高压开关机械特性测试仪校验装置制造方法
【专利摘要】高压开关机械特性测试仪校验装置，是为了解决目前仍通过临时搭建测量电路,对高压开关机械特性测试仪进行关键参数测量,而存在的操作过程繁琐，检测参数少，数据准确度低等技术问题而设计的。它包括机箱、主板和位移型速度传感器模拟装置，在机箱的面板上设有键盘、电源开关、LCD屏幕，合分闸信号输入输出接口、编码器型速度传感器模拟输出接口和位移型速度传感器检测装置接口。有益效果：该装置具有集成度高、测量精度高、全自动操作的特点，实现了对高压开关机械特性测试仪进行全面的计量校准和溯源。
【专利说明】高压开关机械特性测试仪校验装置
[0001]【技术领域】:
[0002]本实用新型涉及一种高压开关机械特性测试仪校验装置，用于对高压开关机械特性测试仪进行计量校准并将高压开关机械特性测试仪的电压、时间参数溯源至国家低频电压和时间频率标准。
[0003]【背景技术】:
[0004]高压开关是电压超过IkV用来接通或断开电路的设备总称，是非常重要的输配电设备。其安全可靠，对整个电力系统的安全、有效运行具有十分重要的意义。为了保证高压开关动作的安全可靠，在开关生产、安装和调试的过程中必须对其机械特性进行严格的测试，并以此作为判断该开关质量是否合格，能否安全投入使用的重要依据。我国普遍采用开关特性测试仪来测试高压开关的分(合)闸时间、速度和行程等关键参数。然而，目前由于还没有专用的检测仪器，相关计量部门只能通过搭建测量电路完成关键参数的测量，这种采用临时搭建测量电路进行关键参数测量的结构形式，存在操作过程繁琐，检测参数少，数据的准确度低等技术问题，进而直接影响了测量的工作质量和效率。
[0005]
【发明内容】
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[0006]本实用新型为了解决目前通过临时搭建测量电路进行关键参数的测量，而存在的操作过程繁琐，检测参数少，数据的准确度低，进而直接影响了测量工作质量和效率的技术问题，提供了一种高压开关机械特性测试仪校验装置，它包括机箱、主板和位移型速度传感器检测装置，在所述机箱的面板上设有键盘、电源开关、LCD屏幕，在所述机箱的面板上还设有合分闸信号输入输出接口、编码器型速度传感器模拟输出接口和位移型速度传感器检测装置接口 ；它们均与机箱内主板上的各相应模块控制连接，用于对高压开关机械特性测试仪进行计量校准并将高压开关机械特性测试仪的电压、时间参数溯源至国家低频电压和时间频率标准。
[0007]本实用新型的特点及有益效果:该装置具有集成度高、测量精度高、全自动操作的特点，能对高压开关机械特性测试仪进行全面的计量校准和溯源。
[0008]具体表现在:
[0009]1、完全符合高压开关机械特性测量仪的计量校准要求，能对高压开关机械特性测量仪的电压参数、时间参数以及速度参数进行自动校准和溯源。
[0010]2、使用Oscilloquartz公司的高稳定度恒温晶体振荡器0CX08789，其秒稳可以达到！父川—^老化率优于珏父川…/天’使本装置开关动作时间精度优于lus。
[0011]3、使用ST公司的高性能ARM芯片STM32F103R，其具备强大的中断处理功能，借助高稳定度恒温晶体振荡器0CX08789和其内部的脉冲测量电路，能实现负脉冲宽度的高精度测量，测量精度优于20ns。
[0012]4、使用了无线通讯应用中的高速模拟开关阵列，在微处理器模块的控制下，能精确模拟3断口、6断口和12断口的分合闸、合分闸、分合分闸、合分合闸、弹跳、不同期等所有的开关合分闸动作。开关动作速度优于100ns，远远优于高压开关机械特性测试的测量精度IOus0[0013]5、具备独立的晶振输出接口，可以将其内部的恒温高稳晶振输出，进而对其时间参数进行溯源；同时具备高稳晶振输入接口，可以通过输入外部高稳晶振来进一步提高测量精度。
[0014]6、具有编码器型速度传感器模拟输出功能，能够对编码器型速度传感器直接进行计量校准。
[0015]7、具有位移型速度传感器检测装置，其将平均速度的测量转换为电信号负脉冲宽度的测量，能够对位移型速度传感器直接进行计量校准。
[0016]【专利附图】
【附图说明】:
[0017]图1是本实用新型机箱面板结构示意图；
[0018]图2是本实用新型的主板硬件结构示意图；
[0019]图3是本实用新型的位移型速度传感器模拟装置结构示意图。
[0020]【具体实施方式】:
[0021]参看图1-图3，高压开关机械特性测试仪校验装置，它包括机箱6、主板17和位移型速度传感器检测装置18，在所述机箱6的面板上设有键盘1、电源开关3、IXD屏幕7，在所述机箱6的面板上还设有合分闸信号输入输出接口 2、编码器型速度传感器模拟输出接口 4和位移型速度传感器检测装置接口 5 ;它们均与机箱6内主板17上的各相应模块控制连接。其中:
[0022]所述合分闸信号输入输出接口 2包括信号Al、B1、Cl、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4、Gl 和 G2 的输出接口，信号 RelayOnU Re I ay0n2, RelayOffl 和 Relay0ff2 的输入接口，这些接口通过接头连接线与待校准的高压开关机械特性测试仪的合分闸信号输入输出接口直接连接；
[0023]所述合分闸信号输入输出接口 2还包括闻稳晶振输入接口 RFIN和恒温闻稳晶振输出接口 RF0UT，这些接口通过接头连接线分别与主板17直接连接；
[0024]所述编码器型速度传感器模拟输出接口 4包括信号VCCB、GNDl、CLK、A和B的输出接口，这些接口通过插头连接线与待校准的高压开关机械特性测试仪的编码器型速度传感器信号输入接口直接连接；
[0025]所述的位移型速度传感器检测装置接口 5包括信号VCCB、GND1和Trigger的输出接口和信号Puls的输入接口，这些接口通过插头连接线与位移型速度传感器检测装置18的航空插头连接器20直接连接；
[0026]所述主板17包括微处理器模块16、显示模块15、电源模块14、通讯模块13、合分闸信号模块12、脉冲宽度测量模块11、编码器型速度传感器模拟输出模块10、恒温高稳晶振模块9和键盘模块8，上述各模块之间均通过电路连接。其中:
[0027]所述的合分闸信号模块12，由高速模拟开关器件阵列电路组成，能够模拟3断口、6断口及12断口的分合闸、合分闸、分合分闸、合分合闸、弹跳、不同期及所有的开关合分闸动作；
[0028]所述编码器型速度传感器模拟输出模块10，由逻辑电路和高速光电耦合电路组成，用于模拟编码器型速度传感器的输出信号及对编码器型速度传感器进行计量校准；
[0029]所述脉冲宽度测量模块11，主要由保护电路和微处理器模块16中内置的触发电路、计时器电路组成，用于测量位移型速度传感器检测装置输出的负脉冲宽度。[0030]所述位移型速度传感器检测装置18，由下拉电阻28、目标把27、导轨26、撞针25、机括24、导向圆柱体23、弹簧22、橡胶把手21、航空插头连接器20、电磁铁19和相关驱动电路组成。其中:
[0031]所述航空插头连接器20包括VCCB、GND1和Trigger三路输入信号和Puls —路输出信号；所述Trigger信号用于控制相关驱动电路驱动电磁铁吸合或复位，以控制撞针系统运行；所述Puls信号默认为高电平信号，只有在撞针运动期间为低电平信号，该信号将被主板17上的脉冲宽度测量模块11所测量。
[0032]下面结合附图及具体实例对高压开关机械特性测试仪校验装置作进一步说明。
[0033]参看图1-图3，所述的高压开关机械特性测量仪校验装置，其组成包括:机箱6，机箱内的主板17和位移型速度传感器检测装置18。在所述机箱6的面板上安装有键盘1、合分闸信号输入输出接口 2 信号 A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4、G1、G2 和 RFOU的输出接口，信号 RelayOnl、Relay0n2、RelayOff 1、Relay0ff2 和 RFIN 的输入接 口，这些接口通过接头连接线与高压开关机械特性测试仪的合分闸信号输入输出接口直接连接；电源开关3、编码器型速度传感器模拟输出接口 4、位移型速度传感器信号检测装置接口 5及液晶显示屏7，它们都通过排线与机箱6内的主板17连接。
[0034]参看图2，所述主板17包括:键盘模块8，恒温高稳晶振模块9，编码器型速度传感器模拟输出模块10,脉冲宽度测量模块11，合分闸信号模块12,通讯模块13,电源模块14,显示模块15和微处理器模块16，其各模块之间通过电路连接。
[0035]所述键盘模块8主要由DIP封装的BC7281、SOP封装的74LS164芯片组成的硬件防抖电路和触发电路构成，其最多支持64个按键和2个按键的同时触发；
[0036]所述恒温高稳晶振模块9主要由Oscilloquartz公司的高稳定度恒温晶体振荡器0CX08789构成，晶体振荡器的秒稳可达I X 10_12，老化率优于5 X 天，使得本实用新型的开关动作时间精度优于Ius ；
[0037]所述编码器型速度传感器模拟输出模块10由SOP封装的逻辑芯片74LS14和DIP封装的高速光电耦合芯片PC817组成，能够模拟编码器型速度传感器的输出信号；
[0038]所述脉冲宽度测量模块11主要由1N4007构成的过压保护电路与LQFP封装的微处理器芯片STM32F103R中内置的触发电路、计时器电路组成，其能够完成负脉冲宽度的测量，测量精度优于20ns;
[0039]所述合分闸信号模块12，主要由保护电阻和12组MSOP封装高速模拟开关芯片TS12A12511构成，开关速度优于100ns。其能够模拟3断口、6断口及12断口的分合闸、合分闸、分合分闸、合分合闸、弹跳、不同期及所有的开关合分闸动作；
[0040]所述通讯模块13主要由MSOP封装的CH376片和SOP封装的MAX232芯片构成。其中CH373芯片主要用于将测量数据以ASCII码的形式存储在U盘中；MAX232芯片主要用于与电脑通讯，将测量数据上传至电脑；
[0041]所述电源模块14由具备12V/1A、5V/3A输出的开关电源、SOP封装的LM2937和相关滤波电路构成。其中3.3V用于微处理器模块16的供电，5V用于IXD屏幕7和主板17上大部分芯片的供电，12V用于模拟开关阵列芯片的供电；
[0042]所述的显示模块15由SOP封装的总线驱动芯片74LS245芯片和由青云LCM12864液晶屏幕构成；[0043]所述微处理器模块16由64引脚LQFP封装的ARM芯片STM32F103R和相关电路组成，用于控制高压开关机械特性测试仪校验装置的显示、键盘、输入输出和测量计算；
[0044]时间参数校准部分的工作原理:当待校准的高压开关机械特性测试仪发出合(分)闸信号后，该信号通过合分闸信号模块12中的光电隔离和信号调理模块后变成规则的下跳沿信号，然后进入微处理器模块16中输入输出模块B的中断输入引脚，然后引发微处理器模块16的外部中断，微处理器模块16通过执行其内部对应的中断程序，进而控制合分闸信号模块12中模拟开关阵列的关(开)和持续时间，从而模拟高压开关3断口、6断口和12断口的分合闸、合分闸、分合分闸、合分合闸、弹跳、不同期等相应的开关合分闸动作，这段动作的类型或时间被待校准的高压开关机械特性测试仪测量并显示，最后将待校准的高压开关机械特性测试仪的测量结果同本实用新型的标准结果相比较，进而完成时间参数的校准。
[0045]时间参数溯源部分的工作原理:微处理器模块16每条指令的执行，都会占用固定数量的系统时钟，而系统时钟的准确与否全部依赖于恒温高稳晶振模块9的时钟准确程度。本装置采用的恒温高稳晶振模块9时钟为IOMHz，经过微处理器模块16中的倍频电路倍频后，得到本装置的系统时钟频率70MHz，所以对恒温高稳晶振模块9的时钟性能进行计量校准就能确定本装置的时间参数，进而将本装置的时间参数进行溯源。为此，本装置在合分闸输入输出接口 2中设有RFOU接口，其使用连接线与恒温高稳晶振模块9的输出连接，进而将本装置的时钟引出并进行溯源。同时，本装置在合分闸输入输出接口 2中设有RFIN接口，其使用连接线与微处理器模块16中的晶振输入模块连接，使得本装置使用更高精度的晶振输入来提高测量精度。
[0046]编码器型速度传感器模拟输出模块10的工作原理:编码器型速度传感器是基于光栅原理进行工作的，即当其向一个方向转动时，会输出一个参考时钟信号CLK、两个方向性脉冲信号A和B。对于一种编码器，其转动一周所发出的CLK脉冲个数的数量是固定不变的，通过对CLK信号进行脉冲计数，进而可以得到传感器转动的角度。同时，当A超前于B时，表不其向一个方向转动，当B超前A时,表不其向另一个方向转动。由此,可知编码器的输出都是脉冲信号。本装置通过微处理器模块16中的相应程序，控制微处理器模块16内部的输入输出模块D模拟脉冲编码器的输出波形，进而完成对高压开关机械特性测试仪的编码器型速度传感器的计量校准。
[0047]脉冲宽度测量部分的工作原理:由位移型速度传感器检测装置18的Puls线输出的负脉冲信号通过脉冲宽度测量模块11的输入接口和保护电路，进入微处理器模块16内置的触发电路。微处理器模块16中的输入输出模块B检测到第一个下降沿时，开始启动内部计时器进行计时，当其检测到一个上升沿时，立即停止计时，此间的计时长度即为负脉冲的宽度。
[0048]键盘部分工作原理:当键盘发生按键动作后，键盘的输入信号会经过键盘模块8中的硬件防抖电路，去除抖动的信号后经过硬件判别，若真为按键信号，键盘模块8就向微处理器模块16中的输入输出模块C发出正脉冲,进而引发微处理器模块16的外部中断,然后微处理器模块16通过其内部的输入输出模块C对键盘模块8进行操作，最终获得按键信
肩、O
[0049]IXD屏幕显示部分的工作原理:由微处理器模块16根据其内部程序控制输入输出模块A进行输出，然后通过显示模块15中的总线驱动芯片提高带载能力后，对LCD屏幕进行显示控制。
[0050]通讯模块部分工作原理:微处理器模块16可以通过控制其内部的特殊功能口完成对通讯模块13的操作即通过特殊功能口完成对通讯模块13中的USB芯片和MAX3232芯片的控制，进而具备通讯功能。
[0051]参看图3，所述位移型速度传感器模拟装置包括:电磁铁19，航空插头连接器20，橡胶把手21，弹簧22，导向圆柱体23，机括24，撞针25，导轨26，目标把27，下拉电阻28，其各部分间通过机械连接件连接。
[0052]速度参数校准部分的工作原理:将待校准的位移型速度传感器与本实用新型的位移型速度传感器检测装置18连接后，将位移型速度传感器检测装置的航空插头20通过连接线与本装置机箱面板上的位移型速度传感器信号输入输出接口 5连接，拉动橡胶把手21向后运动至机括24卡住导向圆柱体23,此时由于Trigger信号为低电平,所以电磁铁19不工作，由于导电连接的关系，Puls信号此时为高电平信号；当Trigger信号为高电平后，电磁铁19开始工作，其吸引铁质机括24向下运动，当机括24不再卡住导向圆柱体23时，导向圆柱体23受到弹簧22的推力而向前运动，此时由于导电连接的关系，Puls信号此时为低电平信号；当撞针25沿导轨26运动并与目标把27接触后，导向圆柱体23停止运动，此时由于导电连接的关系，Puls信号此时为高电平信号。这个过程Puls信号为一个负脉冲形式，该脉冲的宽度即为撞针25的运行时间，并被脉冲测量模块11测量到。同时，撞针25的运动距离由直尺读出，进而由距离和时间计算出撞针运行的平均速度，最终完成对位移型速度传感器的校准。
【权利要求】
1.高压开关机械特性测试仪校验装置，它包括机箱(6)、主板(17)和位移型速度传感器检测装置(18 )，在所述机箱(6 )的面板上设有键盘(I)、电源开关(3 )、IXD屏幕(7 )，其特征在于:在所述机箱(6)的面板上还设有合分闸信号输入输出接口(2)、编码器型速度传感器模拟输出接口(4)和位移型速度传感器检测装置接口(5);它们均与机箱(6)内主板(17)上的各相应模块控制连接。
2.根据权利要求1所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述合分闸信号输入输出接口(2)包括信号 Al、B1、Cl、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4、Gl 和 G2 的输出接口，信号RelayOnl、RelayOn2、RelayOff I和RelayOff2的输入接口，这些接口通过接头连接线与待校准的高压开关机械特性测试仪的合分闸信号输入输出接口直接连接。
3.根据权利要求1所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述合分闸信号输入输出接口(2)还包括高稳晶振输入接口 RFIN和恒温高稳晶振输出接口 RFOUT，这些接口通过接头连接线分别与主板(17)直接连接。
4.根据权利要求1所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述编码器型速度传感器模拟输出接口(4)包括信号VCCB、GNDU CLK, A和B的输出接口，这些接口通过插头连接线与待校准的高压开关机械特性测试仪的编码器型速度传感器信号输入接口直接连接。
5.根据权利要求1所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述的位移型速度传感器检测装置接口(5)包括信号VCCB、GNDl和Trigger的输出接口和信号Puls的输入接口，这些接口通过插头连接线与位移型速度传感器检测装置(18)的航空插头连接器(20)直接连接。
6.根据权利要求1所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述主板(17)包括微处理器模块(16)、显不模块(15)、电源模块(14)、通讯模块(13)、合分闸信号模块(12)、脉冲宽度测量模块(11)、编码器型速度传感器模拟输出模块(10)、恒温高稳晶振模块(9 )和键盘模块(8 )，上述各模块之间均通过电路连接。
7.根据权利要求6所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述的合分闸信号模块(12)，由高速模拟开关器件阵列电路组成。
8.根据权利要求6所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述编码器型速度传感器模拟输出模块(IO )，由逻辑电路和高速光电耦合电路组成。
9.根据权利要求6所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述脉冲宽度测量模块(11)，主要由保护电路和微处理器模块(16)中内置的触发电路、计时器电路组成。
10.根据权利要求1或5所述的高压开关机械特性测试仪校验装置，其特征是:所述位移型速度传感器检测装置(18)，由下拉电阻(28)、目标把(27)、导轨(26)、撞针(25)、机括(24)、导向圆柱体(23)、弹簧(22)、橡胶把手(21)、航空插头连接器(20)、电磁铁(19)和相关驱动电路组成； 其中:航空插头连接器(20)包括VCCB、GND1和Trigger三路输入信号和Puls —路输出信号Jrigger信号通过控制相关驱动电路驱动电磁铁吸合或复位，以控制撞针系统运行；Puls信号默认为高电平信号，只有在撞针运动期间为低电平信号，该信号将被主板(17)上的脉冲宽度测量模块(11)所测量。
【文档编号】G01M13/00GK203455467SQ201320557720
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】李诺, 唐虹, 孙家林, 金月红, 郝松, 李凡, 秦同, 孙天瑜, 梁国鼎, 顾亮, 苗丽, 乔新红 申请人:辽宁省计量科学研究院