一种固态去耦合器的伏安特性测试装置和方法与流程

本发明属于固态去耦合器试验领域，特别涉及一种固态去耦合器的伏安特性测试装置和方法。

背景技术：

大量的高等级输电线路与电气化铁路与石油管道交叉或者平行，许多地区石油管道与电气化线路共用同一公共走廊，会通过磁性感应在管道上感应出交流电压；同时，当高压输电线路遭遇雷击或者发生故障时，还会对石油管道产生阻性干扰。如果感应的交流电压过高，会影响石油管道的正常运行。因此必须采取交流减缓的排流方式，其中固态去耦合器是目前最为行之有效的排流装置。

固态去耦合器是隔断直流、导通交流的一种设施，设置了一导通阀值，当直流电压超过该阀值时，直流阻挡关闭，该设施即自动切换到短路模式，提供直流过压保护。当直流过压保护完成后，自动切换到隔断直流模式。当电压低于阀值电压时，允许交流电流通过而不允许直流电流通过。一般情况下，导通阀值通常以A/B模式表示，其中A是负的阻止电压，B是正的阻止电压，标准配置阀值为-2V/+2V，也可根据实际情况进行设定。

伏安特性描述了固态去耦合器在隔断直流模式下的直流泄漏电流水平，以及在直流过压保护模式下的直流通流能力，是固态去耦合器的重要参数，也是型式试验中的必须测试的参数。现有固态去耦合器试验技术中,伏安特性测试无成套测试装置和有效的测试方法，导致试验数据准确度低和试验效率低下。

为了解决实现固态去耦合器的伏安特性测试，本发明给出了一种测试的装置和方法。

技术实现要素：

为了解决现有固态去耦合器试验技术中，伏安特性试验无成套测试装置，导致试验数据准确度低和试验效率低下的问题，本发明提供了一种固态去耦合器的伏安特性测试装置和方法，可以实现固态去耦合器的导通阀值、伏安特性、过压保护电压等的高准确度全自动测量。

为了达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现：

一种固态去耦合器的伏安特性测试装置，包括屏蔽机壳、测试模块和测试电路，

所述的测试电路，设置在屏蔽机壳内，其包括数字直流电压表、可控输出的直流电压源、数字直流毫安表和信号处理单元，直流电压源两端分别与设置在屏蔽机壳外的固态去耦合器的两端连接，数字直流毫安表与直流电压源串联，数字直流电压表与直流电压源并联；

所述的信号处理单元分别与数字直流电压表、直流电压源和数字直流毫安表连接；信号处理单元接收数字直流电压表和数字直流毫安表的测量数据并传输到上位机，同时接受上位机的调压指令再将调压指令传输到直流电压源；

所述的测试模块，设置在屏蔽机壳外，测试模块与信号处理单元连接。

作为本发明的进一步改进，还包括电源模块和机壳接地端子，

所述的电源模块设置在屏蔽机壳外，给测试电路的用电设备提供电能；

所述的机壳接地端子连接大地，给屏蔽机壳提供安全保护及工作地电位。

作为本发明的进一步改进，所述的屏蔽机壳上设置BNC输出端口，直流电压源的电压通过BNC输出端口施加到固态去耦合器的两个端子上。

所述的直流电压源的可调范围为0～10V。

所述的上位机包括：

参数设置模块，用于设置电压测试范围、设置电压测试点、设置标称导通阈值；

仪器控制模块，用于驱动数字直流电压表和数字直流毫安表，使得驱动数字直流电压表和数字直流毫安表与信号处理单元之间完成数据交换，对数字直流电压表的设置，以及根据采集到的数据完成原始记录及检验报告；

参数确定模块，用于根据数字直流电压表和数字毫安表的数据绘制伏安特性曲线，计算导通阈值，根据测试模块设置的标称导通阈值，判断试验是否通过。

一种基于固态去耦合器的伏安特性测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1)通过测试模块设置标称导通阈值、电压测试范围及选取多个测试点，并输出指令到信号处理单元，信号处理单元将指令传输到直流电压源，直流电压源根据设定的电压值输出所需要的电压施加到固态去耦合器的两端；

2)数字直流电压表监测固态去耦合器两端电压，数字直流毫安表监测通过固态去耦合器的电流；测得的电压和电流数据通过信号处理单元传送到测试模块；

3)测试模块对电压和电流数据进行分析，获取对应测试点的稳定电压、电流值并存储；

4)测试模块根据电压和电流数据的逻辑关系绘制伏安曲线，由伏安曲线计算导通阈值、确定过压保护电压，实测导通阈值与标称导通阈值相比较，若满足误差要求，则试验通过。

进一步，步骤3)具体包括：

测试模块分析测得的电压值是否达到稳定，若达到稳定，再判断是否满足测试点电压的误差范围，若未达到误差要求，测试模块通过信号处理单元将调压指令发送到直流电压源，继续调节电压至要求值；此时数字直流毫安表将固态去耦合器的电流数据通过信号处理单元发送到上位机的测试模块，测试模块对电流数据进行分析该电流波动是否达到稳定，若该电流值达到稳定，测试模块将此时的电压和电流值存储为该测试点的测试数据。

进一步，电压达到稳定的判据为电压波动不超过0.01V/s，电压的误差范围为±3％；电流达到稳定的判据为电流波动不超过0.01mA/s。

本发明具有以下有益效果：

本发明的测试装置是一台具有屏蔽机壳、电压输出端口、通信端口的装置和上位机组成的试验仪器，在试验时只需将固态去耦合器两端接到测试装置的相应接口，即可通过软件控制进行试验，缩短试验周期，提高试验效率。直流电压源根据设定的电压值输出所需要的电压施加到固态去耦合器的两端；数字直流电压表监测固态去耦合器两端电压，数字直流毫安表监测通过固态去耦合器的电流；测得的电压和电流数据通过信号处理单元传送到测试模块；信号处理单元接收数字直流电压表和数字直流毫安表的测量数据并传输到上位机，同时接受上位机的调压指令再将调压指令传输到直流电压源；通过上位机和测试模块可以实现对输出电压的高准确度控制，实现全自动测量。本装置操作简单易用，接线方便，能提供更详实准确的伏安特性试验数据，并能自动生成伏安特性曲线。

本发明的控制方法是通过设置标称导通阈值、电压测试范围及选取多个测试点，然后进行测试固态去耦合器的电压、电流值，测得的电压和电流数据通过信号处理单元传送到测试模块，测试模块根据逻辑关系绘制伏安曲线，由伏安曲线计算导通阈值、过压保护电压。并将该实测导通阈值与铭牌标称导通阈值相比较，若误差在±10％范围内，则认为试验通过。通过人机交互系统完成试验任务的设置，控制和检测，提高了试验效率，减小了人为差错

进一步，本发明的采集的电压、电路数据通过分析判断和调试，最终得到了稳定的电压值和电流值，并依据稳定的数据进行导通阈值计算，确保了测试数据的真实和可靠性。

【附图说明】

图1为本发明固态去耦合器伏安特性测试仪的结构示意图；

图2为测试模块的框图；

其中：1-数字直流电压表；2-可控输出的直流电压源；3-数字直流毫安表；4-信号处理单元；5-BNC输出端口；6-屏蔽机壳；7-电源模块；8-机壳接地端子；9-测试模块；10-固态去耦合器。

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细阐述，但本发明不限于该实施例。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选施例中详细说明具体的细节。

如图1所示，本发明的固态去耦合器伏安特性测试装置，包括数字直流电压表1，可控输出的直流电压源2，数字直流毫安表3，信号处理单元4，BNC输出端口5，屏蔽机壳6、电源模块7、机壳接地端子8、上位机和测试模块9。

具体地，在屏蔽机壳6上固定有可控输出的直流电压源2，再经串联数字直流毫安表3用于测量固态去耦合器的直流电流，然后和数字直流电压表1并联用于测量固态去耦合器10两端的直流电压，然后经BNC(同轴)输出端口5输出电压，该输出电压通过同轴线缆接到固态去耦合器10的两端，电源模块7给屏蔽机壳6内部仪器供电，机壳接地端子8为屏蔽机壳6提供接地保护，信号处理单元4用于接收数字直流电压表1和数字直流毫安表3的测量数据并通过通信端口传输到上位机，同时接受上位机的调压指令再将调压指令传输到直流电压源2。

所述直流电压源2受上位机的控制使其按一定的步长调节电压可输出幅值可调的0～10V直流电压，该直流电压通过BNC输出端口5给固态去耦合器10两端提供直流电压信号；所述数字直流电压表1实时监测固态去耦合器10两端电压，所述数字直流毫安表3串联进回路实施监测通过固态去耦合器10的电流，所述信号处理单元4接收数字直流电压表、数字直流毫安表的测试数据并经测试模块9发送指令到直流电压源2，上位机设置测试程序和测试参数，接收信号处理单元4的数据并发送指令给信号处理单元4。所述信号处理单元4固定封装于具有屏蔽功能的机壳6内。测量软件根据采集到的固态去耦合器10两端电压值和流过固态去耦合器的电流值计算其导通阀值、绘制伏安曲线、确定过压保护电压，该装置实现固态去耦合器的导通阀值、伏安特性、过压保护电压等的高准确度全自动测量。

本发明的具体工作原理如下：

电源模块7供给用电设备的电源，机壳接地端子8连接到大地提供安全保护及工作地电位。将固态去耦合器10铭牌上的标称导通阈值和要求的电压测试范围输入上位机的测试模块9，测试模块测试模块9根据设置的范围平均选取十个测试电压点，测试模块9通过通信端口输出指令到信号处理单元4，信号处理单元4将指令传输到直流电压源2，直流电压源2根据设定的电压值输出测试点所需要的电压，该电压通过BNC(同轴)输出端口5施加到固态去耦合器10的两个端子上。数字直流电压表1测量该测试点电压并通过信号处理单元4将测试信息送回上位机，上位机的测试模块9对电压数据进行分析。

一种用于固态去耦合器伏安特性测试方法，直流电压源2输出直流电压施加在固态去耦合器10两端，数字直流电压表1监测固态去耦合器10两端电压，数字直流毫安表3监测通过固态去耦合器10的电流，测得的电压和电流数据通过信号处理单元4传送到测试模块9，测试模块9根据逻辑关系绘制伏安曲线，由伏安曲线计算导通阈值、过压保护电压。

试验时，将固态去耦合器10铭牌上的标称导通阈值和要求的电压测试范围输入测试模块9，测试模块9根据所设置电压测试范围，平均选取10个测试点，每个测试点的伏安特性数据由以下方法确定：如果电压波动不超过0.01V/s则认为电压达到稳定，检测该值是否满足测试点电压的容差±3％，若未达到测试点电压容差±3％的要求，测试模块9通过信号处理单元4将调压指令发送到直流电压源2，继续调节电压至要求值，当测试点电压的电压波动值和测试点电压的容差满足要求后，此时数字直流毫安表3将固态去耦合器的电流数据通过信号处理单元4发送到上位机的测试模块9，测试模块9对电流数据进行分析，电流波动不超过0.01mA/s则认为电流达到稳定，测试模块9将此时的电压和电流值存储为该测试点的测试数据。所有的测试点测试完成后，测试模块9绘制伏安特性曲线，计算出实测导通阈值，并保存至上位机，测试模块9将该实测导通阈值与铭牌标称导通阈值相比较，若误差在±10％范围内，则认为试验通过。试验结束后软件自动生成伏安特性数据和伏安特性曲线，试验完成。

图2给出了测试模块9框图，通过该模块，可完成参数设置、控制测量过程、提取测试数据，并按照需要进行数据处理，输出原始记录。测试模块9包括：

参数设置模块11的主要功能是设置电压测试范围、设置电压测试点、设置标称导通阈值，以便选取合适的数字直流电压表1的量程范围，准确快速的测试数据。

仪器控制模块12的主要功能是驱动数字直流电压表1和数字直流毫安表3，使得它们与信号处理单元4之间完成数据交换；测试模块9对数字直流电压表1的设置；测试模块9根据采集到的数据完成原始记录及检验报告。

参数确定模块13根据数字直流电压表1和数字毫安表3的数据绘制伏安特性曲线，计算导通阈值，根据测试模块9设置的标称导通阈值，判断试验是否通过。

本发明的固态去耦合器伏安特性测试仪功能齐全，操作简单易用，接线方便，能提供更详实准确的伏安特性试验数据，并能自动生成伏安特性曲线，通过人机交互系统完成试验任务的设置，控制和检测，提高了试验效率，减小了人为差错。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明发明范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。