本實(shí)用新型涉及電容電感測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線分布式電容電感測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

電容電感測(cè)試儀針對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并聯(lián)電容器組中的單個(gè)電容器電容值時(shí)存在的問題而專門研制的。但換流站需要測(cè)試的電容器數(shù)量多、安裝位置高，測(cè)試工作量大。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有測(cè)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(duì)電容器的測(cè)試要求，因此迫切需要解決此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)問題。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N200820055275.5的中國(guó)專利公開了一種電容電感測(cè)試裝置，包括：一可程控的電源模塊；一采集被測(cè)試品上的電壓和流過被測(cè)試品電流，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的測(cè)試采樣模塊；及一處理所述測(cè)試采樣模塊采集的電壓和電流信號(hào)進(jìn)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(cè)試采樣模塊連接。該測(cè)試裝置體積大、重量大，而換流站電容器位置較高，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)需要把測(cè)試裝置放置在電容器旁邊進(jìn)行測(cè)試，而且需要電源線拖拉至高處進(jìn)行逐個(gè)檢測(cè)電容器，測(cè)試時(shí)勞動(dòng)量大，效率很低，也不安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型公開了一種無線分布式電容電感測(cè)試裝置。所述測(cè)試裝置能夠測(cè)試換流站內(nèi)數(shù)萬只的電容器，方便測(cè)試，提高了工作效率，而且便于測(cè)試數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳遞。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種無線分布式電容電感測(cè)試裝置，所述測(cè)試裝置包括主機(jī)以及與主機(jī)通過無線連接的單元機(jī)，所述單元機(jī)包括電流鉗、電流測(cè)試通路、電流放大器，電壓測(cè)試通路、電壓放大器、A/D轉(zhuǎn)換單元、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、D/A轉(zhuǎn)換單元、功放單元、測(cè)試電源輸出、UART和無線通訊單元，其中，電流鉗卡接在被測(cè)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(cè)試通路端口，測(cè)試電源輸出通過測(cè)試線連接被測(cè)電容或電感的兩端，電流測(cè)試通路與電流放大器連接進(jìn)行電流放大，電壓測(cè)試通路與電壓放大器連接進(jìn)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(hào)、電壓信號(hào)傳遞至A/D轉(zhuǎn)換單元，A/D轉(zhuǎn)換單元將轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)和電壓信號(hào)通過并口傳遞至DSP數(shù)字信號(hào)處理器，DSP數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行運(yùn)算處理，運(yùn)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(jī)，所述DSP數(shù)字信號(hào)處理器將數(shù)字信號(hào)傳遞至D/A轉(zhuǎn)換單元以產(chǎn)生模擬正弦波信號(hào)，模擬正弦波信號(hào)輸出到功放單元，功放單元對(duì)外輸出測(cè)試電源。

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

進(jìn)一步地，所述電壓電路包括信號(hào)衰減器、信號(hào)緩沖器和程控放大器；所述信號(hào)衰減器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以適應(yīng)放大回路的工作電壓，信號(hào)緩沖器對(duì)信號(hào)進(jìn)行初級(jí)放大和阻抗匹配，程控放大器接受DSP數(shù)字信號(hào)處理器的控制以完成整個(gè)電壓量程范圍的信號(hào)放大。

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

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

所述主機(jī)采用交流或內(nèi)置鋰離子電池供電，主機(jī)內(nèi)設(shè)有DSP數(shù)字處理器，DSP數(shù)字處理器連接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、液晶顯示器、打印機(jī)、USB接口、旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo)以及儀用電源，UART與無線通訊單元連接。

所述主機(jī)與單元機(jī)之間采用公共無線頻帶進(jìn)行聯(lián)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換，如可采用433MHz公共無線頻帶進(jìn)行聯(lián)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換。

本實(shí)用新型還提供所述的測(cè)試裝置在測(cè)試電容電感中的應(yīng)用。

本實(shí)用新型提供的測(cè)試裝置的測(cè)試原理與普通電感電容測(cè)試儀相同，在被試品上施加測(cè)試電壓，再測(cè)量電壓和流經(jīng)試品的電流，根據(jù)歐姆定律求取阻抗，計(jì)算電容或電感的值。不同點(diǎn)在于本實(shí)用新型提供的測(cè)試裝置可以組網(wǎng)，多臺(tái)測(cè)試單元同時(shí)工作，以無線通訊的方式形成一個(gè)局域網(wǎng)，測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)，同時(shí)主機(jī)也能對(duì)多臺(tái)測(cè)試單元進(jìn)行測(cè)試控制。測(cè)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(cè)試電源的頻率、幅值可任意設(shè)置；為避開干擾，可采用非50Hz的異頻測(cè)試電源，通過DFT頻譜分析，可有效濾除干擾。大量的測(cè)試數(shù)據(jù)可通過主機(jī)的USB接口導(dǎo)出到筆記本電腦存儲(chǔ)、打印、列表等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

1、采用“1+N”的分布式測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)架，一臺(tái)主機(jī)帶N臺(tái)測(cè)試單元體系。主機(jī)與單元機(jī)之間采用小功率公共無線頻帶(433MHz)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換；

2、單元機(jī)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(nèi)置變頻測(cè)試電源，集成測(cè)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(jī)部分可采用交流或內(nèi)置鋰離子電池供電，具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印、USB數(shù)據(jù)導(dǎo)出、通訊等功能，通過USB導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可在上位機(jī)自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告；

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

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為單元機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為主機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為測(cè)試端電源程控圖；

圖5為電壓、電流信號(hào)采集及處理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

如圖1～圖3所示，無線分布式電容電感測(cè)試裝置包括主機(jī)以及與主機(jī)通過無線連接的單元機(jī)，所述單元機(jī)包括電流鉗、電流測(cè)試通路、電流放大器，電壓測(cè)試通路、電壓放大器、A/D轉(zhuǎn)換單元、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、D/A轉(zhuǎn)換單元、功放單元、測(cè)試電源輸出、UART和無線通訊單元，其中，電流鉗卡接在被測(cè)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(cè)試通路端口，測(cè)試電源輸出通過測(cè)試線連接被測(cè)電容或電感的兩端，電流測(cè)試通路與電流放大器連接進(jìn)行電流放大，電壓測(cè)試通路與電壓放大器連接進(jìn)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(hào)、電壓信號(hào)傳遞至A/D轉(zhuǎn)換單元，A/D轉(zhuǎn)換單元將轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)和電壓信號(hào)通過并口傳遞至DSP數(shù)字信號(hào)處理器，DSP數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行運(yùn)算處理，運(yùn)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(jī)，所述DSP數(shù)字信號(hào)處理器將數(shù)字信號(hào)傳遞至D/A轉(zhuǎn)換單元以產(chǎn)生模擬正弦波信號(hào)，模擬正弦波信號(hào)輸出到功放單元，功放單元對(duì)外輸出測(cè)試電源。

電壓電路包括信號(hào)衰減器、信號(hào)緩沖器和程控放大器；所述信號(hào)衰減器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以適應(yīng)放大回路的工作電壓，信號(hào)緩沖器對(duì)信號(hào)進(jìn)行初級(jí)放大和阻抗匹配，程控放大器接受DSP數(shù)字信號(hào)處理器的控制以完成整個(gè)電壓量程范圍的信號(hào)放大。

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

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

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

主機(jī)與單元機(jī)之間采用公共無線頻帶進(jìn)行聯(lián)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換。

A/D轉(zhuǎn)換單元為16bit的A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換單元為10位D/A轉(zhuǎn)換器。

單元機(jī)內(nèi)部還設(shè)有儀用電源，外部設(shè)有與DSP數(shù)字信號(hào)處理器相連的操作鍵以及指示燈。

主機(jī)采用交流或內(nèi)置鋰離子電池供電，主機(jī)內(nèi)設(shè)有DSP數(shù)字處理器、DSP數(shù)字處理器連接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、液晶顯示器、打印機(jī)、USB接口、旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo)以及儀用電源，UART與無線通訊單元連接，主機(jī)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(jī)：數(shù)據(jù)打?。粷h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(dǎo)出接口；Flash Memory：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片；旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo)：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(luò)。

單元機(jī)中各結(jié)構(gòu)功能如下：

1、測(cè)試端電源程控部分

(1)信號(hào)的產(chǎn)生

由DSP數(shù)字處理器將一個(gè)周期正弦信號(hào)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(shí)間，送入D/A鎖存。

時(shí)間間隔：△t＝1000/(f*DOT_number)ms 式2

式2中，各量的對(duì)應(yīng)關(guān)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(zhuǎn)換單元的輸出采用差分放大。由于測(cè)試電源需要足夠的輸出功率，因此對(duì)功放電路的要求較高，功放單元采用兩級(jí)完成，由AD620放大器組成前級(jí)差分放大，后級(jí)由OPA549T放大器完成功率推動(dòng)，OPA549T放大器的最大工作電壓為±30V，連續(xù)工作電流達(dá)8A，峰值電流可達(dá)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(chǔ)能對(duì)單元內(nèi)部回路的傷害。

2、電壓、電流信號(hào)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(hào)緩沖器放大、AD526程控放大，完成電壓信號(hào)的調(diào)理和放大。電流鉗，必須采用開口式，且開口形狀為鍥入式結(jié)構(gòu)，以減小漏磁，保證測(cè)量范圍內(nèi)的線性度，后續(xù)電流電路分別由I/U轉(zhuǎn)換、R3與運(yùn)算放大器組成I/U轉(zhuǎn)換，AD526程控放大，完成電流小信號(hào)的調(diào)理和放大。最后送入A/D轉(zhuǎn)換器完成信號(hào)的采集，采集的信號(hào)經(jīng)過DSP數(shù)字處理器進(jìn)行DFT(離散傅立葉變換)運(yùn)算，得到有效值和相位，從而完成電容電感的計(jì)算求解。

所述主機(jī)與單元機(jī)之間采用433MHz公共無線頻帶進(jìn)行聯(lián)絡(luò)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(duì)多，半雙工模式；

(5)地址識(shí)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(zhuǎn)換；(3)通訊；(4)按鍵輸入識(shí)別和信號(hào)燈控制。

5、其他技術(shù)指標(biāo)：

(1)測(cè)試電壓范圍：不大于20V；

(2)電流鉗量程范圍：2mA～500mA；

(3)測(cè)試頻率：25Hz、50Hz(默認(rèn))、100Hz、200Hz可選；

(4)單元機(jī)電池續(xù)航能力：不小于4h。

所述測(cè)試裝置的使用過程如下：

(1)主機(jī)及單元機(jī)開機(jī)；

(2)主機(jī)呼叫單元機(jī)，建立通訊聯(lián)絡(luò)關(guān)系，建立測(cè)試節(jié)點(diǎn)；

(3)單元機(jī)進(jìn)行接線，主機(jī)進(jìn)入測(cè)試瀏覽界面；

(4)單元機(jī)按“測(cè)試鍵”，進(jìn)入“測(cè)試-發(fā)送”的循環(huán)狀態(tài)；

(5)主機(jī)動(dòng)態(tài)接收各個(gè)單元機(jī)的測(cè)試數(shù)據(jù)并動(dòng)態(tài)刷新屏幕，觀察單元機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)的合理性，由單元機(jī)操作者按“確認(rèn)鍵”，操作后，主機(jī)鎖定數(shù)據(jù)，換行顯示下一個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄自動(dòng)加一。

(6)重復(fù)(3)～(5)的過程，直到所有測(cè)試任務(wù)完成。

(7)單元機(jī)操作者可以自由操作，不需要同時(shí)進(jìn)行，類似于計(jì)算機(jī)的多任務(wù)操作方式。

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

(9)保存的數(shù)據(jù)，后續(xù)可以通過U盤導(dǎo)出到上位機(jī)。