí)用新型真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)的電路示意圖，用LOG104對(duì)數(shù)放大器將動(dòng)態(tài)離子電流轉(zhuǎn)化為0～1.5V的電壓信號(hào)；考慮到離子電離峰值出現(xiàn)在30kHz左右的頻率，該電路設(shè)計(jì)了一個(gè)下限頻為f_L＝5kHz，上限頻率為f_L＝50kHz的巴特沃斯帶通濾波器；考慮AD采樣的精度，設(shè)計(jì)一個(gè)放大系數(shù)為2的同向放大器將電壓信號(hào)放大到0～3V；然后經(jīng)過單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換計(jì)算，即可提取出所測(cè)真空斷路器真空度的情況。

LCD顯示單元通過人機(jī)交互界面連接到ARM處理器；ARM處理器連接有用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的存儲(chǔ)器、用于在測(cè)量真空度超出設(shè)定范圍時(shí)發(fā)出警告信號(hào)的報(bào)警電路及USB端口，ARM處理通過數(shù)據(jù)通信連接以太網(wǎng)接口、RS485串口和RS232串口，計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)接口和RS485串口與ARM處理器連接。

圖7為為本實(shí)用新型真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)的電路連接圖，檢測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，ARM處理器U8通過LCD Bus總線發(fā)送指令和數(shù)據(jù)到液晶顯示屏使之顯示，同時(shí)識(shí)別液晶屏的觸摸信號(hào)。經(jīng)過ARM處理器AD轉(zhuǎn)化計(jì)算后與裝置所存儲(chǔ)的該型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)真空度做比較，當(dāng)所測(cè)真空度不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，U8通過Speaker啟動(dòng)圖8中的蜂鳴器使之發(fā)出報(bào)警，并將報(bào)警狀況和該型號(hào)真空斷路器真空度數(shù)據(jù)顯示在圖9所示的人機(jī)交互界面，為了方便讀取所測(cè)結(jié)果，可以將所測(cè)型號(hào)真空斷路器和該型號(hào)斷路器此時(shí)真空度的情況，可以將檢測(cè)結(jié)果通過SD卡和USB接口電路進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)電路如圖10所示。檢測(cè)系統(tǒng)開啟Web服務(wù)功能，便可將所檢測(cè)的結(jié)果信息顯示在同一局域網(wǎng)的每臺(tái)計(jì)算機(jī)上，檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)了RS232接口、RS485接口、以太網(wǎng)接口，方便打印機(jī)等外設(shè)接入，擴(kuò)展系統(tǒng)性能，如圖11-13所示。

圖14-15為本實(shí)用新型真空度測(cè)量用極微小離子電流檢測(cè)系統(tǒng)的電源電路，由于LOG104對(duì)數(shù)放大器需要±12V供電，于是設(shè)計(jì)了一個(gè)由市電AC220V轉(zhuǎn)±12V電源電路，然后將12V的直流電經(jīng)過穩(wěn)壓電路后分別得到5V和3.3V的直流電，用于為不同電平標(biāo)準(zhǔn)的芯片供電。

上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。