專利名稱：智能化電力電話諧波因數(shù)測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用微型計算機控制的電力電話諧波因數(shù)測試儀，屬于電力儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有的測量電力電話諧波因數(shù)(THF)的儀器，一般都只具有單一功能，同時測量很不方便。
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種智能化電力電話諧波因數(shù)測試儀。
本實用新型應(yīng)用微機和有源濾波技術(shù)，實現(xiàn)電力電話諧波因數(shù)測試儀的多功能和智能化。本實用新型由微機、電話諧波因數(shù)測試裝置、接口電路、數(shù)模(A／D)轉(zhuǎn)換器、控制器、顯示器和屏蔽機殼組成，而電話諧波因數(shù)測試裝置由輸入網(wǎng)絡(luò)、可變衰耗器、前置放大器、模擬開關(guān)、濾波器、主放大器、電壓轉(zhuǎn)換器和緩沖放大器構(gòu)成。濾波器包括電話加權(quán)濾波器、音頻濾波器和電力諧波濾波器。為了能自動檢測和校正儀器，設(shè)置了自動故障檢測和電平校正裝置，它由一個自檢自校用的振蕩器、衰耗器、模擬開關(guān)和單片微機組成。為了提高測試精度，濾波器采用高性能帶零點有源濾波器，它由兩個運算放大器、電阻和電容組成，在一個運算放大器的同相輸入端與地之間接有零點恢復(fù)裝置，在兩個運算放大器的輸出端與反相輸入端之間接有消除自消除自激裝置。零點恢復(fù)裝置由一個電阻構(gòu)成，消除自激裝置由兩個容量精確相等的電容器構(gòu)成。為了實現(xiàn)多功能，僅在測量裝置上增加一個電力諧波濾波器，即可構(gòu)成電力波形畸變測量裝置。為了減少數(shù)字電路的干擾，A／D轉(zhuǎn)換器單端輸入信號線采用了專用地線。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有智能化、高性能、低成本和多功能等特點。在微機控制下，儀器可以實現(xiàn)自動換檔、自動測量、數(shù)據(jù)處理、自動故障檢測和自動電平校正等。由于采用過壓保護(hù)和采用多種方法減少數(shù)字與模擬信號之間的干擾，使儀器工作性能穩(wěn)定、可靠。本儀器不僅可以用于電力電話諧波因數(shù)測試，也可以用于電力波形畸變率的測量，還可用作音頻電平表。


圖1為本儀器的方框結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電話諧波因數(shù)測試裝置方框結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為輸入網(wǎng)絡(luò)電路原理圖；圖4為控制器及接口電路圖；圖5為輸入、輸出接口電路圖。
本實用新型可采用附圖所示的方案實現(xiàn)。圖1中的電話諧波因數(shù)測試裝置(A)可采用圖2所示的方案；A／D轉(zhuǎn)換器(B)把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可采用12位積分式A／D轉(zhuǎn)換器7109組成，并直接與微機相連接；微機(C)可采用8位單片機8031，(K)為鍵盤及其輸入電路；低位地址鎖存器(D)可采用集成塊74LS373組成；只讀存貯器(E)用于存放計算機軟件，它可采用2764電路；工作狀態(tài)控制信號并行輸出寄存器(F)把微機輸出的串行控制信號變成并行信號暫存起來，提供給電話諧波因數(shù)測試裝置(A)，可采用74LS164；檔位控制信號并行輸出寄存器(G)也可采用74LS164組成；控制門(H)在微機控制下，把串行輸入輸出線上的信號分別送到(F)、(G)和顯示器(I)，把由鍵盤(K)輸入的信號送到微機，同時還起信號緩沖作用，它可由兩塊74LS126構(gòu)成。顯示器(I)由三部分組成，一是測量結(jié)果顯示，由一只LED符號數(shù)碼管(可顯示正、負(fù)號和數(shù)字1)及顯示上下溢出的兩只LED數(shù)碼管和三只LED數(shù)碼管構(gòu)成，它通過四塊74LS164把微機送來的串行顯示信號變成并行驅(qū)動信號驅(qū)動顯示器件；二是測量單位顯示，由7只LED數(shù)碼管構(gòu)成，由一塊74LS164驅(qū)動，分別指示dB、V、mV、μV和％、‰、
等；三是測量項目和狀態(tài)顯示，由8只LED構(gòu)成，用兩塊74LS164驅(qū)動，分別指示音頻電平、THF、波形畸變、濾波器特性測量、自檢自校、200ms(單次)、1s(16次平均)、10s(128次平均)。鍵盤(K)由5只按鍵和一只并／串移位寄存器(如74LS165)組成，包括測量項目選擇鍵(每按一次鍵可順序選擇音頻電平、THF、波形畸變率三種項目中的一種，選中的項目由對應(yīng)的LED指示)，自檢自校鍵，測量方式(時間)選擇鍵(每按一次鍵可順序選擇單次(200ms)、16次平均(1s)、128次平均(10s)三種方式中的一種，選中的方式由LED指示)，濾波特性測量專用鍵(測試儀器專用，由紅LED指示)，顯示方式鍵(可在dB和電壓方式中交替選擇)。
圖1中各信號線說明如下1號線傳送代表被測量均方根值的直流電壓信號到A／D轉(zhuǎn)換器，其中包含一根專用地線。2號線傳送中斷請求信號。3號線為單片機對A／D轉(zhuǎn)換器的控制信號。4號線為A／D轉(zhuǎn)換器輸出口地址線。5號線為A／D輸出數(shù)據(jù)總線。6號線為單片機數(shù)據(jù)總線。7號線為低地址鎖存線。8、9、10號線為地址總線。11號線為只讀存儲器數(shù)據(jù)總線。12號線為串行輸入輸出線。13號線為同步時鐘線。14號線為串行口控制總線。15號線為測量狀態(tài)控制總線。16號線為測量檔位控制總線。17、19、21號線為緩沖后的串行輸出同步時鐘線。23號線為串行輸入同步時鐘線。18、20、22號線為緩沖后的串行輸出線。24號線為串行輸入線。
圖2中1′號線，3′號與4′號線，5′號線均為狀態(tài)控制線。2′號線為檔位控制線。
電話諧波因數(shù)測試裝置(A)可采用如圖2所示的方案。輸入網(wǎng)絡(luò)(1A)可采用圖3所示的電路實現(xiàn)，在狀態(tài)控制信號作用下，可處于寬帶輸入狀態(tài)或一階濾波器狀態(tài)(這種狀態(tài)與電話加權(quán)濾波器(1E)共同組成THF濾波器)，在寬帶輸入狀態(tài)時可分為有－40dB和0dB衰耗兩種情況。可變衰耗器(1B)由八選一模擬開關(guān)(如4051)和精密電阻構(gòu)成，它可在控制信號作用下，對模擬信號分別衰減0dB、－10dB、－20dB、－30dB、－40dB、－50dB、－60dB，還可輸入－60dBm的800Hz自檢自校信號。前置放大器(1C)可采用常用的前置放大器，增益為10dB。一對模擬開關(guān)(1D)和(1H)可采用4051構(gòu)成，可在狀態(tài)控制信號作用下選擇不同的濾波器，進(jìn)行不同的項目測量，自檢自校時還可選擇直通而不通過任何濾波器，(1H)還可引入－20dBm的800Hz自檢信號。電話加權(quán)濾波器(1E)可采用計算機輔助設(shè)計的高性能電話加權(quán)有源濾波器。音頻濾波器(1F)為有源帶通濾波器(31.5Hz～16KHz)。諧波濾波器(1G)采用計算機輔助設(shè)計的高性能有源濾波器，它對50Hz相對衰減達(dá)－92dB以上，而對100Hz以上時為直通，波紋為±0.1dB。主放大器(1I)的增益為10dB，可用通用型運放構(gòu)成，例如采用LM353的一半。電壓轉(zhuǎn)換器(1J)將交流信號有效值轉(zhuǎn)換成直流電壓，可采用AD636構(gòu)成。緩沖放大器(1K)為被測信號輸出緩沖放大器，增益為10dB。自檢自校用振蕩器(1L)的頻率為800Hz，輸出約－20dBm，僅在自檢自校時由狀態(tài)控制信號接通輸出模擬開關(guān)。
輸入網(wǎng)絡(luò)(1A)的電路如圖3所示，a和地線(丄)為輸入端，它由繼電器J1和J2、集成塊IC1和IC2、穩(wěn)壓管D1、二極管D2、D3、D4和D5、電容C1、C2和C3、電阻R1～7組成，丄為模擬接地、
為數(shù)字接地符號，SC1和SC2為狀態(tài)控制信號。圖中繼電器J1和J2處于寬帶輸入狀態(tài)，衰耗為0dB，輸出負(fù)載應(yīng)為100K，輸入阻抗為100K，當(dāng)J2接到下方時，衰耗為－40dB。當(dāng)J1和J2都接到下方觸點時，組成一個一階高通濾波器，它把電力諧波中800Hz分量衰耗100倍(－40dB)，與電話加權(quán)濾波器(1E)組成THF濾波器。有關(guān)元件可取以下一組參考數(shù)據(jù)電阻R1＝988K，R2＝11.1K，R3＝4.99K，R4＝R6＝30K，R5＝R7＝10K，電容C1＝200.0PF，C2＝C3＝0.01μF，穩(wěn)壓管D1為2DW7，也可用兩只耐壓相當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓管組合，D2～D5為2CP系列二極管，D3和D5可不用，IC1和IC2可用一塊LM324四運放電路的一半，R3和D1構(gòu)成過電壓保護(hù)裝置。
控制電路如圖4所示，R20和R21為5.1K排阻，IC11(以及R20對應(yīng)圖1中的F)和IC21(以及R21對應(yīng)圖1中的G)為74LS164，IC31和IC41為74LS126(對應(yīng)圖1中的H)，IC51(對應(yīng)圖1中的C)為單片微機8031。圖5中的驅(qū)動電路IC12為74LS165，它和排阻R12及五只鍵對應(yīng)圖1中的K；IC22～I(xiàn)C72為74LS164，之和相關(guān)元件構(gòu)成圖1中的I；IC82為74LS164電路。RD1由兩只LED和一只LED符號數(shù)碼管及限流電阻構(gòu)成，RD2、RD3、RD4均由1只LED數(shù)碼管及限流電阻阻構(gòu)成，RD5由5只LED數(shù)碼管及限流電阻構(gòu)成，RD6由3只LED數(shù)碼管及限流電阻構(gòu)成，RD7由7只LED、數(shù)碼管及限流電阻構(gòu)成。圖4中的A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2分別與圖5中的對應(yīng)標(biāo)號相連接。
本實用新型的自檢自校裝置由圖2中的800Hz正弦振蕩器(1L)模擬開關(guān)(1D)和(1H)及微機組成，該振蕩器失真度應(yīng)小于1％。自檢從A／D變換器開始，首先利用A／D變換器的檢測端檢查它是否正常。如果正常，則把800Hz、－20dBm電平的自檢信號送入(H)進(jìn)入(I)和(J)，以判斷主放大器和均方根值——直流變換器是否正常。如果正常，則把自檢信號送入(B)衰減為－60dBm送入(C)，再由(D)直通(H)，以判斷前置放大器是否正常。下一步是信號由(D)分別通過(E)、(F)或(G)，以檢驗電話加權(quán)濾波器、音頻寬帶濾波器和諧波濾波器是否正常。如果正常，則進(jìn)行自校。自校采用自檢信號進(jìn)入(H)→(I)→(J)的測量結(jié)果與進(jìn)入(B)→(C)→(D)→(F)→(H)→(I)→(J)的測量結(jié)果比較，得出相對誤差，存在計算機中作校正測量值用。自檢過程每一步都正常，則顯示R×，×表示自檢步驟的阿拉伯?dāng)?shù)字，校正值也依次顯示；如果不正常，則顯示E×；如有多處不正常，則顯示E××等。
本實用新型采用如下安裝和屏蔽方式圖1中(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)和(H)安裝在一塊印制板上，并占一個屏蔽倉；(I)安裝一塊板，(K)安裝一塊板，并合占一個屏蔽倉。圖2中(1A)、(1B)、(1C)和(1D)安裝一塊板，并占一個屏蔽倉；(1E)、(1F)和(1G)各安裝一塊板，但合占一個屏蔽倉；(1H)、(1I)、(1J)、(1K)和(1L)合裝一塊板，并占一個屏蔽倉；電源變壓器占一個屏蔽倉，穩(wěn)壓電源占一個屏蔽倉。
按照國際和國家標(biāo)準(zhǔn)，電力THF和波形畸變率都在100伏左右輸入電壓下側(cè)量。THF測量先利用寬帶音頻濾波器測出被測工頻電壓的有效值，再利用THF濾波器測出其加權(quán)有效值，由計算機給出電力電話諧波因數(shù)(THF)。波形畸變率類似于前者，區(qū)別是僅用50Hz諧波濾波器代替THF濾波器。
權(quán)利要求1.一種用微機控制的智能化電力電話諧波因數(shù)測試儀，其特征在于它由微機、電力電話諧波因數(shù)測試裝置、接口電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、控制器、顯示器和屏蔽機殼組成，電話諧波因數(shù)測試裝置由輸入網(wǎng)絡(luò)、可變衰耗器、前置放大器、模擬開關(guān)、有源濾波器、主放大器、電壓轉(zhuǎn)換器和緩沖放大器構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化電力電話諧波因數(shù)測試儀，其特征在于輸入網(wǎng)絡(luò)由繼電器J1和J2、集成塊IC1和IC2、穩(wěn)壓管D1、二極管D2～D5、電容C1～C3、電阻R1～R7組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化電力電話諧波因數(shù)測試儀，其特征在于電話加權(quán)濾波器和電力電話諧波濾波器采用高性能帶零點有源濾波器。
專利摘要智能化電力電話諧波因數(shù)測試儀是一種微機控制的多功能智能化儀器，由微機、電話諧波因數(shù)測試裝置，接口電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、控制器、顯示器和屏蔽機殼組成，電話諧波因數(shù)測試裝置由輸入網(wǎng)絡(luò)、可變衰耗器、前置放大器、模擬開關(guān)、濾波器、主放大器、電壓轉(zhuǎn)換器和緩沖放大器構(gòu)成。濾波器包括電話加權(quán)、音頻和諧波濾波器，儀器設(shè)有自檢自校用振蕩器，輸入網(wǎng)絡(luò)設(shè)有過壓保護(hù)裝置，具有高性能和低成本等特點，還可用于波形畸變率測量。
文檔編號H04M1/24GK2126486SQ9221381
公開日1992年12月30日 申請日期1992年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月7日
發(fā)明者吳迺陵 申請人:東南大學(xué)