本發(fā)明涉及電容電感測試技術領域，尤其涉及一種無線分布式電容電感測試裝置及應用。

背景技術：

電容電感測試儀針對變電站現(xiàn)場測量并聯(lián)電容器組中的單個電容器電容值時存在的問題而專門研制的。但換流站需要測試的電容器數(shù)量多、安裝位置高，測試工作量大。國內現(xiàn)有測試儀體積、重量以及需要外加電源等特征，不能滿足換流站對電容器的測試要求，因此迫切需要解決此現(xiàn)場測試技術問題。

申請?zhí)枮镃N200820055275.5的中國專利公開了一種電容電感測試裝置，包括：一可程控的電源模塊；一采集被測試品上的電壓和流過被測試品電流，并進行A/D轉換的測試采樣模塊；及一處理所述測試采樣模塊采集的電壓和電流信號進行分析處理的控制模塊；所述控制模塊分別與所述的電源模塊和測試采樣模塊連接。該測試裝置體積大、重量大，而換流站電容器位置較高，現(xiàn)場測試時需要把測試裝置放置在電容器旁邊進行測試，而且需要電源線拖拉至高處進行逐個檢測電容器，測試時勞動量大，效率很低，也不安全。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明公開了一種無線分布式電容電感測試裝置及應用。所述測試裝置能夠測試換流站內數(shù)萬只的電容器，方便測試，提高了工作效率，而且便于測試數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳遞。

本發(fā)明的技術方案如下：一種無線分布式電容電感測試裝置，所述測試裝置包括主機以及與主機通過無線連接的單元機，所述單元機包括電流鉗、電流測試通路、電流放大器，電壓測試通路、電壓放大器、A/D轉換單元、DSP數(shù)字信號處理器、D/A轉換單元、功放單元、測試電源輸出、UART和無線通訊單元，其中，電流鉗卡接在被測電容器或電感的連接鋁排，另一端通過航空插頭連接到電流測試通路端口，測試電源輸出通過測試線連接被測電容或電感的兩端，電流測試通路與電流放大器連接進行電流放大，電壓測試通路與電壓放大器連接進行電壓放大；電流放大器、電壓放大器分別將放大的電流信號、電壓信號傳遞至A/D轉換單元，A/D轉換單元將轉換后的電流信號和電壓信號通過并口傳遞至DSP數(shù)字信號處理器，DSP數(shù)字信號處理器進行運算處理，運算所得到的幅值和初相角等特征值經(jīng)過UART串行通訊口輸出到無線通訊單元，無線通訊單元以無線的方式傳遞至主機，所述DSP數(shù)字信號處理器將數(shù)字信號傳遞至D/A轉換單元以產生模擬正弦波信號，模擬正弦波信號輸出到功放單元，功放單元對外輸出測試電源。

進一步地，所述功放單元采用兩級完成，由AD620放大器組成前級差分放大，后級由OPA549T放大器完成功率推動，OPA549T放大器的最大工作電壓為±30V，連續(xù)工作電流達8A，峰值電流可達10A。

進一步地，所述電壓電路包括信號衰減器、信號緩沖器和程控放大器；所述信號衰減器對輸入信號進行衰減以適應放大回路的工作電壓，信號緩沖器對信號進行初級放大和阻抗匹配，程控放大器接受DSP數(shù)字信號處理器的控制以完成整個電壓量程范圍的信號放大。

進一步地，所述電流電路包括I/U轉換器和程控放大器，I/U轉換器將電流傳感器的電流信號轉換為電壓信號，并實現(xiàn)阻抗匹配，程控放大器接受DSP數(shù)字信號處理器的控制以完成整個電流量程范圍的信號放大。

所述單元機內部還設有儀用電源，以提供單元機所需的所有工作電源，外部設有與DSP數(shù)字信號處理器相連的操作鍵以及指示燈。

所述主機采用交流或內置鋰離子電池供電，主機內設有DSP數(shù)字處理器，DSP數(shù)字處理器連接有數(shù)據(jù)存儲單元、液晶顯示器、打印機、USB接口、旋轉鼠標以及儀用電源，UART與無線通訊單元連接。

所述主機與單元機之間采用公共無線頻帶進行聯(lián)絡和數(shù)據(jù)交換，如可采用433MHz公共無線頻帶進行聯(lián)絡和數(shù)據(jù)交換。

本發(fā)明還提供所述的測試裝置在測試電容電感中的應用。

本發(fā)明提供的測試裝置的測試原理與普通電感電容測試儀相同，在被試品上施加測試電壓，再測量電壓和流經(jīng)試品的電流，根據(jù)歐姆定律求取阻抗，計算電容或電感的值。不同點在于本發(fā)明提供的測試裝置可以組網(wǎng)，多臺測試單元同時工作，以無線通訊的方式形成一個局域網(wǎng)，測量數(shù)據(jù)傳送到主機，同時主機也能對多臺測試單元進行測試控制。測試單元為電池供電，不需要外接電源，方便登高作業(yè)；程控測試電源的頻率、幅值可任意設置；為避開干擾，可采用非50Hz的異頻測試電源，通過DFT頻譜分析，可有效濾除干擾。大量的測試數(shù)據(jù)可通過主機的USB接口導出到筆記本電腦存儲、打印、列表等。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、采用“1+N”的分布式測量系統(tǒng)構架，一臺主機帶N臺測試單元體系。主機與單元機之間采用小功率公共無線頻帶(433MHz)進行聯(lián)絡和數(shù)據(jù)交換；

2、單元機體積小、重量輕，方便攜帶，鋰離子電池供電且具備足夠的續(xù)航能力，內置變頻測試電源，集成測試電源輸出、數(shù)據(jù)采集、程控放大、通訊等全部功能；

3、主機部分可采用交流或內置鋰離子電池供電，具備數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印、USB數(shù)據(jù)導出、通訊等功能，通過USB導出的數(shù)據(jù)可在上位機自動生成試驗報告；

4、能夠測試換流站內數(shù)萬只的電容器，提高了工作效率，而且方便測試數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳遞。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的測試裝置的結構框圖；

圖2為單元機的結構框圖；

圖3為主機的結構框圖；

圖4為測試端電源程控圖；

圖5為電壓、電流信號采集及處理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步詳細說明。

實施例1

如圖1～圖3所示，無線分布式電容電感測試裝置包括主機以及與主機通過無線連接的單元機，所述單元機包括電流鉗、電流測試通路、電流放大器，電壓測試通路、電壓放大器、A/D轉換單元、DSP數(shù)字信號處理器、D/A轉換單元、功放單元、測試電源輸出、UART和無線通訊單元，其中，電流鉗卡接在被測電容器或電感的連接鋁排，另一端通過航空插頭連接到電流測試通路端口，測試電源輸出通過測試線連接被測電容或電感的兩端，電流測試通路與電流放大器連接進行電流放大，電壓測試通路與電壓放大器連接進行電壓放大；電流放大器、電壓放大器分別將放大的電流信號、電壓信號傳遞至A/D轉換單元，A/D轉換單元將轉換后的電流信號和電壓信號通過并口傳遞至DSP數(shù)字信號處理器，DSP數(shù)字信號處理器進行運算處理，運算所得到的幅值和初相角等特征值經(jīng)過UART串行通訊口輸出到無線通訊單元，無線通訊單元以無線的方式傳遞至主機，所述DSP數(shù)字信號處理器將數(shù)字信號傳遞至D/A轉換單元以產生模擬正弦波信號，模擬正弦波信號輸出到功放單元，功放單元對外輸出測試電源。

電壓電路包括信號衰減器、信號緩沖器和程控放大器；所述信號衰減器對輸入信號進行衰減以適應放大回路的工作電壓，信號緩沖器對信號進行初級放大和阻抗匹配，程控放大器接受DSP數(shù)字信號處理器的控制以完成整個電壓量程范圍的信號放大。

電流電路包括I/U轉換器和程控放大器，I/U轉換器將電流傳感器的電流信號轉換為電壓信號，并實現(xiàn)阻抗匹配，程控放大器接受DSP數(shù)字信號處理器的控制以完成整個電流量程范圍的信號放大。

功放單元采用兩級完成，由AD620放大器組成前級差分放大，后級由OPA549T放大器完成功率推動，OPA549T放大器的最大工作電壓為±30V，連續(xù)工作電流達8A，峰值電流可達10A。

單元機內部還設有儀用電源，以提供裝置所需的所有工作電源，外部設有與DSP數(shù)字信號處理器相連的操作鍵以及指示燈。

主機與單元機之間采用公共無線頻帶進行聯(lián)絡和數(shù)據(jù)交換。

A/D轉換單元為16bit的A/D轉換器，D/A轉換單元為10位D/A轉換器。

單元機內部還設有儀用電源，外部設有與DSP數(shù)字信號處理器相連的操作鍵以及指示燈。

主機采用交流或內置鋰離子電池供電，主機內設有DSP數(shù)字處理器、DSP數(shù)字處理器連接有數(shù)據(jù)存儲單元、液晶顯示器、打印機、USB接口、旋轉鼠標以及儀用電源，UART與無線通訊單元連接，主機框圖見圖3。各部分功能如下：DSP數(shù)字處理器：核心處理器；打印機：數(shù)據(jù)打??；漢化液晶(操作菜單及數(shù)據(jù)顯示器)：操作提示、數(shù)據(jù)顯示；USB接口：數(shù)據(jù)導出接口；Flash Memory：數(shù)據(jù)存儲芯片；旋轉鼠標：操作部分；UART及無線通訊：與單元部分的命令及數(shù)據(jù)交換通訊聯(lián)絡。

單元機中各結構功能如下：

1、測試端電源程控部分

(1)信號的產生

由DSP數(shù)字處理器將一個周期正弦信號離散處理。

U_out(i)＝U_m*sin(2πi/DOT_number)i＝0～(DOT_number-1) 式1

將離散的U_out(i)模擬量，量化為數(shù)字量，通過DSP數(shù)據(jù)總線等間隔時間，送入D/A鎖存。

時間間隔：△t＝1000/(f*DOT_number)ms 式2

式2中，各量的對應關系如表1所示。

表1

(2)功放電路放大

為限制直流成分，D/A轉換單元的輸出采用差分放大。由于測試電源需要足夠的輸出功率，因此對功放電路的要求較高，功放單元采用兩級完成，由AD620放大器組成前級差分放大，后級由OPA549T放大器完成功率推動，OPA549T放大器的最大工作電壓為±30V，連續(xù)工作電流達8A，峰值電流可達10A。

小型變壓器Tr的作用：隔離直流成分和電氣隔離，降低電容、電感儲能對單元內部回路的傷害。

2、電壓、電流信號采集及處理

見圖5，所述電壓電路中R1、R2組成衰減器，后續(xù)經(jīng)過信號緩沖器放大、AD526程控放大，完成電壓信號的調理和放大。電流鉗，必須采用開口式，且開口形狀為鍥入式結構，以減小漏磁，保證測量范圍內的線性度，后續(xù)電流電路分別由I/U轉換、R3與運算放大器組成I/U轉換，AD526程控放大，完成電流小信號的調理和放大。最后送入A/D轉換器完成信號的采集，采集的信號經(jīng)過DSP數(shù)字處理器進行DFT(離散傅立葉變換)運算，得到有效值和相位，從而完成電容電感的計算求解。

所述主機與單元機之間采用433MHz公共無線頻帶進行聯(lián)絡和數(shù)據(jù)交換。

3、無線通訊單元

(1)采用公共頻段的數(shù)傳模塊，頻率433MHz；

(2)功率為100mW，空曠地帶傳輸距離2km；

(3)空中傳輸波特率9600bit/s；

(4)主-從、一對多，半雙工模式；

(5)地址識別通訊方式。

4、DSP數(shù)據(jù)處理器功能

(1)程控放大及數(shù)據(jù)采集；(2)D/A轉換；(3)通訊；(4)按鍵輸入識別和信號燈控制。

5、其他技術指標：

(1)測試電壓范圍：不大于20V；

(2)電流鉗量程范圍：2mA～500mA；

(3)測試頻率：25Hz、50Hz(默認)、100Hz、200Hz可選；

(4)單元機電池續(xù)航能力：不小于4h。

所述測試裝置的使用過程如下：

(1)主機及單元機開機；

(2)主機呼叫單元機，建立通訊聯(lián)絡關系，建立測試節(jié)點；

(3)單元機進行接線，主機進入測試瀏覽界面；

(4)單元機按“測試鍵”，進入“測試-發(fā)送”的循環(huán)狀態(tài)；

(5)主機動態(tài)接收各個單元機的測試數(shù)據(jù)并動態(tài)刷新屏幕，觀察單元機測試數(shù)據(jù)的合理性，由單元機操作者按“確認鍵”，操作后，主機鎖定數(shù)據(jù)，換行顯示下一個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄自動加一。

(6)重復(3)～(5)的過程，直到所有測試任務完成。

(7)單元機操作者可以自由操作，不需要同時進行，類似于計算機的多任務操作方式。

(8)所有測試完成，主機可以保存、查看、打印所有測試數(shù)據(jù)。

(9)保存的數(shù)據(jù)，后續(xù)可以通過U盤導出到上位機。