一种高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一套适合于高电压大电流试验环境下的数字式行程特性曲线测量系统，该系统包括高精度数字式传感器，数字‑模拟信号解码器、光电隔离放大器传输系统、Genesis暂态记录集等部分组成。其特征在于，通过数字式传感器对高压断路器在试验中的触头动作状态进行测量，测得数字信号经过转码器进行解码，运用光电隔离放大器进行传输。本系统所获的行程特性曲线具有抗干扰能力强，测量精度高的特点，在高压断路器试验中起到重要作用。

A digital stroke characteristic measurement system under high voltage and high current environment

The invention discloses a digital stroke characteristic curve measuring system suitable for high voltage and high current test environment. The system consists of a high precision digital sensor, a digital analog signal decoder, an optoelectronic isolation amplifier transmission system, a Genesis transient recording set, etc. The device is characterized in that the contact action state of the high voltage circuit breaker in the test is measured by a digital sensor, the measured digital signal is decoded by a transcoder and transmitted by a photoelectric isolation amplifier. The stroke characteristic curve obtained by this system has the characteristics of strong anti-interference ability and high measurement accuracy, and plays an important role in the test of high voltage circuit breaker.

【技术实现步骤摘要】
一种高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统
本专利技术属于高压断路器大容量试验
，涉及一种适合高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统。
技术介绍
行程特性曲线是大容量试验中的重要参数，现有的试验中，行程特性曲线是以模拟量输出进行测量的，在高电压大电流试验环境下，采集信号的干扰现象十分严重，很多时候甚至直接影响到开断点的准确查找。试验室现有的测试设备，接口输入都为模拟信号，在运用数字信号进行测量时，需要将其数字信号转化为模拟信号才可以进行测量。试验室测量系统现应用的Genesis系统，需要转码器将传感器采集数字信号转化为模拟信号，经过专用接口进行数据对接。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一套适合高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统，解决了行程特性曲线测量过程中在高电压大电流试验环境下，信号干扰严重、采样精度不足、关键信息点捕捉不准确的缺点。为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统，数字式传感器、数字-模拟信号转换器、传输装置、采集装置及数据处理系统；所述的数字式传感器连接在被试产品的转轴上，通过转轴运动测量产品触头的动作曲线，数字式传感器的引出线连接到数字-模拟信号解码器，数字-模拟信号解码器将传入的数字信号转换为模拟信号，通过传输装置进行传输后，进入采集装置，后进入数据处理系统，生成试验波形并进行自动读数。所述的传输装置为光电隔离放大器。所述的数字-模拟信号转换器包括数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压源，数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，得到数字量对应的模拟量；基准电压源提供电能。所述的数字-模拟信号转换器的模拟信号输出为-5v～5v。所述的数字-模拟信号转换器的系统电路采用STM32单片机，STM32单片机通过采集外接的编码器位置和转速数据，转换其位置为电压信号，并通过定时的采集和相应的位置信息记录其运动过程的目的，最后通过串口将数据传输到上位机以保存。所述的数字-模拟信号转换器的机箱模拟信号输出端为双头输出，一端为BNC头，另一端为L16头输出，两个输出端做并行联接，输出电缆为屏蔽线缆。所述的数字-模拟信号转换器的通讯电路采用RS232串口模式。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的数字式行程特性曲线测量系统，包括高精度数字式传感器，数字-模拟信号解码器、光电隔离放大器传输系统、Genesis暂态记录集等部分组成。通过数字式传感器对高压断路器在试验中的触头动作状态进行测量，测得数字信号经过转码器进行解码，运用光电隔离放大器进行传输。本专利技术研发的测量系统，利用数字信号相比模拟信号，具有信号稳定，精度高，抗干扰性能良好的优点，采用数字式传感器采集信号，设计精确的解码器对信号进行解码，运用高精度光纤隔离放大系统传输和放大信号，最大限度的降低了电场对信号的干扰问题。得到的实验波形具有干扰小，采样精度高，特征点捕捉准确的优势。很好的满足高压断路器开断及关合试验的需求。本系统所获的行程特性曲线具有抗干扰能力强，测量精度高的特点，在高压断路器试验中起到重要作用。本专利技术所获得的行程特性曲线及数据，主要是在高压断路器的开断及关合试验时，表征产品触头的动作特性描述用，如在触头的动作速度计算、产品刚分或刚和点的捕捉、产品开断特性的研究等方面进行应用。该测量系统的研发在高电压试验及高压断路器研究中起到十分重要的作用。试验波形数据获取迅速，信号损耗率低，波形平滑，抗干扰性强；波形获取精度高，波形经比对，偏差率＜2％。进一步，对于信号的影响很大，为了避免测量信号受干扰，选用信号传输装置为光电隔离放大器(HBM公司生产的BE5600系统)，该系统对信号的损耗极低，保证测量信号的能够精确获取。附图说明图1是适合高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统框图；图2是数模转换器的单片机电路图；图3是数模转换器的电源管理电路图；图4是数模转换器的运放电路图；图5是数模转换器的通讯电路图；图6是数模转换器的控制程序流程图；图7是原有测量系统测得行程特性曲线波形图；图8是本专利技术测量系统测得行程特性曲线波形图；图9是原有系统和本测量系统所测曲线波形比对图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。如图1所示，本专利技术一种适合高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统，利用数字信号抗干扰能力强，利用光纤传输信号损耗小，波形不失真的优点为基础，进行研发的一套测量系统。主要内容为测量系统回路构成，该测量系统由数字式传感器(编码器)、数字-模拟信号转换器(解码器)、传输装置(光电隔离放大器)、采集装置(暂态记录仪)、数据处理系统(数据处理软件)几部分构成。通过数字式传感器对高压断路器在试验中的触头动作状态进行测量，测得数字信号经过转码器进行解码，运用光电隔离放大器进行传输。其中，数字式传感器选用高精度的多层旋转式编码器，传感器使用独立电源供电，保证测量到的信号不受到电场干扰影响。编码器输出信号为数字信号，而试验室现有的采集系统的信号输入接口为±5V电压信号，这就要求要对输入的数字信号进行数模转换，将之转换为可接收的信号输入。数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的位权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字—模拟转换。D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。设计并制造了数模转换装置MR2000系统。对于数模转换器在试验中要求有很高的精度，避免产生波形的畸变和位移的偏差，所以需要附加转换电路对转换精度、转换误差、转换速度等方面进行校核调整。在高电压大电流的试验场所中，电磁场干扰极为严重，对于信号的影响很大，为了避免测量信号受干扰，选用信号传输装置为光电隔离放大器(HBM公司生产的BE5600系统)，该系统对信号的损耗极低，保证测量信号的能够精确获取。暂态记录仪及其自带的测量软件(应用Genesis波形记录仪作为采集系统、Perception自动处理软件及上位机记录软件组合作为信号处理软件系统)，可以迅速的将所测得的波形显示，软件具有精确读数和智能化捕捉关键信息点的功能。本专利技术的数模转换装置MR2000系统说明：1)系统功能：对脉冲频率最大300kHz，分辨率2500ppr的高精度传感器进行解码转换，用输出的-5v～5v电压区间对应其角度转动的位置，并采集、保存传感器的动作过程，在上位机软件上绘制出其动作曲线。同时，对每次的动作曲线可以保存、查看。2)系统主要参数：机箱：3U/19英寸，深350mm标准型材机箱，内部为双屏蔽。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统，其特征在于，数字式传感器、数字‑模拟信号转换器、传输装置、采集装置及数据处理系统；所述的数字式传感器连接在被试产品的转轴上，通过转轴运动测量产品触头的动作曲线，数字式传感器的引出线连接到数字‑模拟信号解码器，数字‑模拟信号解码器将传入的数字信号转换为模拟信号，通过传输装置进行传输后，进入采集装置，后进入数据处理系统，生成试验波形并进行自动读数。

【技术特征摘要】
1.一种高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统，其特征在于，数字式传感器、数字-模拟信号转换器、传输装置、采集装置及数据处理系统；所述的数字式传感器连接在被试产品的转轴上，通过转轴运动测量产品触头的动作曲线，数字式传感器的引出线连接到数字-模拟信号解码器，数字-模拟信号解码器将传入的数字信号转换为模拟信号，通过传输装置进行传输后，进入采集装置，后进入数据处理系统，生成试验波形并进行自动读数。2.根据权利要求1所述的一种高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统，其特征在于，所述的传输装置为光电隔离放大器。3.根据权利要求1所述的一种高电压大电流环境下的数字式行程特性曲线测量系统，其特征在于，所述的数字-模拟信号转换器包括数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压源，数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛安，彭剑飞，
申请(专利权)人：中国西电电气股份有限公司，西安高压电器研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61